龐睿宇 曾詩博 張俊傑
在過去的幾年裡，美國諾斯羅普·格魯曼公司（Northrop Grumman）受美國國防部進階研究計劃局DARPA的委托，一直在研發一種自主無人水下航行器“蝠鲼AUV”。不久前，該公司宣布完成了第一台該類型原型機的組裝，并且将它的外觀公開展示。那麼，這已經通過了第一次海上運作試驗的“蝠鲼AUV”究竟為何物？
一、追根溯源——仿生蝠鲼誕生的緣起緣落
（一）靈感來源：蝠鲼的生物優勢
蝠鲼身體呈扁平狀, 一對胸鳍展開後, 身體的寬度大于長度, 胸鳍長大如翼狀, 尾巴細長。其遊行時主要依靠胸鳍發力, 尾巴幾乎不起作用,而在自然界中, 使用胸鳍擺動推進的魚類在穩定性、機動性、隐蔽性和能耗性等方面都優于其他魚類。
這種海洋生物獨特的運動方式和特有的生物優勢吸引了衆多科研人員的注意力。由此，諾斯羅普·格魯曼公司（Northrop Grumman）發明了一種基于蝠鲼進行模仿創造的水下無人航行器“蝠鲼AUV”。
諾斯羅普·格魯曼公司Northrop Grumman首次發表的蝠鲼AUV照片（圖源網絡）
（二）蝠鲼計劃：探尋仿生的一大步
美國國防部進階研究計劃局(DARPA)于2019- 2020年啟動了“蝠鲼”(Manta Ray)計劃，目标是制造一種能夠以大有效載荷進行長時間導航的大型AUV。這也是諾斯羅普·格魯曼公司第1階段的工作。
2021年，諾斯羅普·格魯曼公司獲得了第 2 階段的合同，以繼續 2020 年開始的蝠鲼計劃。作為第二階段的一部分，該項目将由兩個主要承包商：諾斯羅普·格魯曼系統公司和馬丁防務集團來對産品的性能進行階段性的成果展示。作為“蝠鲼”計劃的一部分，每個承包商的任務是建立獨特的裝置來展示特定功能。
（三）鋒芒初露：原型機的成功研發
從諾斯羅普·格魯曼公司的展示來看，“蝠鲼AUV”原型機是以拆卸狀态從馬裡蘭州運到加利福尼亞州的試驗場。據了解，該裝置采用子產品化設計，是以可以輕松部署在世界任何地方。
二、研發目标——如何使水下AUV具有蝠鲼的能力
（一）擴大行程範圍、延長續航時間的迫切需求
蝠鲼計劃旨在打造一款擁有流線型扁平軀體、航時長、作業範圍大的重型AUV水下航行器。為實作行程範圍廣這一目标，研發團隊采取利用水柱中浮力和滑行方式的變化來加快蝠鲼AUV的航行速度。這種運動原理早已廣為人知，并被應用于各種項目。
為解決航時短，耗能快的問題，研發人員提出存放大功率電池在大型載荷艙之中，這樣AUV僅用更換電池便能在幾周乃至幾個月内保持航行，無需擔心裝置的續航問題。
（二）海床停靠與海底充電大膽構想的提出
1. 海床停靠——低功耗待機模式的應用
諾斯羅普-格魯曼公司提及另外的一種對蝠鲼AUV航行持續時間産生積極作用的方案。研發人員将為裝置設計出低功耗待機模式，當蝠鲼AUV處于該模式下，它将能夠直接停留在海床上，直到收到恢複航行的指令，在此過程中裝置的功率消耗會降到最低程度來保證後續供能。
- 海底充電——對長航時的能源支援
諾斯羅普-格魯曼公司為了充分發揮停留在海床上的待機時間，提出了在海底建立為裝置提供能量的底部充電站的想法，這一創新方案将為AUV在海底提供能源支援，使航行器在複雜的水下環境中能長時間執行任務。
三、剖析性能——水中“巨獸”的廣大神通
（一）仿生外殼——美觀與實用共存的設計
諾斯羅普·格魯曼公司近日釋出了一系列照片，展現了其最新研發的蝠鲼AUV的先進外觀和技術特性。蝠鲼AUV其獨特船體外殼和側控制台機翼不僅設計美觀，而且能提高水下航行的穩定性和靈活性。頂部的蒙皮設計允許研究人員便捷地進入内部艙室，而灰色蒙皮兩側的矩形切口則是專為停泊時系船柱設計的壁龛。
（二）艙内空間——水下負載的能力保障
此外，在航行器的上表面設定有艙口，便于研究人員通路内部連接配接器和連接配接必要的裝置，極大地提高了AUV的實用性和可維護性。而位于蝠鲼AUV深灰色區域的鍍層下設定有多個不同尺寸和容量的有效載荷艙，這些艙室具體的儲物容量尚未公布，但無疑為水下任務的負載提供巨大的可能性。
（三）航行性能——潛伏汪洋的“海底巨獸”
據DARPA（美國國防部進階研究計劃局）報道，蝠鲼AUV采用了獨特的航行原理，即通過改變船體的浮力和特殊形狀來優化航行性能。雖然這一設計限制了AUV的最大速度和機動性，但它顯著提高了成本效益和導航範圍，為長時間、遠距離的航行任務提供了可靠的性能保障。
（四）可拆卸化——便捷運輸的無限可能
在最新的研究中，蝠鲼AUV的可拆卸化設計是一大亮點。這一設計能使蝠鲼AUV的轉移與部署變得更加便捷。可拆卸化的AUV可以直接通過裝載到集裝箱進行運輸，降低了碼頭港口所需要的硬體設施的條件要求。
根據DAPRA透露，在最近的測試中，測試了運輸和部署的原始方法。将AUV以拆卸的形式裝在标準集裝箱裡，通過公路從馬裡蘭州的制造工廠運輸到加利福尼亞的試驗場，在那裡，它被重新組裝并投入使用，整個過程沒有出現任何困難。這一案例證明蝠鲼AUV可拆卸化的實用性和便捷性，為AUV的陸上運輸提供了無限的可能性。
四、展望未來——引領新時代的水中重器
（一）首戰告捷：初次測試交出完美答卷
借助新型控制系統，技術人員将不斷發掘蝠鲼AUV在行程範圍和續航時間等方面的潛力，使其能夠全天候可處置、可監測、可調控。在最近的測試中，控制系統的能力已十分突出，但具體的發展狀況尚不清楚。将來，控制系統也會在附加裝置管理的背景下進行測試。
此外，在接下來的幾個月裡，DARPA計劃繼續測試比較諾斯羅普·格魯曼公司和 PacMar Technologies 研發的兩種實驗性水下航行器。到 2025 年底，将擇優評标取用，并确定發展前景，如直接投入部隊，或作為新裝備研發的基礎。
（二）未來可期：蝠鲼AUV的神秘将逐一展現
預計在不久的将來，諾斯羅普·格魯曼公司的蝠鲼産品将進入工廠實施運作測試及海上試驗，那時蝠鲼AUV的航行方式，機動性，團隊執行和獨立工作的能力将會展現在衆人面前。
目前看來，諾斯羅普·格魯曼公司的“蝠鲼”項目方興未艾，并在競争中優勢明顯。其方案和技術更具創新性和實用性，便于解決“卡脖子”難題。最終競争的勝利花落誰家，仍令人拭目以待。