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武器装备|万米深海，有只“飞翔”的“海燕”( 二 )


从2005年实现工作深度100米 ， 到2009年实现工作深度500米 ， 再到2018年最大下潜深度8213米 ， 最后到今年下潜深度突破万米 ， 水下滑翔机的下潜深度由什么决定？下潜突破万米的难度在哪里？
“下潜深度是由水下滑翔机本身的浮力调节量决定的 。”杨绍琼说 ， 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 ， 天津大学和青岛海洋科学与技术试点国家实验室研究人员组成的“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 。
下潜深度突破万米 ， 另一大难点就是保证所有元器件都能承受万米海水的压力 ， 换句话说 ， 1平方米面积上需要承受约107公斤的重量产生的压力 。
难以满足承压要求的金属材料 ， 已不再适用于万米水下滑翔机的耐压壳体 。“海燕”团队在设计中 ， 创新性地使用了新型轻质陶瓷耐压复合材料 ， 在保证承压能力的基础上能够搭载更多的能源和任务传感器 。
杨绍琼说 ， 未来“海燕—X”仍可以大幅提升其性能 ， 通过优化壳体设计、能源模块、浮力补偿方式和浮力调节策略等 ， 可继续提升续航能力和观测性能；此外还可以进一步小型化和轻量化 ， 降低成本 ， 提高可操作性和经济性 。
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 。杨绍琼告诉采访人员 ， 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 。“续航里程长短一方面受限于机载能源 ， 另一方面还与水下滑翔机外形减阻设计、控制系统的低功耗设计、浮力系统的驱动策略等节能降耗关键技术有关 。”
从集成的传感器看 ， 可以集成温盐深（CTD）传感器 ， 还能集成溶解氧等生化传感器、水听器等声学传感器、电磁传感器 ， 以及湍流剖面仪等 。
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 。要实现透明 ， 就要有数据支撑 。
目前 ， 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 。采访人员 陈瑜


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