隨着科學技術的不斷發展，人們在海洋探測技術、海洋工程裝備研發及海洋資源利用等領域不斷深入研究。水下滑翔機就是其中一類海洋裝備。2016年，天津大學王樹新教授牽頭完成“混合驅動水下航行器關鍵技術與應用”項目獲得了國家技術發明獎二等獎。

      水下滑翔機,是自治型水下機器人（即AUV）的一種。它之所以能引起科研人員的廣泛關注，除了由於其可以適應在高壓低溫的深海環境下進行無聲作業外，還因其具備的獨特的超遠距離續航能力。在新能源汽車如火如荼的發展情況下，油電混動汽車續航里程可以達到一千公里左右，而體積比汽車小很多的水下滑翔機卻能夠在海底自由游弋數千公里甚至更遠。背後，是無數工程師和科學家的智慧和努力。

      要想實現水下滑翔機的長續航能力，科學家們首要想到先從外形設計入手。基於倣生技術，將滑翔機設計為類似“鯨魚”的細長軸流線型，或者類似“蝠鲼”那樣的大翼展，可以有效降低海流産生的阻力；模擬“雨燕”的滑翔、俯衝等飛行動作，優化其自身運動性能。為減輕自身質量，且適應深海高壓的作業環境，水下滑翔機多采用低密度、高強度的鈦合金材料。再通過優化耐壓殼體的形狀，比如將常規的圓柱形殼體之間的肋板，調整為弓形或其他形狀，以便能提高殼體的耐壓性能。或者採用碳化硅陶瓷等新型材料，降低耐壓殼的重量。

      其次，降低功耗。水下滑翔機長時間工作在複雜的深海環境中，進行大規模的觀測與探測活動,其表面和內部佈滿了大大小小的傳感器。隨着小型低能耗傳感器及其集成技術的發展成熟，這些傳感器不僅可以在低功率的情況下工作，還可以通過制定專門的智能節能策略，讓某些傳感器間歇性工作。

      在動力驅動方面，水下滑翔機巧妙地採用了浮力驅動技術和溫差驅動技術。浮力驅動系統的原理是利用液壓泵或活塞調節外部油囊膨脹的體積，從而調節並精準控制水下滑翔機的凈浮力，確保其在水下運行時保持穩定的深度，其動力通常是自帶的電池。而溫差驅動是借助海洋中的溫度差，如某海域的不同深度或溫躍層，利用固-液相變材料（如正十六烷）的熱脹冷縮特性，實現海洋溫差能的捕獲。滑翔機在水中浮潛過程中，隨着深度變化，環境溫度在3℃至25℃之間變化，相變材料在此溫度範圍內，可以實現固態與液態之間的轉變，改變體積，從而將熱能轉化為機械能或電能，以實現浮力驅動。這項技術的發展可以讓水下滑翔機擺脫自身攜帶電池能量的限制。

      我國的水下滑翔機相較於國外來説起步相對較晚，但發展迅速，其中，由天津大學自主研發的“海燕”譜係化水下滑翔機較為典型。“海燕”水下滑翔機的研製始於2002年，經歷了20多年的研製、改型、優化。其中，一款名為“海燕-X”的水下滑翔機，於2018-2020年在馬裏亞納海溝進行了大深度海試，最大下潛深度達到了10619米。另一款長航程型號“海燕-L”也很有特色，其在2020年進行的海上試驗中，從馬裏亞納海溝附近布放，直到次年才在南海附近海域回收，航行距離達到了5506公里。到當時位置，該型號的最長續航時間已經超過了300天，意味着接近一年的水下作業時間。

      水下滑翔機的研發不僅僅讓我們看到了科學家和工程師的智慧和努力，還見證了中國在海洋領域取得的成就。未來可以期待有更多新穎的技術可以涌現出來，並將其應用到水下滑翔機領域中去，繼續推動我國對海洋領域的探索和利用，為人類社會事業做貢獻。

      撰文：宋婷婷，上海彩虹魚深海科普基地主任

      審稿專家：祝葉華，科技導報社副編審、清華大學博士

      編輯：陳雨薇（實習）

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