探索 | 刷新世界纪录！万米深海中国“海燕”智慧潜泳

交汇点讯 7月初，我国水下滑翔机万米深渊观测科学考察团队顺利返航，其测试的“海燕—X”水下滑翔机最大下潜深度达10619米，刷新了水下滑翔机下潜深度的世界纪录。

新华日报·科技周刊记者采访海洋装备专家时了解到，刷新下潜深度世界纪录的背后，是我国探索“透明海洋”的坚实一步，现阶段我国海洋科考正不断实现新的技术突破。

科考重器，刷新下潜深度世界纪录

7月16日，由青岛海洋科学与技术试点国家实验室组织实施的水下滑翔机——万米深渊观测科学考察团队顺利返航。在为期6天的综合科考中，我国自主研发的2台万米级“海燕—X”水下滑翔机共获得观测剖面45个，其中3000米级、6000米级和7000米级剖面各1个，万米级剖面3个，最大下潜深度达10619米，刷新了水下滑翔机下潜深度的最新世界纪录。

2005年，我国成功研制出第一代温差能驱动水下滑翔机，工作深度100米。2009年，第二代混合推进型水下滑翔机“海燕”研制成功，工作深度500米。如今，“海燕—X”最大下潜深度破万米。“水下滑翔机是一种新型无人无缆水下自主航行器，是水下观测设备的运载器，可实现海洋环境、声学等多要素观测，具有极为重要的应用价值。”江苏海洋大学测绘与海洋信息学院教授周立告诉科技周刊记者，虽然水下滑翔机的航行速度较慢，但其制造成本和维护费用低、可重复使用、并可大量投放等特点，满足了长时间、大范围海洋科考探索的需要。

 “海洋科考与国家的海洋安全有很大关系。在面向海洋的新一轮竞争中，类似这样的大国重器尤为重要。”周立认为，最近20年间，很多科研单位都在从事水下滑翔机的研发，可以说这次“海燕—X” 水下滑翔机刷新了水下滑翔机下潜深度的最新世界纪录，是一个阶段内我们在这一领域科研成果突破的集中体现。

“我国水下滑翔机的技术已经比较成熟。以混合推进技术为特征的新一代水下滑翔机成为国际研究新趋势，它集能耗小、成本低、航程大、运动可控、部署便捷等优点于一身，具备独立在水下全天候工作的能力。”周立举例说，水下滑翔机的一个技术特征，就是要在水下持续自主行进，譬如从青岛附近水域放下去，可以自己“滑”到南海海域附近。“所以动力系统是一个核心技术，这就和我们的汽车一样，加满一箱油，续航里程越大，技术越先进。”

连续的万米深度滑翔剖面，充分验证了“海燕-X”水下滑翔机在深渊环境下的工作可靠性。

“海燕-X”为什么能深潜突破一万米呢？“水底的压力特别大，保证在深水高压下‘抗’住是关键。此外，还有盐度腐蚀等作用。”周立说，“海燕-X”研发团队在技术上进行了多学科融合，首次采用新型陶瓷耐压复合材料，可以确保水下滑翔机耐受万米水深的超高压力，尤其是水下滑翔机上还携带了各种传感器；否则挤压变形的话，就没有办法正常工作。

在浮力驱动方面，滑翔机实现了大排量高精度的调节；在观测方面，滑翔机进行了多传感的融合。周立表示，这么多观测要素的融合在国际上动平台的观测尚属首次；这也标志着我国在万米水下滑翔机关键技术方面取得重大突破。

深海探测，载人、无人各显身手

在深海探测领域，已有蛟龙号、深海勇士号、奋斗者号载人潜水器各司其职，为何还要研究水下滑翔机？

周立解释，海底探测无人化和有人化，各有各的优势，目前没有说谁会代替谁，或者说是从无人向有人的完全转变的趋势。但他认为，像水下滑翔机的应用范围会越来越广，譬如它具有跑得远、能耗低的优势，所装载的传感器所需要耗能量也都特别低。

“两者应用范围不同，上浮下潜的原理也不尽相同。”周立介绍，蛟龙号等载人潜水器通常靠改变潜艇的自身重量来实现上浮下潜。在潜艇内有多个蓄水仓，当潜艇要下潜时就往蓄水舱中注水，使潜艇重量增加超过它的排水量，潜艇就下潜；从蓄水舱往外排水，使潜艇重量低于它的排水量，潜艇就上浮。

而水下滑翔机的上浮下潜依靠气体调节。“海燕-X”水下滑翔机项目负责人王鹏介绍，滑翔机前舱段安装有浮力驱动单元，主要由安装在耐压壳体内的伺服电机、液压泵、电磁阀、内皮囊和安装在耐压壳体外的皮囊组成。收缩自如的皮囊类似鱼儿的“鳔”，鱼在水下通过调节鱼鳔内的气体从而达到调节身体浮沉的目的，当需要下潜时，皮囊体积变小，浮力也会相应变小，重力大于浮力，水下滑翔机就会下潜。反之，皮囊体积变大，浮力增大，水下滑翔机就会向上浮动。

载人潜水器由于其自重较重，在深海下潜时较水下滑翔机具备相对优势。“海燕-X”水下滑翔机由于自重较轻，从一开始的工作深度100米到如今突破万米，可谓是历经坎坷。“下潜深度是由水下滑翔机本身的浮力调节量决定。”王鹏说，水下滑翔机下潜时需保证自身重力大于浮力，而随着深度的增加，海水密度不断增大，万米深渊处海水密度约为水面密度的105%，导致水下滑翔机自身浮力不断增加，需要更大的调节量来弥补万米深渊海水大尺度的密度变化。为攻克万米超高压力下的浮力调节难题，王鹏所在的“海燕”团队研发出了万米高压环境下大排量、高精度的浮力调节系统。

“当然，水下滑翔机仍然还有改进的空间。”周立说，很多科研工作者还在研究能耗更低的一些传感设备。未来，有可能实现从太平洋的东海岸到西海岸的远距离探测。“譬如，很多人也在研究利用海底的温度差或者海水的洋流动力来发电，实现一边自己发电，一边自己耗电。”

“目前，水下滑翔机主要用于收集海底的盐度、温度、光度的信号，对于海底地貌等测绘相对少一些。”周立说，在未来应用中，其很可能凭借灵活小巧的身姿，较长时间地获取数据，可在海洋观测和探测领域大显身手 。

探索未解之谜，为“透明海洋”积累数据

现在“海燕”水下滑翔机已经实现了续航里程、工作深度的谱系化发展。周立告诉记者，从工作深度谱系来说，有200米、1000米、1500米、4000米和全海深，从续航里程看，有1000公里、1500公里和3000公里，未来还将实现5000公里，甚至10000公里的目标。因为功能不同，“海燕”家族成员长短胖瘦各异，比如“海燕—200”较“瘦小”，可以在深度200米以内的海域里进行观测；“海燕—L”略修长，可以连续航行约5个月，执行长时续观测任务。

“‘海燕’家族成员还有一个重要任务，就是为‘透明海洋’积累数据。”周立透露，随着科技水平的不断提高，人类逐渐揭开了星空的神秘面纱，可我们却对近在身边的大海所知甚少。海洋占地球表面积的71％，人类对海洋的探索却不到5%。为了加强对海洋的了解，海洋试点国家实验室提出了“透明海洋”概念，搭建“海洋物联网”，对海洋进行立体综合观测。

“所谓‘透明海洋’，就是利用现代的海洋观测与探测技术，实现海洋状态透明、过程透明、变化透明。”周立说，海洋透明就是用观测设备、技术知道海洋里面有什么，要实现透明，就要有数据支撑，而数据支撑就来源于我国载人潜水器和无人潜水器的深海采集。

目前，“透明海洋”已被纳入联合国“海洋科学与可持续发展十年计划（2021—2030）”的六大路线图。去年9月，在美国夏威夷召开的第三届世界海洋观测大会上，中国科学院院士、海洋试点国家实验室主任吴立新呼吁全球科学家共建“透明海洋”科研共同体，获得全球科学家热烈响应与支持。

在我国南海海域，“海燕”水下滑翔机家族正遨游在大海深处，通过搭载的温盐深、溶解氧、湍流、光学等任务传感器，进行海洋环境多要素参数的观测，并将搜集到的海洋信息，实时传送到几千公里外的青岛海洋科学与技术试点国家实验室，“透明海洋”工程建设。

交汇点记者 王拓 张宣

编辑: 谢诗涵