文|云上的空母
今年早些时候，中国权威媒体指出，机器鱼“海豚二号”百米已经进行了深海充电传信的试验。此次试验表明，我国已经攻克了无人潜航器在海底无线充电的重大难关，对未来水下作战具有非常重大的意义。这种技术的使用方法是，一艘无人机潜航器在需要电能时返回一定区域的水下充电站（学名水下接驳站）附近，二者建立无线连接，即可完成充电操作，同时还可以将采集到的水下信息传输给该充电站，又充电站传输给岸上指挥所，大大增强水下作战实施态势感知能力。
在实验中，“海豚二号”先在50米深度海域与海底观测网和对接系统进行了11次回坞对接操作，成功对接了10次，水下接驳站开始对AUV进行充电并下载AUV获得的水下信息，在该深度时充电最高功率可达681W，信号最大传输速率可达3.1MB/s。接着， “海豚二号”被置于105米的深度再次进行同样的实验，也获得了成功。研发该技术的杨灿军教授表示，此次实验成功突破了100米海底深度，在入坞成功率、充电功率和传输速率上达到国际先进水平，为建立水下三维动态感知网创造了条件。
研发海底非接触式电能传输新系统是我国国家“863”计划重点资助扶持的项目，目前的主要成功都是由浙江大学取得的。海底供电系统是各国正在发展的海底观测技术必备设施，传统的供电系统是通过湿插拔水密闭插接来连接负载和电源，说白了就是有线插头。只是这种插头在使用时通过挤压插孔的方式将孔内的水分排出，进而取得安全的充电环境，但这样方式在深海环境中有操作复杂、价格昂贵、使用寿命短、安全隐患大等缺点。
一些国家设计了在AUV上配装蓄电池组的方法增加其续航能力，但这样使得AUV负载明显增大，机动性降低，我国第一台水下蓄电池重126kg，极大的增加了AUV负担，影响了其用途拓展。这些缺点导致了科学家开始谋划使用无线充电方式来取代它，为此各国开始了自己的努力，美国的NEPTUNE和欧洲的ESONET、日本的ARENA专项计划都包含这一技术。
水下无线充电的基本原理是利用电磁感应技术，将电场转化为磁场，再将磁场转化为电场实现电能的传输。充电时电源的直流电经过逆变电路转换成高频交流电，该高频交流电被送入初级耦合线圈，初级耦合线圈则将其转换为交变的磁场送至次级线圈，次级线圈将磁能转换为高频交流电，经过整流和滤波后传给负载，由于存在间隙的耦合器会有较大的漏磁通，因此还需要在初级和次级耦合线圈上附加补偿电路。
在海底环境工作时，初级和次级电路都需要耐高压和耐腐蚀材料密闭容器封装，避免进水发生安全隐患，以上过程其实与变压器的原理基本一致，这种方法也被称为电磁耦合式水下充电。除上述方法外，国外还提出了电磁共振式和电磁波发射式两种充电方式，其中电磁波发射式由于在水下衰减太严重而不具备发展前景，而电磁共振式则由美国麻省理工学院首先发表论文提出，其主要用于短距离需要大功率充电的环境。
我国对该技术的研究起始于2000年前后，开始时主要是各大机构发论文为主，浙江大学走在最前列，利用电磁耦合式方法，在水下电磁耦合器结构、线圈优化设计、充电系统控制上取得了重大进展，最终在2017年取得了工程实践的重大突破。该技术成熟后，不但可将海底接驳站预置在海底为UAV充电，还可以将其放置在移动的潜艇、舰艇平台上，对现代水下作战样式形成三种冲击：
一是可持续封锁航道。UAV在能实施水下无线充电后，只要水下接驳装置能源足够，就可以一直处于巡航状态，特别是在海上重要航道水下和敌军港口外围持续巡航，对经过的敌军各类船只进行探测、识别、火力打击，令敌潜艇、舰艇无法出海、不敢出海，封锁效果相比潜艇这种目标大，难以在浅水区活动的武器来说要大的多。
二可助力水下编队作战。核潜艇拥有几乎无限的电能，在配备水下接驳装置并携带UAV后，可实现与UAV之间的无接触充电和通信。在水下建立态势感知体系，遇敌时，先发射UAV接近目标，利用UAV目标小、反射声波信号弱的特点可做到首先发现目标并对其实施跟踪，引导潜艇鱼雷或直接使用战斗部实施打击。
三是可建立水下动态感知体系。UAV可携带侧扫声呐，利用自身可连续充电的优势，巡航时间长的优势不断对海底实施声呐扫描成像，持续探测水下可能获得的潜艇、水雷等目标，最终促成建成水下动态感知体系，大大提高防御水下渗透和破坏的能力。
