中国首款自主变形“魔鬼鱼”潜水器研制成功 

　　由西北工业大学航海学院自主研发的3米翼展仿蝠鲼柔体潜水器，在我国西沙北礁海域成功完成1025米大深度滑翔与扑翼一体推进海试，成为全球首例完成此举的具有应用能力的仿生水下航行器，未来将在海洋环境保护等方面发挥重要作用。

　　长期以来，为了更好地进行海洋数据采集、海洋资源利用，更好地保障海洋权益，世界各国都在高端水下航行器方面开展了尖端科技研究。当前，各国已经投入使用的自主水下航行器中，存在难以同时兼顾工作时长与机动性、隐蔽性差、对海洋生态扰动大等短板，这些短板限制了水下航行器的大规模深入化的应用。

　　在加快建设海洋强国的大背景下，自2016年来，西北工业大学自主水下航行器团队瞄准未来海洋开发需求，致力于解决限制水下航行器有效利用的卡脖子难题，先后自主研发了4型仿生水下航行器工程样机，并成功开展了水池试验、湖试、海试。

　　近期海试成功的Ⅳ型样机，翼展3米、重470公斤，具备滑扑一体混合推进能力，它既能在水中高效长距离“滑翔”，也能超高机动“扑动”，融刚性“躯干”与柔性“双翼”于一身，无论是外形还是动作，都和真正的蝠鲼高度相似。项目负责人潘光教授介绍：“它和蝠鲼的滑翔和拍动相似程度已经接近了90%以上。”该型样机已经完成了1025米大深度的滑扑航行试验，并采集温盐深水文信息，取得重大科研突破。

　　西工大这支团队从基础研究到工程应用，走过了全链条的自主研发之路——突破了蝠鲼生物的仿生运动数据分析、流体力学机理研究、多自由度刚柔并济仿生扑翼结构设计、模拟生物神经仿生控制等多项核心尖端技术。

　　这款工作时间长、机动性高、载荷量大、隐蔽性强、生物亲和性好的仿蝠鲼潜水器，满足广域粗维度+原位细维度监测需求，可应用于各种水下环境监测、海洋大数据采集、海洋牧场养殖等场景。

　　潘光介绍，这款仿生水下航行器可以在海洋牧场当中和鱼群混游，监视海洋牧场鱼群健康状态，此外，还可以进一步增加它的声学、磁学传感等载荷，针对未来海洋环境保护，开发应用价值。

　　目前，团队已经开始和相关单位合作，对西沙北礁珊瑚开展了环境监测，并采集了周围1000米深度海域温度、盐度、深度等水文信息。

　　随着世界各国海军试图保护其人员免受危险环境的影响，水下无人潜航器 (UUV) 的防御应用正在逐步增长。水下无人潜航器 (UUV) 为海军提供了使用的灵活性、更低的实施成本以及改进的操作时间和安全性。

　　·技术发展趋势

　　一是模块化。支持模块化和灵活性的概念，以减少在役船舶现代化的时间和成本，并适应未来的不确定性。海军将模块化系统视为交付能力的一种手段，这导致对为多任务设计的模块化无人潜航器的需求不断增长。因此，公司正在以模块化结构设计他们的无人潜航器，允许快速启动新技术，而无需对主机平台进行昂贵的修改。

　　二是测试和开发中心/组织。预计到2020年代末，无人海上车辆将与有人作战平台一起使用。因此，一些海军需要发展一个专门的分支或组织来开发操作概念并将 UMV 集成到他们的舰队中。为此，美国海军于2017年9月成立了第一支无人水下航行器中队(UUVRON-1)，以测试无人潜航器并开发相关的操作概念。该中队正在训练两艘名为“LTV-38”和“LTV-48”的测试工作，以模拟光探测水下无人潜航器 (LDUUV)，并一直在使用超大型水下无人潜航器 (XLUUV)原型和两架已经交付的Razorbacks。

　　同样，英国皇家海军建立了NavyX，皇家海军的新型自主和杀伤力加速器，以快速开发、测试和试用尖端设备，使新技术脱离设计阶段并投入使用。“五眼联盟”和北约成员国也一直在“无人战士”和“自主战士”系列演习中测试无人/自主作战能力，以适应未来作战要求并测试作战概念。因此，这些新的组织和演习将为关键问题提供见解，例如各种无人潜航器应该承担哪些任务以及它们如何最适合更广泛的海军战术和作战结构。

　　三是3D打印技术。3D打印机已经在航空航天和国防工业中证明了自己的价值，这需要精密工程来生产高规格零件。尤其是航空航天在所有行业中的采用率最高，而最大的参与者现在正在从原型设计过渡到零件制造。一些公司和大学正在寻求利用 3D 打印技术制造水下无人潜航器。

　　四是芯片处理器。微处理器作为无人驾驶车辆的控制中心，为控制和通信软件提供平台，集成防撞传感器、高清摄像头和其他传感器。手机行业在很大程度上推动了芯片设计的进步，导致芯片尺寸更小、性能更高、成本更低，从而有助于降低无人驾驶汽车的制造成本。芯片制造商正在扩展片上系统 (SoC) 组件的功能，以在单个芯片上结合多个传感和处理元件。

　　五是人工智能（AI）。无人驾驶车辆收集的数据量不断增长，将产生对数据日益复杂的分析的需求。无人驾驶车辆解决方案需要利用最新的数据分析技术来有效处理传入的传感器数据并得出有意义的结论。此外，人工智能通过机器学习技术实现无人驾驶车辆的“持续学习”，以实现复杂的功能，例如基于1972年国际海上碰撞规则 (COLREGs) 的自主导航和障碍物识别和避让。工业部门已经被证明是具有人工智能功能的无人驾驶汽车的重要市场，而服务行业公司也在争夺支持人工智能的无人驾驶汽车以开发新的商业模式。

　　六是海上集群技术。海上集群技术正在引起全球海军力量的关注。联网无人海上资产是未来监视、数据收集、诱饵、保护高价值单位和港口、探测潜艇和限制主力舰暴露以及中和或摧毁敌方资产的关键工具。例如，“金属鲨鱼”（Metal Shark）的新型无人船远程无人水面舰艇 (LRUSV) 将能够成群结队地工作，提供成群的攻击无人机打击海上和陆地目标。

　　七是用于水下通信和导航的量子技术。量子传感器越来越多地获得用于导航目的的资金，并且将量子用于导航具有重要的应用。量子惯性传感器允许在不需要外部参考的情况下连续估计物体的位置、方向和运动速度。全球定位系统（GPS）无法在水下使用，因此潜艇和 UUV 需要宝贵的惯性导航系统。量子导航可以满足这一要求。量子技术可用于与潜艇和水下无人潜航器等水下物体进行安全通信。

　　八是防相撞技术。当无人潜航器用于海上交通密集且有利于限制区域自主航行的区域时，防碰撞技术可确保更安全的航行。无人潜航器上使用不同类型的传感器，例如视觉传感器、声纳、惯性传感器、DVL、压力传感器，以避开障碍物并安全导航。传感器可以单独使用或相互组合使用，以根据应用程序格式补偿单个传感应用程序的弱点。

　　一些水下无人潜航器还使用表面感知传感器在与远程操作中心通信期间避开其他海上交通。领先的水面无人艇 (USV) 和无人潜航器制造商也在使用这些传感器来改进碰撞控制措施。例如，达因公司于2021年2月发布了用于水面无人艇和水下无人潜航器的短距离导航（SPRINT-Nav）混合系统的新高海拔变体。新模型增加了潜航器在没有外部位置参考的情况下可以工作的高度，同时不会影响精度。

　　·宏观经济趋势

　　对水下无人潜航器 (UUV) 日益增长的兴趣促进了海军、公司、大学和研发组织之间建立起合作的伙伴关系。当前不同形态的伙伴关系的水下无人潜航器研发技术已经相当成熟，不少项目已转变为采购/制造、使用/维护阶段。

　　一是分摊共同采购和研发 (R&D) 成本。由于新技术需要大量投资，因此共享平台和系统的开发成本预计将呈上升趋势。鉴于与需求范围相关的资金有限，在国家之间启动共同采购可以降低采购和生命周期成本。例如，来自13个北约盟国的国防部长于2018年10月3日签署了一项合作意向声明，合作引入海上无人系统。这些国家旨在创造更好、更灵活和更具互操作性的海上无人装备系统。

　　二是建立公司合作机制。无人海上车辆制造商公司与其他公司在船体、有效载荷和控制系统方面进行合作。

　　·监管趋势

　　通过利用人工智能等技术，水下无人潜航器 (UUV) 可以变得更加强大。新兴技术可以使无人水下航行器执行重复性和高要求的工作，但这些技术是否可用于自主防御的道德维度仍然存在争议。

　　一是人工智能中的伦理。随着人工智能在国防领域的使用，并且该问题的伦理层面已被详细讨论。鉴于这些争论，军事专家和国防工业越来越强调人类智能将始终参与决策过程。

　　二是避免碰撞的技术。每艘海上船只，包括无人艇，都必须遵守国际海上避碰规则 (COLREGS) 批准的国际海事组织规则。无人系统的防撞对于实现自主导航具有重要意义。无人驾驶汽车制造商一直在开发更可靠的避撞算法，与《国际海上避碰规则》(COLREGS) 兼容。例如，40米长的“莱多斯”原型三体船“海上猎人”在没有人工干预的情况下在夏威夷和圣地亚哥之间过境。

　　“海上猎人”成为第一艘从圣地亚哥自主航行到夏威夷珍珠港的船，船上没有一个船员，除了非常短的时间由护航船的人员登船检查电力和推进系统。自主水下航行器 (AUV) 必须具有防撞能力才能导航和执行任务。例如，韩国 LIG Nex1 正在开发一种能够执行精确导航和避免碰撞的无人艇系统。