中國最新水下黑科技，無人潛航器無需返回港口即可充電

今年早些時候，中國權威媒體指出，機器魚「海豚二號」百米已經進行了深海充電傳信的試驗。此次試驗表明，我國已經攻克了無人潛航器在海底無線充電的重大難關，對未來水下作戰具有非常重大的意義。這種技術的使用方法是，一艘無人機潛航器在需要電能時返回一定區域的水下充電站（學名水下接駁站）附近，二者建立無線連接，即可完成充電操作，同時還可以將採集到的水下信息傳輸給該充電站，又充電站傳輸給岸上指揮所，大大增強水下作戰實施態勢感知能力。

在實驗中，「海豚二號」先在50米深度海域與海底觀測網和對接系統進行了11次回塢對接操作，成功對接了10次，水下接駁站開始對AUV進行充電並下載AUV獲得的水下信息，在該深度時充電最高功率可達681W，信號最大傳輸速率可達3.1MB/s。接著， 「海豚二號」被置於105米的深度再次進行同樣的實驗，也獲得了成功。研發該技術的楊燦軍教授表示，此次實驗成功突破了100米海底深度，在入塢成功率、充電功率和傳輸速率上達到國際先進水平，為建立水下三維動態感知網創造了條件。

研發海底非接觸式電能傳輸新系統是我國國家「863」計劃重點資助扶持的項目，目前的主要成功都是由浙江大學取得的。海底供電系統是各國正在發展的海底觀測技術必備設施，傳統的供電系統是通過濕插拔水密閉插接來連接負載和電源，說白了就是有線插頭。只是這種插頭在使用時通過擠壓插孔的方式將孔內的水分排出，進而取得安全的充電環境，但這樣方式在深海環境中有操作複雜、價格昂貴、使用壽命短、安全隱患大等缺點。

一些國家設計了在AUV上配裝蓄電池組的方法增加其續航能力，但這樣使得AUV負載明顯增大，機動性降低，我國第一台水下蓄電池重126kg，極大的增加了AUV負擔，影響了其用途拓展。這些缺點導致了科學家開始謀劃使用無線充電方式來取代它，為此各國開始了自己的努力，美國的NEPTUNE和歐洲的ESONET、日本的ARENA專項計劃都包含這一技術。

水下無線充電的基本原理是利用電磁感應技術，將電場轉化為磁場，再將磁場轉化為電場實現電能的傳輸。充電時電源的直流電經過逆變電路轉換成高頻交流電，該高頻交流電被送入初級耦合線圈，初級耦合線圈則將其轉換為交變的磁場送至次級線圈，次級線圈將磁能轉換為高頻交流電，經過整流和濾波後傳給負載，由於存在間隙的耦合器會有較大的漏磁通，因此還需要在初級和次級耦合線圈上附加補償電路。

在海底環境工作時，初級和次級電路都需要耐高壓和耐腐蝕材料密閉容器封裝，避免進水發生安全隱患，以上過程其實與變壓器的原理基本一致，這種方法也被稱為電磁耦合式水下充電。除上述方法外，國外還提出了電磁共振式和電磁波發射式兩種充電方式，其中電磁波發射式由於在水下衰減太嚴重而不具備發展前景，而電磁共振式則由美國麻省理工學院首先發表論文提出，其主要用於短距離需要大功率充電的環境。

我國對該技術的研究起始於2000年前後，開始時主要是各大機構發論文為主，浙江大學走在最前列，利用電磁耦合式方法，在水下電磁耦合器結構、線圈優化設計、充電系統控制上取得了重大進展，最終在2017年取得了工程實踐的重大突破。該技術成熟後，不但可將海底接駁站預置在海底為UAV充電，還可以將其放置在移動的潛艇、艦艇平台上，對現代水下作戰樣式形成三種衝擊：

一是可持續封鎖航道。UAV在能實施水下無線充電後，只要水下接駁裝置能源足夠，就可以一直處於巡航狀態，特別是在海上重要航道水下和敵軍港口外圍持續巡航，對經過的敵軍各類船隻進行探測、識別、火力打擊，令敵潛艇、艦艇無法出海、不敢出海，封鎖效果相比潛艇這種目標大，難以在淺水區活動的武器來說要大的多。

二可助力水下編隊作戰。核潛艇擁有幾乎無限的電能，在配備水下接駁裝置並攜帶UAV後，可實現與UAV之間的無接觸充電和通信。在水下建立態勢感知體系，遇敵時，先發射UAV接近目標，利用UAV目標小、反射聲波信號弱的特點可做到首先發現目標並對其實施跟蹤，引導潛艇魚雷或直接使用戰鬥部實施打擊。

三是可建立水下動態感知體系。UAV可攜帶側掃聲吶，利用自身可連續充電的優勢，巡航時間長的優勢不斷對海底實施聲吶掃描成像，持續探測水下可能獲得的潛艇、水雷等目標，最終促成建成水下動態感知體系，大大提高防禦水下滲透和破壞的能力。

全文完，謝謝閱讀。

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