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水下滑翔機原理與應用
來源:尖兵之翼
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作者:方爾正 周子凌 桂晨陽
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發布時間: 2020-09-01
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水下滑翔機(Underwater Glider,UG)是一種水下機器人，它通過調整自身浮力來實現升沉...
國內發展現狀
水下滑翔機在我國的發展始于21世紀初。天津大學科研團隊于2002年啟動了第一代水下滑翔機樣機的研制，是我國第一個探索水下滑翔機研究工作的團隊。隨著“十一五”海洋領域“開拓深遠海”戰略的實施，有關水下滑翔機的國家重大科技攻關計劃得到安排部署。2006年，國家高技術研究發展計劃(863計劃)海洋技術領域的“海洋環境監測技術”專題里作為目標導向支持啟動了國內第一個水下滑翔機海上試驗樣機的研制(設計巡航里程為500千米、最大下潛深度為500米)，由中國科學院沈陽自動化研究所牽頭組織研發，并于國家“十一五”末在我國南海開展了海上試驗驗證工作。
“十二五”期間，“挺進深遠海”戰略重點圍繞強化深遠海環境監測、深海探測與作業能力和支撐沿海藍色經濟、戰略性新興產業發展兩條主線不斷深入，突出解決我國深遠海環境監測及資源開發面臨的技術裝備手段缺乏的問題。而水下滑翔機以其能夠實現大尺度范圍、長時間連續觀測等突出優勢，再次成為海洋領域發展的重點方向。與此同時，國家863計劃大幅增加了水下滑翔機的研發投入，通過主題項目啟動了4型（包括電能、混合推進型、噴水推進型和聲學探測）水下滑翔機的研制，設計巡航里程為1000千米，工作水深范圍1000～1500米，其中多型樣機在海上試驗中表現優異，達到考核指標的要求。
我國在水下滑翔機單機技術方面的研發成果顯著。西北工業大學基于飛翼滑翔機研發了搭載多元聲壓陣列的飛翼滑翔機聲學探測系統，并進行了湖上測試。哈爾濱工程大學利用“海燕”水下滑翔機共裝載了4個聲壓水聽器，在滑翔機左翼、右翼、前導流罩和尾翼各安裝1個水聽器構成4元聲學感知單元，并在南海海域進行了海上試驗，利用73赫茲低頻聲源信號對系統的探測能力進行驗證。試驗期間，水下聲學滑翔機共完成17個剖面的性能測試，其中滑翔機控制功能測試3個剖面，噪聲特性測試7個剖面，低頻聲源信號探測能力測試7個剖面，平臺最大下潛深度1000米。通過對記錄的噪聲數據進行分析，其結果表明，該聲學感知單元可有效接收低頻聲源發射的噪聲數據。
未來發展展望
盡管水下滑翔機技術近年來在我國得到了快速發展，一些功能性能指標（如大深度等）不斷趕超國外先進水平。然而，由于我國水下滑翔機技術的發展起步較晚，研究基礎薄弱，在平臺單體技術、協作組網觀測和應用研究等方面與國外先進技術相比仍有較大差距，創新發展步伐有待加快，具體建議如下：
首先，在已有技術的基礎上, 進一步加強核心關鍵技術攻關, 加快單體水下滑翔機的技術改進和優化升級。重點在低功耗設計、最優路徑規劃與控制策略算法、多參數獲取及搭載能力、數據質量標準和信息安全傳輸等方面加強研究攻關, 增強水下滑翔機應對強背景流場等復雜海況、復雜海底地形環境下的長航程實海探測與操控能力; 提高任務重構、協同控制等方面的人機交互水平，為各類用戶提供廣泛、連續、長期、穩定、可靠、低成本的數據流和數據鏈路。
其次，在前期技術經驗積累的基礎上，加強多水下滑翔機編隊協同組網觀測技術研究，提升水下滑翔機整體作業效率和觀測及探測效果。結合科學研究、資源環境調查及目標探測等國家戰略需求，開展多水下滑翔機移動分布式節點的水下互聯互通、自適應采樣、多機協調編隊及快速機動組網等技術攻關，增強水下滑翔機大規模集群觀測與探測能力，特別是加強與水下異構節點的組網觀測，并逐步從水面水下拓展到海、陸、空、天組建一體化觀測信息網絡，在水下滑翔機和其他異構節點種類及數量規模、組網觀測覆蓋范圍、多機任務規劃、系統穩定性、觀測效率及業務化等方面不斷提升水下滑翔機綜合協同組網觀測能力和水平。
