12月15日下午，中国海军一艘救生船在南海有关海域发现一具不明装置，后经证实为美军一艘无人潜航器，为LBS-G“波浪滑翔者”无人潜航器。据美国方面称，该潜航器由美国海洋测量船“鲍迪奇号”布放，用于监测水的盐度和温度以绘制水文地图，也就是采集海洋环境数据。
一、LBS-G“波浪滑翔者”是什么？
LBS-G“波浪滑翔者”是美国水下滑翔器的一种。水下滑翔器是一种能大范围、大深度运动的海洋环境数据采集平台。它由自身携带的电池供电，通过改变在海水中的净浮力提供上升和下潜驱动力；通过改变重心位置调整姿态（俯仰角、横滚角），配合低阻力外壳和侧翼作用，可在水中连续做锯齿形曲线运行。在“锯齿”形运动过程中，滑翔器上的传感器和数据采集系统不断地对海洋盐度、温度和深度等海洋环境数据进行采样和记录。每过一定时间，滑翔器按预设程序浮出水面，通过卫星将数据上传并下载新的指令（如更改探测区域和滑翔深度等）。
图1 水下滑翔器的运动特点
美国、法国、日本、加拿大等国都开展了水下滑翔器的研究工作，并已经形成多种型号装备，部分已经实现产品化。国外典型产品有金枪鱼机器人公司的“波浪滑翔者”、ANT公司（原阿拉斯加国家技术公司）研制的ANT水下滑翔器、泰勒达因·韦伯研究公司制造的“斯库姆电动滑翔者”等、意大利GRAAL技术公司制造的eFolaga混合型水下滑翔器、法国ASCA-Alcen公司生产的“海上探索者”。
图 2 波浪滑翔者的总体视图和剖视图
1、小身材拥有大能量
与其他水下航行器相比，水下滑翔器的能源利用率高，具有作业时间长、航行距离远、投放与回收简便等优点。通常直径仅几十厘米，重量数十千克，却能航行上千千米，持续数月开展海上作业，如被捕获的美国“波浪滑翔者”直径仅20厘米，自重52千克，下潜深度1000米，航程却达4800千米，续航时间达6个月，但航行速度也非常慢，仅0.4海里/小时。美国“海上滑翔者”直径仅30厘米，自重52千克，下潜深度1500米，航程却达4600千米，续航时间达10个月，航行速度也非常慢，仅0.5海里/小时。法国“海上探索者”直径仅25厘米，自重59千克，下潜深度700米，航程未知，航行速度1海里/小时。
2、类似“鱼膘”的创新性浮力机构
大家知道，鱼是通过控制鱼膘内的空气实现上浮下沉的，水下滑翔器也借用了这一方式。水下滑翔器的浮力机构按能源形式分两种类型，分别是电力型和热力型。
电力型工作方式是用泵将油液充入或抽出外置油囊（类似于“鱼膘”）来改变浮力大小。在油囊中注入油液后增加了滑翔器浮力（类似于鱼在鱼膘中吸入空气），使滑翔器上升。在上升过程中，由于流过翼面海水的影响，上升力部分转化为向前的力驱动滑翔器前进（对于没有翼面的滑翔器，比如eFolaga，由喷射泵产生向前的动力）。同样的，将油液从油囊抽出将减少滑翔器的总浮力（类似于鱼将鱼膘中的空气吐出），滑翔器将下降。
热力型的结构要复杂一些。其组成包括热交换管、储能器、多歧管、以及油囊。热交换管的外部有一铝制耐压容器，内部充满蜡状化学物质，蜡状物中心则是一个与外置油馕相连柔性软管，油管也充有油。蜡状化学物质对温度变化非常敏感，能在10℃温差范围内发生固-液相变。在作业时，当滑翔器下降时，环境温度降低，蜡状物质固化，体积膨胀，导致软管内压力增加，油从软管流入外置油囊，浮力增加，滑翔器上升。反之，滑翔器下降。热力型滑翔器的最大问题是需要作业水域有10℃的温差变化。这限制了热力滑翔器的应用范围，导致其在65%的海洋中无法使用。另外，为促进热交换，热交换管一般布置在艇体外部，不利于降低阻力同时容易积累污物。
水下滑翔器最大能力是它们能在特定作战区域保持持久存在并进行持续监视，收集和记录关键的传感器数据。与其他海洋观测设备相比，滑翔器体积小、重量轻，易于布放和操纵；相比船基海上调查，其调查成本较低；相对于中性浮标，具有可控的优势；由多个水下滑翔器组成的观测阵列可进行大范围、长时间的同步观测等。正是由于诸多优良性能，美国已应用诸多水下滑翔器开展海洋环境调查，获取从深水到浅水不同海区的温度、盐度、深度数据。
但同时，滑翔器独特的结构及性能也使它在使用中面临一些限制。其中，最大的限制是滑翔器必须浮出水面，才能通过卫星或无线链路将记录的数据传输出去，滑翔器有被探测和捕获的风险，此次美国的水下滑翔器就是因为这个原因被捕获。
二、LBS-G“波浪滑翔者”意欲何为？
据美方透露，“波浪滑翔者”在开展海洋科研调查，采集海洋环境数据，那么问题来了，何为海洋环境数据，有何功用呢？
1、何为海洋环境数据？
海洋环境数据包括海水的深度、温度、盐度、密度，海水表面流和深层流，海水表面波和内波，潮汐、潮流，海水的透明度和水色，海洋的声学、光学和地球物理学特性（磁场、重力场、压力场），海洋污着生物、发光生物和藻类，海水的腐蚀性，海底的沉积物、地质构造，海水中的悬浮物质等多种因素的影响。
2、海洋环境数据有何功用？
海洋环境中的各种因素对海军装备性能的发挥都有重要影响。例如海风、海浪、海流、海冰、海雾对舰船航行安全有重大影响；海水的温度、密度、盐度、跃层对潜艇活动有重大影响；磁场变化影响舰船、飞机、潜艇的导航;海杂波、雨、雾影响雷达探测和导弹精确制导；海洋的温度、盐度、深度、密度、流速对声呐探测、水声通信、鱼雷声制导都有很大影响等。
毫不夸张的说，海上军事装备所形成的作战能力均会受到复杂海洋环境的影响。从海上作战角度看，掌握战场海洋环境与掌握敌情态势同等重要。掌握海洋环境，则可以充分利用其特点，扬长避短，使作战能力倍增，达到克敌制胜的目的，否则，和平时期都可能遭遇不测，战时则更可能陷入被动挨打。
3、海洋环境数据的重要性
（1）中国372号潜艇“断崖”所为何事？
2014年，中国372号潜艇遭遇“断崖”事故，在极其危险的3分钟内，潜艇艇员积极自救，科学有效处置险情，成功避免艇毁人亡的重大灾难，克服困难完成战备远航任务，创造了我国乃至世界潜艇史上的奇迹。据此，全艇官兵荣获“时代楷模”称号。
这里问题就来了，何为“断崖”？为何处置好此事获得了如此高的褒奖呢。
1）何为“断崖”？
在深海中，不同区域的海水密度不同，造成各区域海水的“浮力”也不同，局部海水区域有密度突然减小的情况（也称为“密度跃层”。所谓跃层，是指海水在垂直方向上出现突变或不连续剧变的水层，表明上下层海水性质不同，海水跃层主要有4种，即温度跃层、盐度跃层、密度跃层和声速跃层），这可导致潜艇浮力急剧下降。大家知道，潜艇能在水下航行全靠浮力与重力相等从而保持悬浮，所受浮力突然减少时，潜艇会在重力作用下急剧下沉，有如潜艇突然跌落山崖，因此被形象的称为“断崖”。如果潜艇急剧下沉不能得到控制，海底巨大的压力足以压扁潜艇，给潜艇带来灭顶之灾。因此，“断崖”被列为潜艇最怕遇到、最难处置的危险情形之首。
2）372全艇官兵为何得到如此高的褒奖呢？
“断崖”是全世界潜艇官兵的噩梦，因为这种状况靠潜艇本身的声纳等仪器完全无法提前探测到。特别是潜艇本身已经是在下潜很深的情况下，一旦突然遭遇，根本没有时间给你控制，就已经突破潜艇的安全下潜的极限了！因此“断崖”造成的潜艇事故很多。
1963年4月，当时美国海军最先进的“长尾鲨”号核潜艇进行深潜试验，潜艇救援船“云雀”号在水面上进行无线监听和组织意外营救。在下潜过程中，“云雀”号突然收到“长尾鲨”号最后匆忙发出的电文：“核潜艇超过了测试深度”，随后，联络中断，“云雀”开始搜索。这时候，深海传来了一阵轰鸣声，艇上129名乘员最终全部遇难。潜艇专家根据相关数据，普遍认为该艇在水下遭遇了水下“断崖”，导致极速下沉，之后被深海压力压爆。
1968年，以色列“达喀尔”号潜艇从英国起航，在进入地中海后神秘失踪。直到1999年，搜救人员才在3000米的海底发现了早已成为残骸的“达喀尔”号。虽然此前以军提出包括埃及海军击沉说、潜艇质量不良说、阿拉伯间谍破坏说等说法，但目前看来，潜艇不慎进入跃变层“断崖”沉没的可能性极大。
“断崖”如此危险，有军事专家曾指出，二战以来，外军的潜艇部队遭遇“断崖”时还没有自救成功的。在遭遇“断崖”后关键的3分钟内，如果犹豫一两秒钟，或一个小动作做错，结果可能就是悲剧。正是因为如此危险且国外尚且没有自救成功的先例，因此372号潜艇的自救成功显得意义特别重大。
这还只是在和平时期，对于海洋环境情况未知都可能导致重大事故，可知战时将更可能造成灾难性的影响，极大削弱作战能力。
当形成上层密度大，下层密度小的跃层时，会导致潜艇“断崖”的危险，但当遇到上层密度小，下层密度大的跃层时，潜艇所受到的浮力增大，潜艇可以停坐在上面，既节省燃料，又安安稳稳，于是，人们又把这种密度跃层比作“液体海底”。潜艇能够利用“液体海底”的“托举”特性使自己在关闭发动机的静音状态下保持相对稳定的悬浮姿态，好比在浅海区坐底待机一样，以此达到隐蔽侦察或伺机出击的作战目的。
（2）“洛杉矶”级核潜艇因何撞山？
毋庸讳言，没人会质疑地图对于作战的重要意义，同样，海底地形图对于水下作战来说至关重要。
2009年8月10日，美国海军“洛杉矶”级核潜艇“旧金山”号在距离关岛以南560公里处的海域撞上海底山脉。事后原因表明，当时潜艇所依赖的一幅15年前绘制的地图，没有标示肇事地点的海底山脉。而据美方透露出来的消息表示，这是因为海底地壳运动新出现的山脉，因此地图上未能及时标注出来，才导致了事故。
可能有人会问，潜艇不是装备了声呐吗，怎么发现不了海底山脉呢？事实上，潜艇在潜航过程中，为了保持安静性和不暴露自身目标，往往采取无线电静默的方式，关闭主动声呐，仅开被动声呐，因此无法发现航路前方的障碍，才导致了撞山的行为。由此可见，即便是在和平时期，海底地形图对水下日常航行都非常重要。
在战时，充分掌握战区地形图，可充分利用地形隐蔽待敌、躲避追踪等，从而达到克敌制胜的目标，与陆地作战其实毫无二致，大家看看下面的海底地形图就能拥有直观感受了。
（3）温度跃层有何影响？
与密度跃层类似，温度跃层是指在垂直方向上，海水温度出现显著变化的海水层。
在夏季，太阳照射强度大、时间长，因而在垂直方向上，海水温度呈上高下低分布；冬天日照强度小、时间短，海面散热较快，海水温度则呈上低中高下低分布。声波在水中传播时总是会向温度较低的方向折射，也就是说，在夏季，水面舰声呐发射的声波束会近乎垂直向海底折射，辐射范围较小。相反在冬季，声波束会向海面折射，辐射范围则比较大。使得声呐冬季探测效果比夏季好。即便是在一天内，由于昼夜水温的变化也会影响声呐探测效果。白天日照充分，海水表层水温升高较快，从而形成上高下低的温度跃层；到了午夜或凌晨，表层水温降低，从而现场上低下高的温度跃层。这种温度变化，使得声呐在下午和傍晚的探测效果明显比凌晨或上午差，这便是所谓的“午后效应”。这充分说明了海水温度对声呐探测性能的影响。
因此可想而知，温度跃层将对声呐探测效果产生非常大的影响。探潜一方需要充分了解海水温度跃层情况，才能更好的调整声呐探测角度，以扩大探测范围。潜艇一方则必须详细掌握活动海区温度跃层的相关数据，方可有效利用其弱点为自己藏身于声呐探测的盲区提供便利，从而达到隐蔽接敌的目的。如果不能充分的掌握温度跃层的情况，温度跃层无疑会加大潜艇行踪暴露的概率（冬季温度跃层中水温突然上升，将加大声呐的探测范围）。
通过上文分析，大家可能已经对海洋环境数据有了比较粗略的概念，海洋环境不论是对日常航行还是战时行动，不论是对精确探测、导航还是打击，均拥有非常大的影响，只有充分掌握了海洋数据并充分利用，才能将武器装备性能最大化，扬长避短，克敌制胜。
柳正华，中船重工第七一四研究所高级工程师，主要从事国外舰船总体装备、海军装备体系、作战概念等领域研究。
朱鹏飞，中船重工第七一四研究所高级工程师，主要从事无人潜航器、水中兵器领域研究。
