庞睿宇 曾诗博 张俊杰
在过去的几年里，美国诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）受美国国防部高级研究计划局DARPA的委托，一直在研发一种自主无人水下航行器“蝠鲼AUV”。不久前，该公司宣布完成了第一台该类型原型机的组装，并且将它的外观公开展示。那么，这已经通过了第一次海上运行试验的“蝠鲼AUV”究竟为何物？
一、追根溯源——仿生蝠鲼诞生的缘起缘落
（一）灵感来源：蝠鲼的生物优势
蝠鲼身体呈扁平状, 一对胸鳍展开后, 身体的宽度大于长度, 胸鳍长大如翼状, 尾巴细长。其游行时主要依靠胸鳍发力, 尾巴几乎不起作用,而在自然界中, 使用胸鳍摆动推进的鱼类在稳定性、机动性、隐蔽性和能耗性等方面都优于其他鱼类。
这种海洋生物独特的运动方式和特有的生物优势吸引了众多科研人员的注意力。由此，诺斯罗普·格鲁曼公司（Northrop Grumman）发明了一种基于蝠鲼进行模仿创造的水下无人航行器“蝠鲼AUV”。
诺斯罗普·格鲁曼公司Northrop Grumman首次发表的蝠鲼AUV照片（图源网络）
（二）蝠鲼计划：探寻仿生的一大步
美国国防部高级研究计划局(DARPA)于2019- 2020年启动了“蝠鲼”(Manta Ray)计划，目标是制造一种能够以大有效载荷进行长时间导航的大型AUV。这也是诺斯罗普·格鲁曼公司第1阶段的工作。
2021年，诺斯罗普·格鲁曼公司获得了第 2 阶段的合同，以继续 2020 年开始的蝠鲼计划。作为第二阶段的一部分，该项目将由两个主要承包商：诺斯罗普·格鲁曼系统公司和马丁防务集团来对产品的性能进行阶段性的成果展示。作为“蝠鲼”计划的一部分，每个承包商的任务是创建独特的设备来展示特定功能。
（三）锋芒初露：原型机的成功研发
从诺斯罗普·格鲁曼公司的展示来看，“蝠鲼AUV”原型机是以拆卸状态从马里兰州运到加利福尼亚州的试验场。据了解，该设备采用模块化设计，因此可以轻松部署在世界任何地方。
二、研发目标——如何使水下AUV具有蝠鲼的能力
（一）扩大行程范围、延长续航时间的迫切需求
蝠鲼计划旨在打造一款拥有流线型扁平躯体、航时长、作业范围大的重型AUV水下航行器。为实现行程范围广这一目标，研发团队采取利用水柱中浮力和滑行方式的变化来加快蝠鲼AUV的航行速度。这种运动原理早已广为人知，并被应用于各种项目。
为解决航时短，耗能快的问题，研发人员提出存放大功率电池在大型载荷舱之中，这样AUV仅用更换电池便能在几周乃至几个月内保持航行，无需担心设备的续航问题。
（二）海床停靠与海底充电大胆构想的提出
1. 海床停靠——低功耗待机模式的应用
诺斯罗普-格鲁曼公司提及另外的一种对蝠鲼AUV航行持续时间产生积极作用的方案。研发人员将为设备设计出低功耗待机模式，当蝠鲼AUV处于该模式下，它将能够直接停留在海床上，直到收到恢复航行的命令，在此过程中设备的功率消耗会降到最低程度来保证后续供能。
- 海底充电——对长航时的能源支持
诺斯罗普-格鲁曼公司为了充分发挥停留在海床上的待机时间，提出了在海底建立为设备提供能量的底部充电站的想法，这一创新方案将为AUV在海底提供能源支持，使航行器在复杂的水下环境中能长时间执行任务。
三、剖析性能——水中“巨兽”的广大神通
（一）仿生外壳——美观与实用共存的设计
诺斯罗普·格鲁曼公司近日发布了一系列照片，展现了其最新研发的蝠鲼AUV的先进外观和技术特性。蝠鲼AUV其独特船体外壳和侧控制台机翼不仅设计美观，而且能提高水下航行的稳定性和灵活性。顶部的蒙皮设计允许研究人员便捷地进入内部舱室，而灰色蒙皮两侧的矩形切口则是专为停泊时系船柱设计的壁龛。
（二）舱内空间——水下负载的能力保障
此外，在航行器的上表面设置有舱口，便于研究人员访问内部连接器和连接必要的设备，极大地提高了AUV的实用性和可维护性。而位于蝠鲼AUV深灰色区域的镀层下设置有多个不同尺寸和容量的有效载荷舱，这些舱室具体的储物容量尚未公布，但无疑为水下任务的负载提供巨大的可能性。
（三）航行性能——潜伏汪洋的“海底巨兽”
据DARPA（美国国防部高级研究计划局）报道，蝠鲼AUV采用了独特的航行原理，即通过改变船体的浮力和特殊形状来优化航行性能。虽然这一设计限制了AUV的最大速度和机动性，但它显著提高了成本效益和导航范围，为长时间、远距离的航行任务提供了可靠的性能保障。
（四）可拆卸化——便捷运输的无限可能
在最新的研究中，蝠鲼AUV的可拆卸化设计是一大亮点。这一设计能使蝠鲼AUV的转移与部署变得更加便捷。可拆卸化的AUV可以直接通过装载到集装箱进行运输，降低了码头港口所需要的硬件设施的条件要求。
根据DAPRA透露，在最近的测试中，测试了运输和部署的原始方法。将AUV以拆卸的形式装在标准集装箱里，通过公路从马里兰州的制造工厂运输到加利福尼亚的试验场，在那里，它被重新组装并投入使用，整个过程没有出现任何困难。这一案例证明蝠鲼AUV可拆卸化的实用性和便捷性，为AUV的陆上运输提供了无限的可能性。
四、展望未来——引领新时代的水中重器
（一）首战告捷：初次测试交出完美答卷
借助新型控制系统，技术人员将不断发掘蝠鲼AUV在行程范围和续航时间等方面的潜力，使其能够全天候可处置、可监测、可调控。在最近的测试中，控制系统的能力已十分突出，但具体的发展状况尚不清楚。将来，控制系统也会在附加设备管理的背景下进行测试。
此外，在接下来的几个月里，DARPA计划继续测试比较诺斯罗普·格鲁曼公司和 PacMar Technologies 研发的两种实验性水下航行器。到 2025 年底，将择优评标取用，并确定发展前景，如直接投入部队，或作为新装备研发的基础。
（二）未来可期：蝠鲼AUV的神秘将逐一展现
预计在不久的将来，诺斯罗普·格鲁曼公司的蝠鲼产品将进入工厂实施运行测试及海上试验，那时蝠鲼AUV的航行方式，机动性，团队执行和独立工作的能力将会展现在众人面前。
目前看来，诺斯罗普·格鲁曼公司的“蝠鲼”项目方兴未艾，并在竞争中优势明显。其方案和技术更具创新性和实用性，便于解决“卡脖子”难题。最终竞争的胜利花落谁家，仍令人拭目以待。