水下无人潜航器:两大技术障碍亟待解决

作者:张洪欣  来源:www.w88top.com   发布时间:2018-01-19 11:17:39   [打印本页] [关闭窗口]

  水下无人潜航器作为一种发展中的海洋前沿技术,近年来其军事优势越来越多地被用于执行水下探测、信息搜集、特情处置等任务,成为各国海军的重要水下武器平台和后勤支持平台。

  水下无人潜航器所具有的体积小、隐蔽性强的特点,使得各国海军可以更高效地搜集情报,以及在敏感水域执行任务。虽然可以用声呐探测水下无人潜航器的活动,但在像近海港口这样的嘈杂区域对其进行定位还是较为困难的。水下无人潜航器不仅可以隐藏在声呐探测系统中,使用声波干扰、声学诱饵等破坏性干扰手段以逃避定位,还可以模拟海洋生物以减少噪音航迹,从而提高隐形能力。水下无人潜航器易于运输和部署的特性,使其更容易靠近目标港口,并攻击水下基础设施。

  随着技术的持续改进和成本降低,水下无人潜航器的目标客户逐渐从军队和科研部门扩展到更为广阔的商业应用领域。据预测,水下无人潜航器的商业需求在持续增强,将从2014年的12亿美元增加到2019年的48.4亿美元。石油公司将会成为水下无人潜航器商业应用的最大客户。

  相对于广阔的市场前景,目前水下无人潜航器在续航、导航两大方面还存在一定的技术障碍。

  目前,限制水下无人潜航器使用范围和频率的最大技术障碍就是续航性。每当水下无人潜航器因电池消耗殆尽被迫上浮返回基地充电时,其暴露在外的时间就会相应增加。因此美国海军目前正在致力于研究无需上浮的水下充电技术,以解决这一弊端。2017年3月,美国海军与一家航空供应商签署了160万美元的合同,用于开发海上无线充电系统,并将其纳入了美国海军前沿能源和通讯前哨研究计划。2017年9月,美国圣迭戈空间和海军战争系统中心的科学家开发出一种水下无线充电技术,可以对水下无人潜航器充电,目前已完成了相关测试。

  除了续航能力,目前水下无人潜航器使用的锂电池存在无法空运、能量密度较低、易着火等技术缺陷,影响了无人潜航器的广泛与安全适用。使用其他种类的能源代替传统的锂电池,成为上述技术障碍的解决方案。2017年6月,美国麻省理工学院科研人员宣布开发出一种铝水电力系统。与传统的锂电池相比,铝水电力系统更安全耐用,并使水下无人潜航器的活动范围得到扩大。据悉,该铝水电力系统不仅可用于水下无人潜航器,也可用于各种海底检测系统,例如声呐浮标系统以及其他海洋研究设备等。

  与空中无人机相比,水下无人潜航器的导航能力因其水下航行的特性,在精准性方面有所不足。水下无人潜航器可利用海床的地形特征、磁场、重力变化等海底物理特征和相关线索来定位并导航。但这种导航需要事先对待测海域的海底地形有足够了解,还要求海底地形具有非常明显的特征,从而保证其声呐和光学传感器能够采集到足够数据。此外,许多水下无人潜航器也使用惯性导航系统,利用内部运动传感器来估测自身位置。但即使是最好的运动传感器也会发生漂移,导致其错误判断所处位置。

  总体而言,传统的地球物理导航、惯性导航、声学导航、卫星导航可基本满足民用和科研需要,但在军用领域却急需在隐蔽性方面进行改善。有鉴于此,美国国防部高级研究计划局已就水下无人潜航器导航面临的技术障碍进行研发,未来将投资6亿美元开发无需暴露水面的海底精准导航,并计划在今年完成海上系统演示。2017年12月,美国在南极罗斯冰架下对新研制的水下无人潜航器进行深度探测,以检测其导航功能。该水下无人潜航器的导航功能集成了地球物理导航、惯性导航、声学导航、卫星导航等系统组合,并对相关缺陷进行了完善。(作者单位为优德88娱乐北海海洋技术保障中心)