近日，又一条属于“世界之最”的消息从中国科学院传出：由中科院沈阳自动化研究所自主研发的“海翼”号深海滑翔机，在马里亚纳海沟完成了深度下潜观测任务并安全回收，其最大下潜深度达到了6329米，创造新的世界纪录。

水下滑翔机到底是一种什么设备?它的主要用途有哪些?其科学原理又是什么?带着这些问题，记者采访了中科院沈阳自动化研究所的研究人员。

惊心动魄的12小时

中科院沈阳自动化研究所研究员、水下滑翔机研究项目负责人俞建成介绍说，今年1月15日我国“探索一号”科学考察船从海南三亚起航，开赴马里亚纳海沟、雅浦海沟执行深渊科学考察和装备试验任务。中科院沈阳自动化研究所的研究人员随船携带“海翼”号水下滑翔机开展试验。这个最新款的深海滑翔机长3.3米，翼展1.5米，重140公斤，设计下潜深度7000米。

中科院沈阳自动化研究所助理研究员罗业腾回忆，此次布放中，“海翼”号在“探索一号”科考船的螺旋桨附近做了一个漂亮的回旋后，潇洒地驶离母船，如同游子远行前的告别。

之后便是12小时的漫长等待。

随船出海奔赴马里亚纳海沟的中科院沈阳自动化研究所副研究员金文明说，当接收到下潜深度6329米这个数据的时候，大家都非常激动。“我的同事甚至欢呼起来了。其实我的内心还是比较紧张的，因为就在同一个海域，去年我们的一台水下滑翔机在挑战6000米深度的世界纪录时与母船失去了联系。现在‘海翼’号成功打破了世界纪录，并安全地回收到甲板上。”

金文明说，“海翼”号水下滑翔机一共进行了12次下潜工作。在前半段实验中，“海翼”号经过6次下潜，历经了44.5小时，在深度上达到了6082米，水平航行距离达到了67公里。实验过程中，“海翼”号状态良好，并显示出了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。

在前试的基础上，科考队决定再进行两次超越6200米深度的试验，并制订了“突破世界纪录5%”的目标，即下潜目标深度设定为6300米，进一步检验“海翼”号的运行性能。

至此，“海翼”号的观测任务已经完成，累计工作87小时48分钟，累计航行134.6公里。试验证明了“海翼”号水下滑翔机作为一种新型海洋智能设备，能够对现有深渊观测任务提供新的解决方案。

能进行水体观测的水下机器人

俞建成告诉科技日报记者：“从本质上说，水下滑翔机是一种水下机器人，主要是用来收集海水水文参数信息的。”这种新型水下机器人具有低功耗、长续航力、高静音等特点，可以对特定海域进行高精度大范围的水体观测，能够有效提高海洋环境的空间和时间测量密度，是现有水下观测手段的有效补充。

“水下滑翔机主要的应用就是现场观测海洋的环境参数，包括海水的温度、盐度、溶解氧、叶绿素、营养盐等要素。”俞建成说，未来它可以用于为海洋环境预测预报提供实时的现场观测数据、海上环境现场测量评估、特殊海洋现象科学研究等。

当今世界的海洋观测技术主要包括天基、海基和水下移动三种。天基海洋观测是将航空和航天遥感技术应用于海洋观测的技术手段，这种观测技术一般只针对海洋表面物理特征进行观测。海基海洋观测是一种基于海洋测量船、浮标以及潜标的观测技术，由于这类观测平台没有空间上的自由度，因而观测效率不高。现在科学家普遍认为比较有前景的观测技术是水下移动海洋观测技术。这种技术引入了移动观测平台，提高了海洋观测范围和效率。随着科技进步，移动观测平台越来越趋向智能化、小型化及低成本化。

前进动力来自“肚子”里的“鱼鳔”

在水下，“海翼”号滑翔机前进时的轨迹可不是直线，而是像海豚游弋时那样是沿着“之”字形的轨迹向前航行。之所以这样是与它的动力系统有关。我们平时看到的船舶大都是依靠船下的螺旋桨旋转所产生的推力前行。在动物界，鱼类是通过尾部的摆动前行，鸭子是靠脚蹼上下打水游动。而“海翼”号很特殊，它没有螺旋桨，体外也没有其他动力装置。它的动力全部来自“肚子”里的一个类似“鱼鳔”一样的油囊，通过吸油和排油改变自身的浮力，同时借助于大翅膀和改变自身重心而提供前进动力的。

中科院沈阳自动化研究所的孙朝阳向记者详细解释了“海翼”号的驱动原理。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，同时肚子里的电池向前移动，使得整体重心前移，水下滑翔机就头部朝下进行滑翔，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，这样就会抬起头上浮，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滑翔机实现折线前进。也正是因为这样的特性，所以滑翔机在水下的运动轨迹是W形状。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。

潜心13年，一步一个脚印

“海翼”号是一步一个脚印向世界纪录冲击的。

我国水下滑翔机的研究起步较晚。由于西方国家在水下滑翔机技术上对我国实行封锁，中科院沈阳自动化研究所的“海翼”号水下滑翔机完全是由我国自主研发的。

中科院沈阳自动化研究所从2003年起持续开展水下滑翔机研发工作，突破系列关键技术，于2005年研制出我国首台水下滑翔机原理样机，2008年研制出工程样机，2009年在南海完成海上试验。13年来，中科院沈阳自动化研究所已研制出了浅海、深海等不同型号的水下滑翔机20余台套，工作深度有300米、1000米、7000米的三种水下滑翔机，分别承担不同的使命任务。这些水下机器人被命名为“海翼”系列。

2014年9月，1000米级的“海翼”号在南海长航程试验中航程达到1022.5公里，持续时间30天，创造我国水下滑翔机海上作业航程最远、作业时间最长的纪录;去年7月，7000米级的“海翼”号又创造了我国最深下潜5751米的纪录。

今年2月，搭乘“探索一号”科学考察船的7000米级“海翼”号不负众望，又创造了世界最深下潜纪录——6329米。

水下滑翔机，是一种新生事物，为什么不把他归为无人潜航器而是单独列为水下滑翔机呢，这要从它独特的运动方式说起。

水下滑翔机本身其实也是一种无人潜航器，但是又完全不同于传统的无人潜航器。传统的无人潜航器或者使用喷水动力，要么是螺旋桨推动。然而这种新型的武器，水下滑翔机采取完全不同的推动方式，完全靠重力和浮力的交替作用以求在水中滑翔。

大家知道滑翔机的原理，滑翔机靠拖带飞机拖到空中，依靠自身极高的升阻比进行滑翔，保持最低的下滑率，所以滑翔机虽然使用极小的动力甚至不使用动力设备，却可以飞行几百上千公里。

而水下滑翔机就是把这种滑翔机的原理用在了水中。水和空气都是流体，都可以产生升力，但是水的升力和阻力系数都比水大很多。水下滑翔机被投放后，只要保持一定的姿势头前尾后再水中下沉，就会产生向前的分力，滑翔机就会前进了。而且下降较少的距离能保证前进很长的距离。当下潜到一定深度，滑翔机又利用自身的压缩空气排掉海水变下降为上浮，此时一样可以上浮较小的高度而滑翔较长的水平距离。如此交替，滑翔机在水下不断上山和下山，以此为动力遨游大洋。这种前进方式对能量的利用率远远高于一般发动机和螺旋桨的组合。几乎可以达到百分之百。从无如此尺寸的无人潜航器可以航行数百公里。而且毫无噪音。

然而水下滑翔机虽然有这些优点，但是缺点也是明显的，就是速度太慢，水下滑翔机只能达到五节以下的航速。这个速度作为主战兵器是不够的，主要是作为水下隐蔽的侦查平台。

滑翔机“火了”!不过，这个滑翔机并非我们想象中的能在空中翱翔，它特指会在水下“飞”的水下滑翔机。习主席在2018年新年贺词中，对我国科技创新与重大工程建设进行了总结，其中就提到我国自主研发的“海翼”号深海滑翔机。“海翼”号深海滑翔机曾在马里亚纳海沟成功完成大深度下潜观测任务，最大下潜深度达到6329米，一举刷新了水下滑翔机最大下潜深度的世界纪录。

作为一种新型水下机器人，水下滑翔机是一种具备大范围、大深度运动能力的深海监测平台。在深海探寻“龙宫”之时，水下滑翔机主要利用净浮力和姿态角调整获得前进的动力，具备能源消耗小、作业时间长、航行距离远、投放与回收简单等诸多优势。美国国防部曾表示将持续加大水下滑翔机研发力度，以保证美国海军的水下作战优势。一个属于水下滑翔机的时代已悄然而至。

通过浮力变化实现“水下翱翔”

暗无天日的深海，沟壑交错的海底，难以捉摸的暗流，严酷的海洋水文条件给水下作业带来诸多风险和挑战——深海监测目前依旧是一道未解的谜题。

传统海洋观测，高度依赖固定系泊设备和海面船只，飞机与卫星也只能在海面观测时“搭把手”。如今，一种可在高危环境下执行高风险任务的机器人悄然诞生，这种可在水下“飞”的“深海精灵”，就是水下滑翔机。

顾名思义，水下滑翔机借鉴了航空领域滑翔机的经验，以浮力作为推进动力，通过浮力变化实现水下“翱翔”。水下滑翔机具备了在深海中长时间连续工作的能力，并且在滑行过程中自身消耗能量低，是可持续的深海观测平台。

不用螺旋桨在水下怎么“飞”?原来，“深海精灵”还有一个“小肚子”，可以通过控制“肚子”大小来改变自身浮力，进而实现在海水中的运动。通常，水下滑翔机浮力引擎外部都装有一个气囊。当下潜到预定深度完成任务后，水下滑翔机就会将机体携带的液压油压入气囊中，随着气囊的膨胀，滑翔机的密度会逐渐低于海水密度，进而实现上浮。当需要前后运动时，“海翼”号配备的可前后移动电池就能大显身手。下潜时，“海翼”号的电池会自动前移，前部的“翅膀”会产生向前的推力，上浮时“海翼”号电池自动后移，这样就可在不断的下潜上浮过程中实现折线前进。

水下滑翔机前进路径

1995年8月，美国海军战略司令部提出“先进水下无人舰队”构想。为顺应这一发展趋势，世界各国纷纷开展了类型多样、用途广泛的水下机器人研究，其中就包括水下滑翔机。目前，美国、法国、日本、加拿大等国的水下滑翔机已形成多种型号，在体系结构和性能上各有所长，部分型号已经实现了产品化。

美国自上个世纪90年代起就开始进行水下滑翔机的研究，目前已成功研制出多种型号的产品。金枪鱼机器人技术公司研制的“喷射滑翔者”水下滑翔机，使用一组电池就可连续部署超过6个月。为充分提高水下滑翔机的运动速度和浅海部署能力，美国海军研究办公室在“水下自主计划”需求下，资助ANT公司先后向美国海军交付了18套水下滑翔机，还增加了水雷探测、障碍规避和防范蛙人等功能。

“大闹龙宫”还需几多“魔法”

圆圆的头，前部长着一对“翅膀”，筒状修长的身体，后面拖着长长的天线尾巴，水下滑翔机的外貌大致如此。随着相关技术的发展，看似“呆萌”的水下滑翔机早已集成了壳体、浮力机构、控制、传感器、水声通信、导航及发射回收等诸多技术。毕竟，要想在深海“大闹龙宫”，还必须要有自己的独特“魔法”。

水下滑翔机动辄在几千米深的水下活动，那可真是“压力山大”。为避免被压成“馅饼”，水下滑翔机必须使用轻便耐压的特殊抗压材料。我国研制的“海翼”号7000米级水下滑翔机还采用了由轻质碳纤维材料制成的外壳，不仅穿上了“铁布衫”，还成功“瘦身”，为携带更多电池提供了空间。同时，为保证潜得更深、跑得更远，还必须进行相应的减阻设计。通过独特的前缘设计，水下滑翔机有效减少了阻力，进一步提升了续航时间。

水下滑翔机动不动就在海里“跑”，一不小心“跑丢了”怎么办?别怕，水下滑翔机装备了通信与导航定位设施，通过姿态控制把天线最大限度抬离水面，并与卫星等终端建立稳定通信，源源不断地传输位置、姿态、状态和采集到的各类海洋特征数据。

此外，水下滑翔机的发射方式包括水面平台发射、通过吊臂和特殊发射装置发射、通过甲板安装的固定轨道发射等多种方式，使用后也可通过固定式导轨、吊臂、回收笼以及人工方式收回。