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在馬里亞納海溝，科研人員正準備將海翼7000放入水中實驗

科研人員正在對海翼7000進行檢查中科院沈陽自動化研究所供圖

　　“海翼”號在“探索一號”科考船的螺旋槳附近做了一個漂亮的回旋后，瀟灑地駛離母船，如同游子遠行前的告別。

　　之后便是12小時的漫長等待。當接收到下潛深度6329米這個數(shù)據(jù)的時候，大家都激動得歡呼起來。

　　近日，又一條屬于“世界之最”的消息從中國科學院傳出：由中科院沈陽自動化研究所自主研發(fā)的“海翼”號深?；铏C，在馬里亞納海溝完成了深度下潛觀測任務并安全回收，其最大下潛深度達到了6329米，創(chuàng)造新的世界紀錄。

　　水下滑翔機到底是一種什么設備？它的主要用途有哪些？其科學原理又是什么？帶著這些問題，記者采訪了中科院沈陽自動化研究所的研究人員。

　　驚心動魄的12小時

　　中科院沈陽自動化研究所研究員、水下滑翔機研究項目負責人俞建成介紹說，今年1月15日我國“探索一號”科學考察船從海南三亞起航，開赴馬里亞納海溝、雅浦海溝執(zhí)行深淵科學考察和裝備試驗任務。中科院沈陽自動化研究所的研究人員隨船攜帶“海翼”號水下滑翔機開展試驗。這個最新款的深海滑翔機長3.3米，翼展1.5米，重140公斤，設計下潛深度7000米。

　　中科院沈陽自動化研究所助理研究員羅業(yè)騰回憶，此次布放中，“海翼”號在“探索一號”科考船的螺旋槳附近做了一個漂亮的回旋后，瀟灑地駛離母船，如同游子遠行前的告別。

　　之后便是12小時的漫長等待。

　　隨船出海奔赴馬里亞納海溝的中科院沈陽自動化研究所副研究員金文明說，當接收到下潛深度6329米這個數(shù)據(jù)的時候，大家都非常激動。“我的同事甚至歡呼起來了。其實我的內(nèi)心還是比較緊張的，因為就在同一個海域，去年我們的一臺水下滑翔機在挑戰(zhàn)6000米深度的世界紀錄時與母船失去了聯(lián)系?，F(xiàn)在‘海翼’號成功打破了世界紀錄，并安全地回收到甲板上?！?/p>

　　金文明說，“海翼”號水下滑翔機一共進行了12次下潛工作。在前半段實驗中，“海翼”號經(jīng)過6次下潛，歷經(jīng)了44.5小時，在深度上達到了6082米，水平航行距離達到了67公里。實驗過程中，“海翼”號狀態(tài)良好，并顯示出了在復雜海流及惡劣海況下良好的航向保持和數(shù)據(jù)交互能力。

　　在前試的基礎上，科考隊決定再進行兩次超越6200米深度的試驗，并制訂了“突破世界紀錄5%”的目標，即下潛目標深度設定為6300米，進一步檢驗“海翼”號的運行性能。

　　至此，“海翼”號的觀測任務已經(jīng)完成，累計工作87小時48分鐘，累計航行134.6公里。試驗證明了“海翼”號水下滑翔機作為一種新型海洋智能設備，能夠?qū)ΜF(xiàn)有深淵觀測任務提供新的解決方案。

　　能進行水體觀測的水下機器人

　　俞建成告訴科技日報記者：“從本質(zhì)上說，水下滑翔機是一種水下機器人，主要是用來收集海水水文參數(shù)信息的?！边@種新型水下機器人具有低功耗、長續(xù)航力、高靜音等特點，可以對特定海域進行高精度大范圍的水體觀測，能夠有效提高海洋環(huán)境的空間和時間測量密度，是現(xiàn)有水下觀測手段的有效補充。

　　“水下滑翔機主要的應用就是現(xiàn)場觀測海洋的環(huán)境參數(shù)，包括海水的溫度、鹽度、溶解氧、葉綠素、營養(yǎng)鹽等要素?！庇峤ǔ烧f，未來它可以用于為海洋環(huán)境預測預報提供實時的現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)、海上環(huán)境現(xiàn)場測量評估、特殊海洋現(xiàn)象科學研究等。

　　當今世界的海洋觀測技術主要包括天基、海基和水下移動三種。天基海洋觀測是將航空和航天遙感技術應用于海洋觀測的技術手段，這種觀測技術一般只針對海洋表面物理特征進行

　　觀測。海基海洋觀測是一種基于海洋測量船、浮標以及潛標的觀測技術，由于這類觀測平臺沒有空間上的自由度，因而觀測效率不高?，F(xiàn)在科學家普遍認為比較有前景的觀測技術是水下移動海洋觀測技術。這種技術引入了移動觀測平臺，提高了海洋觀測范圍和效率。隨著科技進步，移動觀測平臺越來越趨向智能化、小型化及低成本化。

　　前進動力來自“肚子”里的“魚鰾”

　　在水下，“海翼”號滑翔機前進時的軌跡可不是直線，而是像海豚游弋時那樣是沿著“之”字形的軌跡向前航行。之所以這樣是與它的動力系統(tǒng)有關。我們平時看到的船舶大都是依靠船下的螺旋槳旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的推力前行。在動物界，魚類是通過尾部的擺動前行，鴨子是靠腳蹼上下打水游動。而“海翼”號很特殊，它沒有螺旋槳，體外也沒有其他動力裝置。它的動力全部來自“肚子”里的一個類似“魚鰾”一樣的油囊，通過吸油和排油改變自身的浮力，同時借助于大翅膀和改變自身重心而提供前進動力的。

　　中科院沈陽自動化研究所的孫朝陽向記者詳細解釋了“海翼”號的驅(qū)動原理。滑翔機的肚子里安裝有一個類似于“魚鰾”的油囊，而且肚子里的電池也可以前后移動。當滑翔機需要下潛的時候，“魚鰾”就縮小，浮力減小，同時肚子里的電池向前移動，使得整體重心前移，水下滑翔機就頭部朝下進行滑翔，下降過程中在翅膀的幫助下，會產(chǎn)生一個向前的推力，這樣滑翔機就有了水平方向上的速度。當需要上浮的時候，“魚鰾”就會鼓起來，浮力增大，同時電池向后移動，這樣就會抬起頭上浮，翅膀使得滑翔機在上浮的過程中可以向前跑。在不斷的下潛上浮過程中滑翔機實現(xiàn)折線前進。也正是因為這樣的特性，所以滑翔機在水下的運動軌跡是W形狀。水下滑翔機的這種驅(qū)動方式只需要在調(diào)節(jié)電池位置和“魚鰾”的時候耗費少許電能，因此續(xù)航能力非常長。

　　潛心13年，一步一個腳印

　　“海翼”號是一步一個腳印向世界紀錄沖擊的。

　　我國水下滑翔機的研究起步較晚。由于西方國家在水下滑翔機技術上對我國實行封鎖，中科院沈陽自動化研究所的“海翼”號水下滑翔機完全是由我國自主研發(fā)的。

　　中科院沈陽自動化研究所從2003年起持續(xù)開展水下滑翔機研發(fā)工作，突破系列關鍵技術，于2005年研制出我國首臺水下滑翔機原理樣機，2008年研制出工程樣機，2009年在南海完成海上試驗。13年來，中科院沈陽自動化研究所已研制出了淺海、深海等不同型號的水下滑翔機20余臺套，工作深度有300米、1000米、7000米的三種水下滑翔機，分別承擔不同的使命任務。這些水下機器人被命名為“海翼”系列。

　　2014年9月，1000米級的“海翼”號在南海長航程試驗中航程達到1022.5公里，持續(xù)時間30天，創(chuàng)造我國水下滑翔機海上作業(yè)航程最遠、作業(yè)時間最長的紀錄；去年7月，7000米級的“海翼”號又創(chuàng)造了我國最深下潛5751米的紀錄。

　　今年2月，搭乘“探索一號”科學考察船的7000米級“海翼”號不負眾望，又創(chuàng)造了世界最深下潛紀錄——6329米。

　　相關鏈接

　　水下滑翔機

　　水下滑翔機的概念最早是由美國科學家提出來的。1989年，美國人Stommel提出采用一種能夠在水下作滑翔運動的浮標進行海洋環(huán)境調(diào)查的設想。1995年以來，在美國海軍研究局的資助下，美國先后研制出Slocum、Seaglider和Spray等多種以電池為能源的小型水下滑翔機。2002年開始，美國華盛頓大學還開展了潛深為6000米的深海水下滑翔機研究工作，并先后開展了多次海上試驗工作，最大下潛深度已達到6003米。2003年，美國海軍又開始支持大型翼型水下滑翔機的研究工作，其翼展約為6米，重量約為1.5噸，最高時速可以達到3節(jié)。這是目前世界上最大、航速最快的水下滑翔機。

　　日本也是世界上較早開始水下滑翔機研究的國家。1993年就研制出了單滑翔周期的水下滑翔機ALBAC。2008年，日本研制了碟形水下滑翔機BOOMERANG和水平翼可旋轉(zhuǎn)的水下滑翔機ALEX。碟形水下滑翔機直徑為1.9米，高度為0.55米，重量為270公斤。

　　此外，法國、加拿大、韓國也都開展了與水下滑翔機相關的研究工作。

　?。ㄔd于《科技日報》 2017-03-23 05版）