2012-7-10 09:39:44
科技日报
延 伸 阅 读 |
驾船环游四大洋已经过时啦。目前最新、最酷、最炫的把戏是在海中滑翔。水下滑翔机是无人驾驶的小型海下“侦探”,目前,有数百个这样的“侦探”在水下执行任务。这些滑翔机所需要的能源非常少,而且能够在海中“潜伏”数月甚至更长时间。另外,由于它们在水下作业,因此海面上变幻无常的天气不会对它们造成影响。它们目前唯一的克星和灾星就是鲨鱼和渔网,科学家们在几艘已经回港的水下滑翔机身上,发现了鲨鱼的齿痕。
据英国《经济学人》杂志网站近日报道,水下滑翔机目前的应用领域主要有三方面:科学研究、军事和商业领域。如今,包括美国、法国、日本等在内的国家都在着力研发水下滑翔机,以更好地对海洋进行监测和跟踪。
海洋中的“多面手”
水下滑翔机的动力来自浮力引擎,浮力引擎的外部装有一个气囊,引擎将油压进或压出该气囊。当气囊中的油被压出来后,气囊就会瘪下去,这样,船体的密度就发生了变化,由此导致滑翔机能在海中上下浮动。另外,由于水下滑翔机的两侧配备有翅膀,所以,来自海洋中的一些垂直力量会被转化为水平运动。尽管这样的水平移动的速度很慢(大多数滑翔机的速度至多约为半节),但是效率极高,这意味着滑翔机能执行长期的任务。例如,2009年,由美国罗格斯大学研制而成的一艘名为Scarlet Knight的水下滑翔机,充电一次就成功地横渡了大西洋,而且前后只花了7个月。
自从那次水下滑翔机横渡大西洋之后,滑翔机就声名鹊起,科学家们也开始对其寄予厚望,驱遣其去执行很多以前无法想象的任务。
2010年,由来自美国海军、斯克里普斯海洋研究所和总部位于美国麻省贝德福德的机器人制造公司iRobot的科学家组成的研究团队,使用水下滑翔机对美国墨西哥湾漏油事件发生后水面下的情况进行了跟踪和监测。同一年,美国俄勒冈州立大学研制的滑翔机观察到了西南太平洋汤加共和国附近劳盆地的海下火山的爆发。2011年,由总部同样位于美国麻省的Teledyne Webb公司制造的滑翔机追踪到了因为地震而损坏的日本福岛核反应堆所泄露于海上的辐射。此外,加拿大纽芬兰纪念大学也正计划使用配备了声呐系统的水下滑翔机来监测冰川,以厘清它们是否会成为水下光缆和其他海底基础设施的威胁。
10年前,全球逡巡于海中的滑翔机的总数还不到30艘,这些滑翔机要么由科研院所研制,要么由军队研制。而现在,至少有400艘滑翔机在海中静静地潜伏着。这些滑翔机大多数都由三家公司研制而成。这三家公司分别是iRobot公司——其研制的产品名为海上滑翔机(Seaglider)、Teledyne Webb公司——其制造的史洛坎滑翔机(Slocum Glider,以史上第一个单人驾船环游世界的人、美籍加拿大人约书亚·史洛坎命名),以及金枪鱼机器人公司(Bluefin Robotics)——其销售的机器人名为喷射滑翔机(Spray Glider),这种滑翔机被设计用于深海域,最大下潜深度为1500米。它采用细长的低阻力的流线型外壳,把天线内置于机翼中以进一步减小阻力。
三大领域展英姿
目前,水下滑翔机最受宠的领域是科学研究领域。对于捉襟见肘的海洋学家们来说,滑翔机真的算是老天爷的恩赐。它们的运行费用可以忽略不计,尽管购买一艘滑翔机的成本可能高达15万美元,但其实,这点钱只够科研人员前往南冰洋待3天,因此从整体上而言,对科学家们来说,水下滑翔机真的是物有所值。
而且,水下滑翔机可以持续观察研究对象的一举一动,而不是只传回一系列的图像。除了追踪污染、观察火山以及探测冰川等之外,它们也可以像鱼儿一样四处游动,监测海水中不同水域温度的变化情况,并绘制出海水中不同水域海藻的丰度情况。由美国弗吉尼亚海洋科学研究所操作的一艘经过了改良的名叫冰龙(Ice Dragon)的水下滑翔机目前正在探测南极的冰架情况;另外一艘经过了改良的海下滑翔机——深海滑翔机(Deepglider)目前能下潜到海底6000米深处工作。
深海滑翔机由美国华盛顿大学的海洋学家查尔斯·埃里克森及其同事所研发。其利用海水浮力的变化来推动自身,因此能耗极低。而且,其船体也非常轻巧,发射和回收都不需要起重机。另外,深海滑翔机的表面装备了传感器,可以搜集包括海水盐度和温度在内的数据,随时通过卫星传回实验室。Teledyne Webb公司的暴风雨滑翔机(Storm Glider)目前正潜伏在容易发生飓风的海下,其能在极端天气出现时不断传回相关数据。
水下滑翔机也非常安静,就像一位研究人员说的那样:“它们能倾听到鱼儿的打嗝声。”美国南佛罗里达大学的科学家们最近进行的研究证实了这一点。在该研究中,一艘滑翔机就借用鱼儿制造出的噪音,成功地标示出了西佛罗里达大陆架里红斑鱼鱼群和蟾鱼鱼群的分布情况。
水下滑翔机在军事领域的应用也方兴未艾。例如,美国海军已经从Teledyne Webb公司的子公司Teledyne Brown那里订购了150艘近海战场感知滑翔机(LBS-G),合同总价值高达5310万美元。这些滑翔机开始将单独使用,监测海下什么情况会对声呐造成影响。最终,美国海军会将这些滑翔机连接成一个网络,让其能采用一种相互协调的方式上下移动。
滑翔机也是理想的情报“搜集员”。水下滑翔机没有引擎噪音和螺旋桨,很难被侦测到,因此非常适合搜集情报。它们能被潜艇运送至海下,在必要时可以潜伏很长一段时间。无论是在海下航行还是在海面逡巡的船只,通过滑翔机附近,都会被探测到并被定位,而这些船只并不会意识到自己已经“中招”。
目前,美国海军正在对一种名为波浪滑翔机(Wave Glider)的滑翔机的运行情况进行评估。该滑翔机通过海波发电来驱动,专为探测海洋环境资源和生态所设计,由位于美国加州的创业公司液体机器人(Liquid Robotics)公司所研制。这种新型滑翔机由水上浮筒和水下翼状面板组成,能将海水的上下波动转化成向前的推动力,从而实现更长时间、更远距离的航行。
水下滑翔机的第三个应用领域是商业领域,不过,目前这一领域的应用还很少,或许这也与从事滑翔机研制和使用的公司试图对其行为保持低调有关。不过,iRobot公司首席战略官乔·戴尔认为,对于其公司研制的滑翔机来说,油气探测将是一块“大肥肉”,因为这些滑翔机能以更低的成本更详细地探测到海底很大范围内的情况。
各国争先恐后研制水下滑翔机
法国滑翔机公司ACSA也专注于研制水下滑翔机。今年3月,该公司推出了海洋滑翔机(SeaExplorer),这是一款流线型的无翼滑翔机,其速度为1节,是美国公司目前推出的滑翔机的速度的2倍。ACSA公司市场经理帕特里斯·普拉表示,海洋滑翔机没有机翼,这使得它被渔网缠住的危险大大减少。另外,其有效载重舱被设计成很多可更换的模块,这样,它能装载各种各样的设备,这就意味着客户不必为了不同的目的而购买不同的滑翔机。
在滑翔机领域内,ACSA并非美国唯一的竞争对手。例如,中国沈阳自动化所在中科院海洋所的袁东亮(音译)的带领下,已经研制出了名为海的翅膀(Sea Wing)的水下滑翔机。去年8月份,该滑翔机在西太平洋深海测试成功,其下潜到了水下800米深处。天津大学的科学家们目前正试图提高该滑翔机的“耐力”,他们正在测试使用燃料电池代替普通电池,同时也在测试使用热力发动机(其可以利用不同深度的海水的温差来获取能量)来为该滑翔机提供动力。
日本科学家们也在制造水下滑翔机。日本大阪大学的有马正和就参与了几个滑翔机的研制项目。其中一个项目是研制出一款小型、低成本且具有独立的可移动机翼的滑翔机;另外一个项目是研制出一款名为SORA的太阳能水下滑翔机。尽管SORA必须到达海面才能重新充电,但其装备非常轻巧,到海面充电并不需要耗费太长时间。SORA太阳能水下滑翔机能在海面下潜伏几个月,然后在海面待几天,充电,接着潜回到海下,因此从理论上而言,它可以无限期地在海下工作。
然而,有马正和最大的兴趣是像美国海军那样:让其研制出的水下滑翔机能协调有效地工作。他的计划是在海下铺设一个由1000架水下艘滑翔机组成的网络来监测海洋的情况。如果这个网络能搭建成功,那么,这些水下间谍就真的能“以一抵百”了,届时,海中的大鱼小鱼也会发现自己已经身处“机器鱼群”的包围中了。
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