装备进展 | Slocum水下滑翔机最新研发动向

Teledyne Webb Research公司将在英国伦敦国际海洋技术与工程设备展会上首次展出新型斯洛克姆 “哨兵”（Slocum Sentinel）水下滑翔机，这是一型直径13英寸（330 mm），长度大于8英尺（2.4 m），标准滑翔速度为0.75 kn的自主水下航行器。

图1     Slocum “哨兵”（Sentinel）水下滑翔机
（图片来源：Teledyne Webb Research）

Teledyne Webb研究公司（Teledyne Webb Research，TWR）是海洋学研究领域的领先创新者，该公司推出了Slocum “哨兵”滑翔机，将于2024年3月在英国伦敦举办的国际海洋技术与工程设备展会（Oceanology International，OI）上首次亮相。

Slocum“哨兵”滑翔机代表了自主水下航行器（AUV）的突破性进步，有望彻底改变海洋监测的各种应用现状。

Slocum“哨兵”滑翔机建立在Teledyne Webb Research公司Slocum G3滑翔机技术的基础上，扩展了航行器的能力和续航力。

Slocum“哨兵”滑翔机在标准Slocum滑翔机基础上加大了直径和长度，它的直径为13英寸（330 mm），长度超过8英尺（2.4 m）。扩展后的尺寸使它可容纳的锂原电池量超过标准Slocum滑翔机的3.5倍，并可集成多达8种不同的传感器或硬件。

TWR的Slocum滑翔机产品线经理Shea Quinn说：“‘哨兵’滑翔机的尺寸增加了它的能量容量，从而可将任务时长延长到2年以上，或者用户可以安装更多的高耗能传感器，如主动或被动声学传感器、AUV载处理和成像设备，而不会明显缩短其总体任务时间。”

“哨兵”滑翔机将由工业界最大的浮力引擎驱动，其容量为4升，是其他任何滑翔机浮力引擎的两倍多。这为“哨兵”滑翔机提供了0.75 kn的标准滑翔速度。它的尾部有2个推进器，用户可选择启动双推进器，以获得高达3.5 kn的航速。

Quinn说：“‘哨兵’是世界上最快的滑翔机，其浮力引擎足够大，可应对水体密度的剧烈变化，推进器使其能够在强流或其他困难的海洋条件下保持轨迹不变。”

“哨兵”滑翔机采用了Slocum滑翔机成熟的驾驶、航行控制和通信架构，并允许采用与标准尺寸航行器相同的传感器和硬件选项。

Teledyne Marine Vehicles业务开发副总裁Dan Shropshire表示：“我们很高兴能为客户带来这种新产品和新功能，‘哨兵’滑翔机代表了下一代海洋持续监测AUV，为我们的客户扩大了作业机会。”

在过去的20年里，AUV越来越受欢迎，从早期技术发展成为海洋监测领域应用最广泛的工具之一。

随着滑翔机提供实用解决方案的用例越来越多，滑翔机用户群体也显著扩大，包括用于环境评估的海洋监测、哺乳动物监测、渔业、物理海洋学、国防和其他数十项任务。这推动了先进水下滑翔机技术的发展，以满足现代对各种长期数据收集的需求。

康士伯格公司（Kongsberg）的EK80 WBT微型科学回声探测仪（scientific echo sounder）将成为Teledyne Marine公司的Slocum G3滑翔机的正式传感器，可在指定海域的整个水体中长期收集声学数据。

图2-1.     Teledyne Marine公司和Kongsberg Discovery公司宣布合作，将Kongsberg EK80 WBT袖珍型科学回声探测仪集成到Teledyne Slocum G3s水下滑翔机上

Kongsberg EK80 WBT Mini是全球海洋科考船使用的高效宽带收发器（Wide Band Transceiver，WBT）的紧凑版版本。其紧凑的尺寸和节能设计使其非常适合安装在Slocum Glider等水下平台上。科学回声探测仪可用于识别和量化鱼类、浮游生物、气泡、油滴以及湍流等物理海洋特征等多种目标。

Slocum Glider是世界上用量最大的自主滑翔平台之一，它是一种利用浮力变化在水中高效运动的水下航行器，一次出动可以连续数月监测海洋水体，并通过铱星通信将收集到的数据传输到岸上。Slocum Gliders被广泛应用于各种任务，包括为海洋学家、渔业、能源生产商和军事客户提供服务。

图2-2.   前部耐压容器和容纳EK80电子设备及换能器的非水密舱（浸水湿舱）效果图

Slocum滑翔机上安装的EK80回声探测仪为多个领域的许多应用提供了解决方案，包括渔业研究、生物海洋学、化学海洋学、环境监测等。

Slocum上EK80的集成方案是将WBT Mini电子设备安装在滑翔机浮力引擎前、头部声呐罩后的一个耐压容器中。2个换能器被安装在该耐压容器和滑翔机前段之间的一个浸水湿舱中。用户可选择120 kHz / 200 kHz或200kHz / 333 kHz的换能器频率，向上或向下均可。

这些技术的组合可用于长期收集特定海区水体中声学目标密度数据和分布情况，帮助用户了解气候、环境或人为因素的变化如何影响水体生态，特别是当与滑翔机上用于收集生物地球化学和物理海洋数据的其他可用传感装置组合使用时效果更佳。

Teledyne公司此前已将EK80安装在Slocum滑翔机上，为多个客户提供了项目基础，并在早期取得了很大成功。

阿拉斯加费尔班克斯大学（University of Alaska Fairbanks）的滑翔机“格莱特”（Gretel）已多次与EK80一起为渔业研究收集有价值的数据。这种合作提供了正式、合理的集成。这种新型回声探测仪已开始销售，挪威Akvaplan-niva公司和特拉华大学（University of Delaware）的科学家订购了第一批设备，将于2024年夏天交付。

Akvaplan-niva公司的数字解决方案经理（Manager Digital Solutions）Lionel Camus说：“将Kongsbergm公司的科学回声探测仪EK80集成到Teledyne公司的Slocum G3滑翔机上，可收集到表征深海各深度上生态系统的生物结构和功能的独特数据。”

“Akvaplan公司的海洋科学家们很高兴将他们的Slocum G3与回声探测仪和水下视觉剖面仪（underwater vision profiler，UVP6）集成在一起，特别是为了研究栖息在挪威海的飞马哲水蚤（Calanus finmarchicus）‘超级浮游生物群’。此外，这一新功能将为海洋科学开辟新的应用领域”。

图2-3.  Teledyne Slocum G3s滑翔机与Kongsberg WBT Mini EK80集成后的效果图

特拉华大学海洋科学与政策教授 Matt Oliver博士补充说：“我认为这项技术的集成将大大提高Slocum滑翔机进行前沿研究的能力。”

“Kongsberg Discovery公司很高兴地宣布，将EK80科学回声探测仪集成到Teledyne Slocum滑翔机中，可为学术界、军事和商业应用收集声散射和其他环境变量的长期数据集。”

Kongsberg Discovery公司的声学及应用科学家Scott Loranger说：“Kongsberg Discovery公司与Teledyne Marine公司之间的合作为收集不同深度的高分辨率数据提供了独特而关键的解决方案。”

“通过将高分辨率、高频回声探测仪带到水下深处，我们将能够识别、分类和量化传统船载回声探测仪无法达到的各种目标。”

Teledyne Marine公司的Slocum滑翔机产品线经理Shea Quinn表示：“Teledyne公司非常高兴将Kongsberg EK80作为Slocum滑翔机的正式传感器产品推出。”

“Slocum滑翔机为EK80用户提供了一种独特的新平台，能以比传统科考船更低的成本收集整个水体的长期回声测量数据。将EK80与Slocum上的其他传感器产品相结合，将使用户能够对其作业海区获得独特而全面的了解。”

图3-1   “鱼鹰”（Osprey） AUV

Osprey是一型先进的AUV，是在经过验证的Gavia UUV设计基础上进行迭代后的产品，它可提供超过24小时的作业续航时间，同时可提供相同的多功能模块，并保持1 000 m的额定深度。Osprey直径为324 mm，可携载额外的能源，还拥有许多新功能，包括：1台高效轮缘推进装置（rim drive thruster）、1个外部数据吊舱、容量更大的电池模块、1个科学仪器舱、避碰功能以及1个前视声呐（forward-looking sonar，FLS）头。

该型AUV由5类基本模块（推进、控制、电池、有效载荷和艏部）以及可选的姿态、深度和航向（Attitude, Depth, and Heading，ADH）模块组成。一旦连接，所有模块都可被发现和扩展。Osprey采用Teledyne公司独特的高强度QuickLock机制连接所有模块并保持水密完整性。机电盲插功能使航行器能够快速、轻松地组装，重构和分解。

Osprey可以配备多种可选传感器，以满足国防、商业和科学用户的需求。包括：
（1）合成孔径声呐（Synthetic Aperture Sonar，SAS）
（2）多波束回声探测仪（Multi-Beam Echo Sounder，MBES）
（3）侧扫声呐（Side scan sonar，SSS）
（4）海底剖面仪（Sub bottom profiler，SBP）
（5）高分辨率摄像头、激光扫描探测仪、频闪灯

图3-2 Gavia AUV

Gavia是一型模块化、保障要求低的AUV，具有可现场更换的即插即用模块，额定深度为500或1 000 m。标准基础配置包括航行器艏部、电池、控制和推进模块，附加任务载荷包括声呐、摄像头、惯导和环境传感器。

这种灵活、易于重构的解决方案提供了真正的多任务能力，可在各类机会船（“机会船”：vessels of opportunity，是指在自身主营业务/使命任务之外利用航行、空闲等机会兼顾其他任务的船，如航行途中兼顾水声测量的水声机会船（AVO）、帮助美国政府和大学的研究机构进行海洋数据收集的定期游轮、海洋工程中雇佣的一些非专业船只、非专业MCM舰船、偶尔担负布雷任务的两栖舰船等。）上操作使用。它是执行商业调查、科学和环境研究、反水雷、搜救等任务的理想的高效费比平台。

图3-3  “海上猛禽”（SeaRaptor） AUV

SeaRaptor是一型调查级深水AUV，具有可用于现场更换传感器的模块化载荷端口。航行器也可定制，以适配侧扫声呐，回声探测仪，海底剖面仪和摄像头等附加仪器。冗余应急系统为水下和水面状态提供了额外的回收选项。

SeaRaptor的额定深度为3 000或6 000 m，能承担包括海洋学、海洋考古、搜索和回收、打捞和建造支持在内的各种任务。

图3-4    Slocum G3水下滑翔机

Slocum G3滑翔机是一种可联网的可变浮力驱动的水下平台，可配备各种传感器，并可编程进行连续数周的巡逻。滑翔机舰队可在科学研究、商业和国防应用领域执行大范围采样和动态测绘任务。