中国渔民打捞出的这种神秘航行器藏着什么秘密？

2021年某日，江苏盐城渔民在海上作业时，打捞出一位不速之客。在水面上漂浮的带着太阳能板的小船只是它的冰山一角，在水面以下实则另有乾坤。原来，这是一种近十几年来刚刚出现的新型海洋航行器，叫做波浪滑翔器。

图1渔民打捞的波浪滑翔器

由于采用常规动力的海洋航行器面临续航瓶颈，人们的目光逐渐转向自然能驱动领域。波浪滑翔器依靠波浪上下运动驱动水翼板获得前向推进力，具有清洁绿色、续航力大(理论上无限航程)的特点。那么，波浪滑翔器是如何将波浪能转化为前进力，它又有什么应用优势呢？

图2波浪滑翔器

1. 乾坤大挪移--借力打力

波浪滑翔器是由漂浮于波浪表面的浮体、位于水下的滑翔体、以及连接二者的柔链组成的。在持续波浪环境中，当浮体随波浪下降时，潜体受重力下沉，使水翼后端向上翻起；反之，浮体随波浪上升时，潜体被柔链提升，水翼后端下翻。潜体上设置有水翼限位机构，水翼一旦到达限位角度，无法继续旋转。在起伏运动中，水流向上或向下冲击水翼，在水翼表面水流流向被强制改变，垂直的水流变为水平的水流，产生反作用力的便是前进的推力。正像《倚天屠龙记》中，张无忌在木塔营救六大门派时，木塔发生火灾，各大门派高手如果直接跳下必死无疑，然而，当他们就快要到达地面时，下坠的力道被张无忌使用“乾坤大挪移”神功轻轻一拨，将垂直方向的力转变为水平方向的力，各大门派高手均安全落地。

图3波浪滑翔器原理示意

如果要利用波浪起伏的能量，直接在附体的两侧安装一些摆动的翼片，结构更加简单可靠，为什么浮体与潜体之间为什么需要一根绳索呢？水波理论告诉我们，将海洋建立为近似的无限水深模型，波动幅度沿水深方向呈指数规律衰减。在超过4~6m深的水下，波浪幅值不超过海洋表面波浪幅值的10%。柔链长度一般不小于4~6m，正是通过浮体与潜体的高度差来获取波浪在不同深度相对运动的能量。

通过柔链连接浮体和潜体的方式，波浪滑翔器便具有了“乾坤大挪移”的能力，能够将垂直方向的波浪起伏的能量直接转化为水平方向的前进推力。由太阳能电池板提供电子系统所需电能，波浪滑翔器实现了能源的自给自足，因此具有近乎无限的续航力。

二、九阳神功--遇强则强

波浪滑翔器的一大优势便是能够适应极端海洋环境。极端海洋环境下，风浪对海洋航行器的影响主要是运动干扰和结构破坏。为了克服运动干扰，常规的海洋航行器需要提供更大的动力，消耗更多的能量。而波浪滑翔器却可以从波浪中汲取更多的动能，风浪越强，则动力越强。一部分波浪能被转化为动力后，对于海洋航行器结构的破坏性也就随之降低。因此，在抵御极端海洋环境下的运动干扰和结构破坏两方面，波浪滑翔器都具有先天优势。

波浪滑翔器能够适应极端恶劣海况，还在于其超强的静稳定性。一艘船浮在水面上之所以不会出现倾覆，就是由于静稳定性起作用。具体而言，一旦船舶向左或右倾斜一定角度，浮力和重力形成力偶的方向有利于船舶回到平衡位置。对于波浪滑翔器而言，浮体本身的设计已具有常规船舶的静稳定性，除此之外柔链对浮体的拉力额外形成了回复力矩。风浪越强，波浪滑翔器的起伏运动越剧烈，柔链产生更强的张力和恢复力矩，使得浮体不会出现倾覆。因此，波浪滑翔器的静稳定性远高于常规的海洋航行器。

如果将海洋恶劣环境比作峨嵋派灭绝师太，那波浪滑翔器则是领悟了“九阳神功”奥义的张无忌，他强由他强，清风拂山岗。

三、小无相功--各招式皆可倚仗

相对于水下机器人、水面无人艇等，波浪滑翔器具有更为丰富的负载能力，可搭载水文、气象、化学、声学、视觉等多样化载荷，具有独特的海-气界面、极端气候追踪等能力。在执行一个航次时，波浪滑翔器可以同时搭载多达十余种传感器，同时采集不同种类的数据(如水文、水质、气象、声学等)。波浪滑翔器还具有较强的负载扩展能力，具有可定制性，针对不同类型的任务可以搭载不同种类的观测设备，方便灵活。

图4波浪滑翔器搭载载荷

突出的搭载能力，使得波浪滑翔器在军民等领域均能够大显身手。在民用领域，对比传统海洋观测手段，波浪滑翔器可运行于极端海洋环境，能够为研究深远海区域的气象规律提供大量的多样化基础数据支撑；在军用领域，波浪滑翔器体积小、视觉难以发现、雷达反射信号较小，使其具备了一定的视觉隐蔽性。没有螺旋桨提供动力，使得波浪滑翔器航行时噪声极小，很难被敌方监听设备探测到，使得波浪滑翔器还具有良好的声隐蔽性。正像《天龙八部》中的虚竹，各门各派的武功在小无相功的驱使下，发挥出巨大的威力。

实际上，美国已开始尝试将波浪滑翔器应用于军事中。2010年，美国海军研究局在夏威夷和加利福利亚海岸，检测了波浪滑翔器在不同环境中对命令的执行能力；2010~2012年，美国海军斯坦尼斯空间中心开展了利用波浪滑翔器拖曳被动声学拖体和线列阵对水下声学目标特性进行侦察的一系列海上试验；2013年2~3月，北约海事研究和试验中心在“2013骄傲曼塔”军事演习中，测试了波浪滑翔器的海上自主侦查能力，评估了将波浪滑翔器作为新型反潜平台的可行性。在美国Liquid Robotics公司的官网上，波浪滑翔器在反潜作战、水面舰艇探测等军事领域应用赫然在列。

图5波浪滑翔器拖曳水下拖体

图6波浪滑翔器参加军事演习

在追求更快的世界中，波浪滑翔器反其道而行之。“不积硅步，无以至千里；不积小流，无以成江海”，其瞬态运动虽然缓慢，但日积月累便可汇聚成惊人的航程和数据。作为民用，波浪滑翔器在大范围、长时间、低成本的海洋监测中具有极大优势；作为军用，波浪滑翔器是军事情报监视与侦察系统的有力补充。练就了“乾坤大挪移”、“九阳神功”和“小无相功”的波浪滑翔器，未来必将在海洋这片“武林”中占据一席之地。（作者 王磊峰）