研发水下滑翔机与海上飞行器的新成果
（一）水下滑翔机研发及海试的新信息
1．研制新一代水下滑翔机的新进展
自主研发出“海翼”号水下滑翔机。[30]2016年11月19日，新华社报道，在第十八届深圳高交会上，中国科学院沈阳自动化研究所设计研制的“海翼”号水下滑翔机正式亮相。水下滑翔机是一种新型水下无人潜航器，它运用活塞原理改变自身浮力在海中移动，续航时间可长达数月。
近年来，以混合推进技术为特征的新一代水下滑翔机，成为国际研究的新趋势。它集能耗小、成本低、航程大、运动可控、部署便捷等优点于一身，具备独立在水下全天候工作的能力，在海洋科学等领域发挥重要作用。
目前，中国自主研制的水下滑翔机下潜深度达到5751米，接近目前国际上水下滑翔机最大下潜深度（6000米）。而 “海翼”号此前在南海连续工作超过1个月，累计航程超过1000公里，获得220多个观测数据，创造并保持了我国水下滑翔机海上工作时间最长和航程最远的纪录。
该研究所水下机器人研究室副主任俞建成介绍道，“海翼”号系统采用模块化技术，设计了独立的科学测量载荷单元。科学测量载荷单元可以根据科学家的观测任务，有针对性地定制搭载各种探测传感器。实现了从过去“打哪儿指哪儿”，到现在“指哪儿打哪儿”的转变，真正满足了科学家的多元化科研需求。
水下滑翔机的主要驱动机构包括俯仰调节装置、浮力调节装置和航向控制装置，其中航向控制装置采用了小型垂直舵控制方式，具有良好的航向控制能力，适合于各种复杂海流环境。俞建成表示：通过卫星通信可以实现对水下滑翔机的远程控制和实时数据获取，并可实现多台水下滑翔机协同观测作业。针对一直以来海上天气预报不够准确的问题，水下滑翔机为长时间、稳定、持续的预报提供了高密度的数据支撑。
2．水下滑翔机作业航程海试的新进展
我国水下滑翔机海试突破千公里。[31] 2014年10月28日，《中国科学报》报道，近日，中国科学院沈阳自动化所研制的水下滑翔机，在南海结束了为期一个多月的海上试验，完成了多滑翔机同步区域覆盖观测试验和长航程观测试验。在长航程试验中，创造了我国深海滑翔机海上作业航程最远、作业时间最长的新纪录。
此次试验从9月5日开始至10月15日结束。多滑翔机同步区域覆盖观测试验，是通过岸基监控中心控制两台滑翔机，在设定的55公里×55公里的正方形观测轨迹执行同步观测，初步验证滑翔机系统的远程控制协同观测能力。长航程观测试验目的是要在真实海洋环境条件下考核滑翔机系统的续航能力和系统可靠性。滑翔机在长航程试验中无故障工作了30天，完成了229个1000米深剖面观测，水平航行距离达到1022.5公里。
2014年，沈阳自动化所水下滑翔机先后完成了3次海上试验，滑翔机海上累计工作天数达到80天，累计航程达到2400多公里，累计观测剖面数超过600个，全面考核了系统的可靠性和稳定性，达到了产品化水平，为后期推广应用打下了坚实基础。
3．水下滑翔机下潜深度海试的新进展
我国滑翔机深海下潜刷新深度世界纪录。[32] 2018年4月22日，央视新闻客户端报道，青岛海洋科学与技术国家实验室船队成员“向阳红18”号科考船，今天在国家海洋局深海基地靠港，圆满完成30天的共享航次任务。
此次，“向阳红18” 号搭载31套我国自主研制的“海燕-4000”级水下滑翔机、“海燕-10000”米级水下滑翔机等设备，奔赴马里亚纳海沟，共完成了18个剖面的下潜观测，其中超过4000米深度的观测剖面3个，最大工作深度达到8213米，刷新了下潜深度的最新世界纪录，把水下滑翔机的潜深从当前的6000米提升到8000米这样一个量级。同时，获得大量的宝贵深海观测数据，顺利通过海上测试。
4．水下滑翔机续航能力海试的新进展
国产滑翔机再创水下续航能力新纪录。[33] 2018年5月16日，新华社报道，近日，天津大学海洋技术装备团队自主研制的长航程“海燕”号水下滑翔机，在南海北部安全回收，再次创造国产水下滑翔机连续工作时间最长、测量剖面最多、续航里程最远等新纪录。
“海燕”号万米级水下滑翔机，2018年4月在马里亚纳海沟附近海域深潜，创造水下滑翔机工作深度的世界纪录，这一次它又取得技术突破，把我国水下滑翔机的观测能力提升到近4个月。
据介绍，本次成功通过海上试验验证的长航程“海燕”号水下滑翔机，设计航程3000公里级，于2018年1月16日在南海布放，5月14日安全回收，连续运行119天，完成剖面862个，航行里程2272.4公里。
据介绍，“海燕”号水下滑翔机是一款无人潜航器，基于浮力驱动和螺旋桨推进相结合实现混合驱动，可长时间连续在大范围海域测量海水温度、盐度、海流、海洋背景噪声等物理参数，以及海洋微结构特征和特殊声源信息等，在海洋环境探测、探索追踪海洋突发事件中发挥着重要作用。
（二）海上无人机与双栖机研发的新信息
1．研发海上无人机的新进展
⑴推出首架“人鱼海神”海上侦察无人机。[34]2012年6月14日，有关媒体报道，美国海军首架MQ－4C型广域海上监视无人机，当天在加利福尼亚州帕姆代尔的诺思罗普-格鲁曼工厂正式亮相。美国海军沿用根据希腊海神名字命名侦察机的传统，宣布其代号为“人鱼海神”。
该无人机是在美国空军“全球鹰”无人机基础上为海军研制的，它长约13.4米，翼展约39.9米，可在1.8万米的高空飞行24小时。这种无人机将装备能对下方海域360度扫描的雷达，一次飞行即可侦察近700万平方公里的海域。发现可疑目标后，它还可降低飞行高度，对目标进行重点侦察。
诺思罗普-格鲁曼公司航空航天部副总裁杜克·迪弗雷纳在当天举行的仪式上说，广域海上监视无人机项目，代表美国海军航空兵的未来，也是海军的一个战略要素，而“人鱼海神”无人机则是这一项目的关键，它将显著提高海上情报、监视和侦察能力。有媒体称，未来美国海军，将在全球5个基地部署“人鱼海神”无人机。
⑵“翼龙”无人机成功执行海洋气象观测任务。[35]2021年11月27日，中国新闻网报道，当日9时，中国航空工业公司自主研制的“翼龙”10号无人机腾空而起，搭载毫米波测云雷达、掩星/海反探测系统等，经过几十分钟飞行后到达任务空域，与天基、海基、岸基气象观测仪器一起，对海洋上空云系、温湿廓线分布、以及海面风场等气象要素进行协同观测。
在无人机气象保障服务指挥调度平台上，技术人员看着屏幕上一组组“翼龙”10号实时传输回来的试验数据很是兴奋，这些数据用常规气象探测手段几乎无法获取到。在整个任务过程中，“翼龙”10号各系统状态良好，任务载荷工作正常，此次飞行观测试验取得成功。
据介绍，本次任务，“翼龙”10号搭载多种气象探测载荷，涵盖了海洋气象多要素、多维度以及高分辨率的全方位探测，开创了同一无人机平台多模式应急气象协同观测的先河。这项任务，是继2020年“翼龙”10号执行中国首次无人机台风探测试验任务后的又一次技术突破，是建设以无人机为主体的空基观测体系所迈出的重要一步，同时为今后实现“监测精密、预报精准、服务精细”奠定了重要基础，对海洋开发利用、防灾减灾和建设海洋强国提供重要支撑，并为全球气象服务提供全新精准的技术手段。
据中国气象局气象探测中心副总工程师张雪芬介绍，此次试验将在验证“翼龙”10号无人机平台、改进载荷的性能、观测方法、指挥系统、试验流程以及自主研制的掩星系统和太赫兹雷达的同时，为最终建立完善的无人机气象应急探测业务系统奠定坚实基础。
中国海岸线漫长，以台风为代表的海洋气象灾害频发，每年给沿海居民生命财产和国民经济造成巨大损失。利用无人机对台风直接观测是提高台风强度预报、路径预报准确率的重要手段。为此，2020年中国气象局联合中国航空工业公司实施开展“海燕计划”，对台风等海洋气象观测开展科研探测试验，本年度试验就是其重要组成部分，重点开展机载气象载荷功能和性能测试。
2．研发水空两栖机的新进展
⑴研制出可变身为潜水艇的无人机。[36]2015年8月17日，美国商业内幕网站报道，2015年春季，美国专利商标局通过了波音公司申请“快速部署的水空两栖飞机”专利。这项专利体现的创新成果是：制成可变身水下潜艇的远程遥控无人机。
据波音公司称，这种无人机由一架主飞机运入部署区域，后经远程遥控脱离主飞机自行前飞，必要时会潜入大海或湖泊的水中。入水时，双翼和螺旋桨借助爆炸螺栓和水溶胶脱离飞机，以减轻重量和优化其水动力特性；同时无人机展开新的操纵面和螺旋桨。
波音公司表示，水空两栖推进的实现得益于一个简单的引擎。无人机入水后可部署其负载的物资或武器，还可用于大海或湖泊的水下侦探，通过机上的压载水舱来控制潜下的水深。水下任务完成后，它浮出水面将其收集的数据传给其他遥控飞机或传回指挥中心。
波音公司在专利文件中称：“此飞机兼适于空中和水下飞行。空中模式下飞机配备双翼、稳定器和两套同轴的螺旋桨叶，其中第一套推动空中飞行，至少一组附件将第一套桨叶连接到飞机上；转换为水下模式后，第二套螺旋桨叶负责水下推动，那些附件将第一套桨叶从飞机上脱离。”
与其他专利一样，文件中描述的无人机还只是个概念。如果波音公司将可飞的潜水无人机投入生产，任何潜在买家都需技高一筹才能指挥这款“双栖机”。
⑵研制用于远海救援的大型水陆两栖飞机。[37]《人民日报》报道，2017年12月24日上午，“鲲龙”AG600直冲云霄，首飞成功。它是国家应急救援体系建设急需的重大航空装备，也是目前世界最大的在研水陆两栖飞机。该机采用悬臂式上单翼、前三点可收放式起落架、单船身水陆两栖飞机布局形式，选装4台国产涡桨六发动机，最大起飞重量53.5吨，具有载重量大、航程远、续航时间长的特点。
“鲲龙”AG600除了是“灭火能手”，还是远海“救护高手”。它最大巡航速度每小时500公里，最大航时12小时；最大航程4500公里。它可在2米高海浪的复杂气象条件下实施水面救援行动，水上应急救援一次可救护50名遇险人员，提供了开展中远海距离水上救援工作的保证。在海上救援方面，与船舶相比，其突出的优势在于速度快，它是救捞船舶速度的十倍以上。该机最大救援半径达1600公里，可覆盖我国大部分海域及专属经济区，特别是我国海难多发的内海主航道。
在接到救援指令后，该机立即携带必要的救援设备，飞往指定水域，目视并利用机载搜索探测设备，进行盘旋搜索，确定遇险船舶、人员的方位、坐标，及时报告当地水域和遇险人员情况；在天气和水域条件允许的情况下，飞机直接降落水面，着水救援，利用机载机动救生艇等救生设备，靠近遇险人员，将遇险人员直接救助上机，进行必要的紧急处置。如因水面风浪过大，超出飞机水面起降能力，则低空或超低空向遇难者投送救生设备、药品、食物和水，增加遇险人员获救的机会，为采取其他救助措施赢得时间。
⑶成功研发既能上天也能入海的航行器。[38]2022年11月5日，《科技日报》报道，哈尔滨工程大学船舶工程学院水下机器人技术国家重点实验室李晔教授负责，博士生孙祥仁等参加的一个研究团队，历时一年多，研发出两架既能上天也能入海的潜空跨介质航行器，分别命名为“长弓”1号“长弓”2号，近日在黑龙江省五常市龙凤山水库试飞成功。
这两款航行器类似两架小飞机，能在空中、水面、水下切换自如，可负重1千克，潜深100米，通过搭载的高清摄像机与数传电台，完成大气边界层与海洋边界层界面观测。
李晔介绍，两款航行器分别采用了固定翼和折叠翼结构，均能够迅速跨越水空介质，在空中稳定飞行，在水下隐蔽航行，全程无需人工控制。
空气和水是两种截然不同的介质，潜空跨介质航行器在不同环境介质中航行时，会受到未知的风、浪、流联合干扰，所受环境外力情况和相应动力学响应都有显著差异。李晔说，不同介质跨越是研发瓶颈所在。设计之初，经过对多旋翼、倾转旋翼、固定翼等构型方案进行综合比对分析，研究团队最终确定固定翼飞行构型方案。
固定翼相比其他结构，在介质跨越过程中用时更短，但研发难度更大。不同于多旋翼可以在水面上起飞，固定翼飞行器需要直接跨越水空界面，这种跨域方式并无适合的数学模型可参考。综合水中和空中各项性能参数要求，研究人员进行了无数次仿真实验，最终完成样机总体方案设计。
让“飞机潜水”是该研究团队的看家本领，但让“潜水器会飞”着实给他们带来不小挑战。技术负责人孙祥仁介绍，通常航行器为抗压，下潜越深材料越重，但机身过重就无法轻盈起飞，因此，研究人员通过一系列手段为航行器减重，连1克重电线也斤斤计较，力求将总重控制到最低。
最终，固定翼与折叠翼样机双双成功实现跨域航行，意味着融合空中飞行、水面游弋、水下巡航能力于一体的跨介质航行器技术取得重要进展。业内专家评价，这种航行器用途广泛，在海洋探索和开发方面具有广阔应用前景。
