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科技日报(2011.08.26):水下滑翔机:海洋科学家的移动办公室?
2011-08-29     | 【】【打印】【关闭
水下滑翔机借助改变自身浮力和重心在水下做滑翔运动,具有航行阻力小、能源利用率高、航行距离大、噪声低、成本低、回收方便等优点,可在海洋监测与探测领域发挥重要作用。然而,由于单纯使用浮力驱动方式,水下滑翔机在水下只能做锯齿形和螺旋回转轨迹航行,其航迹控制和定位精度低,航速慢,在风浪较大的海面可能会出现随波逐流的情况。

■ 新闻缘起

在刚刚结束的国家自然科学基金委员会第二次西太平洋海洋科学共享航次考察中,我国科学家成功实施了我国自主研制的水下滑翔机的海试实验,这标志着我国水下滑翔机系统技术基本成熟。

历时31天,航程超过7000海里,8月4日,我国自主研制的水下滑翔机搭乘“科学一号”科考船返回青岛大港码头。

此次考察中,由中科院沈阳自动化研究所研制的水下滑翔机在西太平洋超过4000米的水深处连续多次下潜,各项指标均表现正常,实验后被成功回收。这项实验的成功标志着我国水下滑翔机系统技术基本成熟。

水下滑翔机的优点在哪儿?海试中存在什么困难?未来将应用于哪些领域?科技日报记者就有关问题采访了参与海试的中科院沈阳自动化研究所副研究员俞建成。

水下滑翔机啥模样?

从外形看,用于此次海试的水下滑翔机外形有点像小飞机,主干的黄色躯体呈圆柱型,并安装有水平机翼。躯体可分为三部分:银色的传感器“长”在腰间,用来测量海水温度、盐度,传感器前端部位用来调节俯仰和横滚角度,后端则安装了浮力调节装置。头部呈半圆形,尾部“长”着一根细长的天线,用于卫星通信、定位,外加一对用于垂直稳定的垂直翼。

“水下滑翔机是一种新型的水下机器人,是目前国际上的研究热点。”俞建成说,该机器人与海洋科学的发展息息相关。现在一般科考船上载有用于温盐深仪观测的CTD,但因为身兼多项任务,一般站点设置不能太密,中间得间隔几十海里。水下滑翔机提供了一个理想的、有效的海洋环境观测平台,它将浮标、潜标与水下机器人技术相结合,依靠自身浮力驱动,其作业范围可以达到数百至数千公里、连续作业时间可达数月。

“当使用多个水下滑翔机同时、连续作业时,就相当于在海上编织起了密密麻麻的海洋环境立体观测网。”俞建成说。

“遨游”深海难在哪儿?

这是水下滑翔机第一次在4000多米的深海“遨游”。从2008年至今,它已经先后完成了3次湖上试验和3次海上试验,对水下滑翔机系统的基本功能和性能进行了试验和测试,但还没有在实际海上环境下对系统的大深度观测作业功能进行验证。

“科学一号”航次时间和作业海域与水下滑翔机的海试计划刚好相符,水下滑翔机此次正好搭载“科学一号”在深海环境条件下,验证水下滑翔机样机的大深度观测作业功能。

“‘科学一号’这次航次的作业任务比较重,时间比较紧,而且作业海域的海流比较复杂,要求我们必须做好充分前期准备,一旦试验条件具备,确保一次试验成功。”俞建成说,考察中的一个难点是水下滑翔机的海上回收问题。水下滑翔机完成观测作业出水后,通过卫星通信将其位置发送给“科学一号”。然后“科学一号”航行到水下滑翔机出水区域,并用侧舷靠近水下滑翔机将其回收。用“科学一号”这艘三千多吨大船的侧舷靠近水下滑翔机这个点,还要确保水下滑翔机的安全,这对经验丰富的船长也是一个很大的挑战。

滑翔潜能有多大?

这次海试是我国自主研制的水下滑翔机首次在深海环境条件下成功完成了深海观测试验,取得了宝贵科学数据和水下滑翔机海上作业经验。

“这为后续水下滑翔机产品化与示范应用打下良好基础,本次水下滑翔机试验成功标志着我国水下滑翔机系统技术基本成熟。”俞建成说,水下滑翔机涉及的主要关键技术包括总体集成技术、低功耗控制器技术、自主航行控制技术、高效浮力驱动技术、远程监控技术、海洋环境参数采集技术等。

本次科考还成功实施了我国自主研制的水下滑翔机海试实验,在西太平洋超过4000米的水深处连续多次下潜,最大下潜深度接近1000米,各项指标正常,滑翔机在实验后被成功回收。这标志着我国水下滑翔机系统技术基本成熟。

水下滑翔机能干啥?

因为移动可控、续航力强、实时性好等特点,水下滑翔机逐渐成为一种通用的海洋环境观测装备,并已在欧美等发达国家的众多海洋观测计划中得到广泛应用,初步显现了其优越的高时空分辨率海洋环境参数观测能力,将在海洋环境立体观测中发挥不可替代的作用。

1989年美国人Stommel提出了水下滑翔机最初概念,1995年以来,在美国海军研究局(ONR)资助下,美国先后研制出Slocum、Sea Glider和Spray等多种以电池为能源的水下滑翔机,目前这3种水下滑翔机已经实现产品化,分别由Webb、 iRobot和 Bluefin 三家公司负责生产。此外,日本、法国、加拿大等国家也都开展了与水下滑翔机相关的研究工作。

俞建成告诉记者,此次水下滑翔机搭载“科学一号”进行海试,主要因为“科学一号”航次时间和作业海域与水下滑翔机的海试计划相符合。另外这次是国家自然基金委2011年西太平洋共享航次,有来自多个研究单位、不同学科领域的科学家参加,希望借此机会与相关领域科学家交流,深入了解他们的实际需求,为后续进一步完善水下滑翔机系统功能和性能提供帮助,同时也让更多海洋科学家了解水下滑翔机这种新型海洋环境观测平台。

“作为当前最先进的海洋环境观测设备之一,国产水下滑翔机的早日推广应用将有助于促进我国海洋科学研究的发展。”俞建成说,有了这次海试的成功范例,相关的单位和技术人员就会进一步完善这项技术,然后尽快把它推向市场产业化,推动我们海洋调查的发展。

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