水下滑翔機「海翼」的奧秘
【明報專訊】2017年3月6日，馬里亞納海溝傳來喜訊：「海翼」號7000米級水下滑翔機成功下潛至6329米，打破了由美國科學家創造的水下滑翔機最大下潛深度6003米的世界紀錄。
水下滑翔機是一種通過調節自身浮力和姿態，實現在水中滑行並收集水體信息的新型水下機器人，具有低功耗高靜音的特點，可對特定海域進行高精度大範圍的水體觀測，能有效提高海洋環境的空間和時間測量密度，是現有水下觀測手段的有效補充。並且具有效率高、續航力大(可達上千公里)的特點。水下滑翔機滑翔時由於無動力推進噪音極低，這個重要的特點使得其在軍事上也有很大的應用價值。可以由潛艇遠程投放，以完成特定的目的，並且不易被發現。正是因為這些優點，國內外都加大對水下滑翔機的研究投入，其中以美國為最。美已經研製出了四種型號的水下滑翔機，分別是：
SIO(Scripps Institution ofOceanography)研製的Spray Glider：用於深海域，最大下潛深度1500米。
華盛頓大學研製的SeaGlider：目標是能在能廣闊的海洋中航行數千公里，持續時間可達6個月，最大下潛深度為1000米。Webb Research Corp研製的電能驅動型Slocum Electric Glider：長1.8米，它以大約0.5m/s的速度工作在200米深的海域。
溫差能驅動型SlocumThermal Glider：工作在1500米深度。
「海翼」號的前世今生
「海翼」(Sea-wing)是中國科學院瀋陽自動化研究所的科學家們自主研製的系列水下滑翔機的統稱，這次打破世界紀錄的，就是其中的7000米級水下滑翔機。那麼「海翼」研發歷程是怎樣的呢？
2005年10月，中國科學院瀋陽自動化研究所在國內率先研製出了「海翼」水下滑翔機原理樣機。
2008年10月，「海翼」水下滑翔機工程樣機在千島湖成功完成湖上實驗最大下潛深度1200m。
2011 年，在西太平洋成功進行了水下滑翔機的海上試驗，最大深度達到837米。
2013年9月，水下滑翔機南海實驗，深度接近1000米，連續觀測數十小時，航程達到數十公里。
2014年5月，「海翼」水下滑翔機完成南海海上試驗，下潛深度首次突破1000米。
2014年10月，「海翼」水下滑翔機在中國南海結束了為期一個多月的海上試驗，總航程突破1000公里，達到1022.5公里，持續時間達到30天，創造了中國深海滑翔機海上作業航程最遠、作業時間最長的新紀錄。
2016年11月，在第十八屆深圳高交會上，中國科學院瀋陽自動化研究所設計研製的「海翼號」水下滑翔機正式亮相，創造了中國水下滑翔機海上工作時間最長和航程最遠的紀錄。
2017年3月6日，中國自主研發的「海翼」號水下滑翔機在馬里亞納海溝挑戰者深淵，完成大深度下潛觀測任務並安全回收，最大下潛深度達到6329米，刷新了水下滑翔機最大下潛深度的世界紀錄。「海翼」號此次搭乘「探索一號」科學考察船TS03航次，歷時4天進行了12次下潛工作，累計工作87個小時，總航程超過130公里。
水下滑翔機的工作原理
在水下，「海翼」號滑翔機前進時的軌跡可不是直線，而是像海豚游弋時那樣是沿着「之」字形的軌跡向前航行。之所以這樣是與它的動力系統有關。我們平時看到的船舶大都是依靠船下的螺旋槳旋轉所產生的推力前行。而「海翼」號很特殊，它沒有螺旋槳，體外也沒有其他動力裝置，其依靠的是自身浮力驅動。在「海翼」滑翔機的肚子裏安裝有一個可以放大縮小的油囊，而且肚子裏的電池也可以前後移動。當滑翔機需要下潛的時候，油囊就縮小，浮力減小，同時電池向前移動，使得整體重心前移，水下滑翔機就頭部朝下向下滑行，下降過程中在翅膀的幫助下，會產生一個向前的推力，這樣滑翔機就有了水平方向上的速度。當需要上浮的時候，油囊就會鼓起來，浮力增大，同時電池向後移動，這樣就會抬起頭向上滑行，翅膀使得滑翔機在上浮的過程中可以向前跑。在不斷的下潛上浮過程中實現折線前進，就像海豚一樣在大海保持航向不斷前行。也正因為這樣的特性，像海豚游弋時那樣是沿着「之」字形的軌跡向前航行。在水面的時候水下滑翔機需要把尾巴翹起來，將收集到的數據傳給衛星，同時進行定位和接收新的指令。水下滑翔機的這種驅動方式只需要在調節電池位置和油囊的時候耗費少許電能，因此續航能力非常長。
