海翼号“滑翔”深海创纪录

 
海翼号及其研制团队
 

海翼号水下滑翔机
 
日前，地球上最深的地方、西太平洋马里亚纳海沟见证了一个新的世界纪录的诞生：中国深海滑翔机海翼号完成大深度下潜观测任务并安全回收，最大深度达到6329米，大大超过美国水下滑翔机曾创造的最大下潜深度6003米的世界纪录。这标志着中国大洋科考装备能力实现新跨越。
 
特殊推进方式造就超长续航能力
 
圆筒状修长的身体，前部长着一对翅膀，头呈圆弧状，后面拖着长长的天线尾巴。海翼号外表看起来虽然结构简单，其貌不扬，但是却有不靠螺旋桨自我驱动的绝活儿。据研制单位中国科学院沈阳自动化研究所副主任俞建成介绍，海翼号作为一种新型水下无人潜航器，无需螺旋桨等推进装置，运用活塞原理改变自身浮力，实现在海中移动。
 
具体来说，海翼号装配有一个类似于鱼鳔的油囊和可以前后移动的电池。要下潜时，其“鱼鳔”缩小，减小浮力，同时电池自动前移，其头部就下潜，“翅膀”会产生向前的推力，这样海翼号就有了水平方向速度。要上浮时，“鱼鳔”鼓起，浮力增大，电池自动后移，它就会抬起头向上滑行。在不断的下潜上浮过程中实现折线前进，就像海豚一样在大海保持航向不断前行。就这样，海翼号在水下沿着“W”形运动轨迹前进。这种驱动方式只需要在调节电池位置和“鱼鳔”的时候耗费少许电能，这也造就了其超长的续航能力。
 
不仅要潜得深而且要测得好
 
海翼号是我国自主研制的系列水下滑翔机的统称，按照不同工作深度和承担的不同任务，分为300米级、1000米级和7000米级等多种类型。
 
随着深度增加，水下滑翔机承受的压力也增大。因此，像7000米级这种大深度水下滑翔机必须使用特殊抗压材质，才能一方面减轻其自重，为携带电池留出足够空间，以保障其工作时间和距离，另一方面又能保障其安全对抗超大水压。实际上，海翼号7000米级滑翔机外壳就由一种轻质碳纤维材料制作而成，不仅保障了自身安全，而且减轻了滑翔机的体重，为携带充足的电池量提供了条件，保证了滑翔机潜得更深、跑得更远。
 
海翼号水下滑翔机作为大洋科考装备，还要为搭载传感器进行大洋科考留出足够空间。一般情况下，它下水作业时携带的传感器可以测得海水的温度、盐度、浊度、叶绿素、含氧量等信息，再通过尾部的天线将收集到的数据传给卫星。俞建成表示，工作人员可以通过卫星通信实现对水下滑翔机的远程控制和实时数据获取；还可以根据需要，实现多台水下滑翔机协同观测作业，为海洋科学家的研究提供丰富的数据。
 
一步一脚印挺进世界新深度
 
像载人潜器蛟龙号等一样，中国的海翼号和水下滑翔机技术都是长期自力更生艰苦奋斗的结晶。14年前，中国科学院沈阳自动化研究所开始开展与水下滑翔机相关的基础研究工作。经过约两年攻关，科研团队实现了滑翔机运动与驱动机理、模块化结构、低阻外形优化等一系列关键技术的突破。
 
从2007年开始，在国家863计划的支持下，中国科学院沈阳自动化研究所开展了水下滑翔机工程样机的研制工作，2008年研制成功我国自主知识产权的水下滑翔机工程样机，其身长2米，直径0.22米，翼展1.2米，重约65公斤，最大下潜深度1200米。
 
2009年完成了3次水下滑翔机海上试验，取得了大量有价值的试验数据，积累了丰富的水下滑翔机海上作业经验。2011 年，以“科学一号”科考船为母船，在西太平洋成功进行了水下滑翔机的海上试验，获取了十分宝贵的科学数据。
 
2012年7月，海翼号在南海东沙群岛附近海域又成功进行了海试，进一步验证了系统的稳定性和可靠性，积累了宝贵的水下滑翔机在复杂海流环境下的作业经验。2014年9月，水下滑翔机长航程试验完成，总航程超过1020公里，持续30天，创下中国深海滑翔机海上作业航程最远、作业时间最长纪录。
 
2015年开始，海翼号交付用户，成为海洋科学家进行海洋观测的一种重要手段，先后在东海、南海和西太平洋等海域完成了多次海上观测应用，分别对黑潮主轴、中尺度涡、南海西边界流等重要海洋动力过程进行观测。同时，海翼号海试工作同步进行。
 
2016年7月，海翼号7000米水下滑翔机在中国第一次综合性万米深渊科考即“探索一号”船TS01-01航次中成功试验与应用，下潜深度两次突破5000米，最大下潜深度达到5751米，成为我国首台下潜深度超过5000米的水下滑翔机。
 
今年3月，海翼号水下滑翔机在马里亚纳海沟挑战者深渊，完成大深度下潜观测任务并安全回收，最大下潜深度达到6329米，刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。实验过程中，海翼号状态良好，显示出在复杂海流及恶劣海况下良好的航向保持和数据交互能力。这次试验的结果将有助于对海翼号进行更大下潜深度的提升和改进。

科普：中科院“海翼”号为何能打破世界纪录

http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2017/3/370854.shtm

破纪录了！马里亚纳海沟传来喜讯：“海翼”号7000米级水下滑翔机成功下潜至6329米，打破了由美国科学家创造的水下滑翔机最大下潜深度6003米的世界纪录。听到这个消息，整个实验室沸腾了。

海洋占据着地球总面积的71%，“海翼”号水下滑翔机就是人类探索海洋的好伙伴，这次突破，对于我们探测、了解和利用这片神秘的水世界又迈进了一大步。要知道，下潜深度超过6000米也就意味着可以对世界上97%的海域进行观测。

下面聊聊“海翼”。

“海翼”（Sea-wing）是中国科学院沈阳自动化研究所的科学家们自主研制的系列水下滑翔机的统称，包括工作深度300米级、1000米级和7000米级等多种不同作业深度的水下滑翔机，分别承担不同的任务，拥有完全自主知识产权。这次打破世界纪录的，就是其中的7000米级水下滑翔机。

“海翼”号7000米级水下滑翔机海上试验

水下滑翔机单从外形上看比较简单：一个圆筒形状的身体上长着一对翅膀，像一个小飞机，屁股后面还拖着长长的尾巴（天线）。是不是感觉少了点什么？其实水下滑翔机的驱动原理和常规的水下机器人是不一样的，它没有螺旋桨推进装置。那它是怎么在水下运动的呢？

“海翼”水下滑翔机是依靠自身的浮力驱动。在滑翔机的肚子里安装有一个类似于鱼鳔的油囊，而且肚子里的电池也可以前后移动。当滑翔机需要下潜的时候，“鱼鳔”就缩小，浮力减小，同时电池向前移动，使得整体重心前移，水下滑翔机就头部朝下向下滑行，下降过程中在翅膀的帮助下，会产生一个向前的推力，这样滑翔机就有了水平方向上的速度。当需要上浮的时候，“鱼鳔”就会鼓起来，浮力增大，同时电池向后移动，这样就会抬起头向上滑行，翅膀使得滑翔机在上浮的过程中可以向前跑。在不断的下潜上浮过程中实现折线前进，就像海豚一样在大海保持航向不断前行。也正因为这样的特性，水下滑翔机在水下的运动轨迹是W形状。在水面的时候水下滑翔机需要把尾巴翘起来，将收集到的数据传给卫星，同时进行定位和接收新的指令。水下滑翔机的这种驱动方式只需要在调节电池位置和“鱼鳔”的时候耗费少许电能，因此续航能力非常长。

水下滑翔机前进路径

2014年10月，“海翼”号长航程水下滑翔机完成了长航程试验，此次海上试验不间断连续航行1022.5公里，持续30天，创下我国深海滑翔机海上作业航程最远、作业时间最长的记录。跑得远是一方面，还要跑得深，现在人们对于深海的了解还是有限的，此次打破世界纪录的“海翼”水下滑翔机就为我们探索深海打开了一扇大门。

随着深度的增加，水下滑翔机承受的压力也增大，水下6000米的压力约为60兆帕，相当于一只手掌承受60吨物体的压力。因此滑翔机必须要穿更厚重的“耐压服”才能抵抗海水的压力，但厚重的“耐压服”又导致身体变得笨重，携带电池的空间也被挤占了，没有以前跑得远。为了克服这一问题，我们给“海翼”号7000米级滑翔机穿上了一种由轻质碳纤维材料特制的“衣服”，既减轻了滑翔机的体重，又增加了携带的电池量，保证了滑翔机在跑得更深的同时还能跑得更远。

虽然水下滑翔机的身材比较小巧，但是本事却很大。“海翼”号水下滑翔机搭载了很多传感器，可以测得海水的温度、盐度、浊度、叶绿素、含氧量等信息，为海洋科学家的研究提供丰富的数据。当然也可以根据需求搭载其他传感器。

时至今日，“海翼”系列水下滑翔机已经在海上累计工作近500天，航程近1万公里，已有多套水下滑翔机交付用户，成为海洋科学家研究海洋的得力助手。今后的发展中我们会不断提升，让“海翼”水下滑翔机搭载更多的科学探测设备，在浩瀚的海洋中跑得更快、更远、更深。让“海翼”成为我们认识海洋、探索海洋、利用海洋的好伙伴！

“海翼”号水下滑翔机在海洋中的“足迹”

作者系中国科学院沈阳自动化研究所研究人员