“海燕”水下滑翔机20年形成谱系化发展

文/杨绍琼

杨绍琼，天津大学机械工程学院副教授、中国力学学会科学普及工作委员会委员、《无人系统技术》青年编委

关于天津大学在“海燕”水下滑翔机及其海试应用方面的最新进展，我从3个方面简要介绍，包括“海燕”水下滑翔机的发展历程，“海燕”的一些亮点数据和海洋环境观测（组网）应用。

“海燕”水下滑翔机是一个无人自治的平台，通过搭载不同的任务传感器，包括CTD传感器和声学传感器等来观测海洋中的水文环境。我们通过配平的方式使它“中性”浮于水面，通过调节自身携带的浮力驱动系统与其重力匹配，如果重力大于浮力就会下潜。当它达到指定深度，可以通过浮力调节，使浮力大于重力反向回升，从而实现对海洋水体的观测。我们可以把海燕水下滑翔机的浮力单元想象成鱼鳔，然后通过结构和能源的设置使它调节浮力，实现上升或下潜。

它主要包括执行单元、感知单元和通信链路。执行单元主要进行浮力调节，当然还有应急单元，出现故障的时候实现抛载。现在的水下滑翔机也做到了螺旋桨推进的形式。

天津大学是从2002年开始水下滑翔机的研制，近20年来，已经形成了“海燕”水下滑翔机谱系化的发展。包括工作深度的谱系，从200米到1000米到4000米，到2018年下潜到8213米，以及2020年下潜到10619米这样一个世界纪录的深度。我们在续航里程上也可以进行1000公里、3000公里到现在4435公里，已经与世界先进水平持平。在任务传感器上，可以搭载不同类型，比如湍流传感器、叶绿素传感器、海洋传感器和深海相机等，从而对海洋动力环境声学特征和生态环境进行观测。

累积到现在，“海燕”水下滑翔机已经跑过了5万多个剖面，航行里程约15万公里。2020年5月，我们刷新了一个纪录，续航达到了301天。这样的话，在海洋环境观测的过程中，就把原来以季度为单位的回收转化成跨年度的回收。

除了单机平台，在组网应用方面我们依托海洋试点国家实验室平台实现了无人系统观测网的组建和运行。5月22日回收最后一台水下滑翔机共在网运行了379天。

“海燕”水下滑翔机参加了很多重要的任务。比如第10次北极航次科学考察任务，大洋第45 /46航次观测科考任务，首次对台风路径现场观测。

目前我们依托海洋试点国家实验室的平台，也组建了“海燕”的生产基地。青岛研发生产基地能年产50台。

环境方面，我们依托无人系统组网的观测，顺利开展了多型异构编队协同观测试验、多尺度海洋动力过程及台风等极端环境下的环境观测，验证了我们的水下滑翔机在极端环境下的观测能力。这也是我们水下滑翔机起名“海燕”的原因，借用高尔基的一句话，就是“让暴风雨来得更猛烈些吧！”。现在，我们也实现了在极端台风环境中的水下观测。

2019年，海洋智能装备岸控平台实现了同时对超30台水下滑翔机和多台波浪滑翔机的任务规划、显示操控等功能，具备了对百台及以上海洋智能装备的操控功能。在多型异构编队与协作技术和控位精度上，我们也取得了一些进展。目前，跟国外同技术水平的水下滑翔机相比，我们已经从跟跑到并跑，到现在在某些领域已经实现了领跑。