期望值不断上升：深入了解水下航行器
水下航行器已巩固其市场地位，自主和远程操控平台已成为海上作业、国防、检测维护、勘探和海洋科学等领域的核心操作工具。随着水下行业快速发展以适应全球趋势，领先的水下航行器公司也逐渐聚焦于几个关键主题——多用途、易用性、可视性、续航能力，以及不出所料的自主性。
多用途
随着水下航行器承担更多责任，人们明显从独立的、单一领域的航行器转向可部署在水面、空中和水下的自主平台集群。
“我们看到的最普遍的主题是能够与其他平台组成多艘自主航行器组成的团队进行协同作业，”Planet Ocean及其运营部门ecoSUB Robotics的创始人、所有者兼总经理Terry Sloane表示。ecoSUB在其2021-2023年的SoAR（自适应机器人小队）项目中展示了一支多用途舰队。该项目协调了一项大规模的勘测和勘探任务，该任务由一个智能“自主引擎”实时设计、监控和调整。SoAR舰队由ecoSUB的自主水下航行器（AUV）、国家海洋学中心的Auto-Hover 1悬停平台以及Sonardyne的REAV-60无人水面航行器（USV）“Decibel”组成。
ecoSUB 自主水下航行器。来源：ecoSUB
HII公司任务技术部无人系统集团总裁杜安·福瑟林厄姆指出，水下航行器的规模正在不断扩大。“客户不再满足于购买一两艘用于试验的航行器，而是转向购买舰队级别的数量。这种转变表明，无人水下系统正从试验阶段过渡到持续的、实际的作战应用阶段，并需要应对真正的培训、后勤保障和生命周期预期。”
可用性
用户体验对于选购水下航行器的客户来说至关重要。系统需要高效、可定制，并最终能够满足预期用途。
“客户需要能够应对不确定性、在通信受限的情况下运行，并能与包括有人舰艇、飞机和其他无人平台在内的更广泛的海上力量无缝集成的系统，”福瑟林厄姆说。“他们还希望减轻操作人员的负担。”
Boxfish Robotics销售和市场总监Vera Bronza表示：“我们还看到市场对更小巧、更便携的平台有着强劲的需求，这类平台无需大型船舶或复杂的后勤保障即可部署。”她补充说，精确的数据同步也至关重要，因为该公司的自主水下航行器（AUV）可以同步来自所有传感器、导航和成像系统的数据。
除此之外，客户非常关注效率和易用性：系统搭建速度、操作所需人员数量以及单次部署可收集的有用数据量。灵活性也很重要，这样系统才能随着项目需求的变化而发展。
灵活性是VideoRay公司非常重视的一项重要因素，该公司优先考虑模块化飞行器。“客户想要面面俱到。他们希望飞行器小巧便携，但同时又动力强劲，能够携带巨型有效载荷。模块化技术在这方面优势显著，因为它能更好地满足这些需求。”VideoRay首席技术官Marcus Kolb说道。VideoRay是一家视听公司。他们最新的飞行器“任务专家幽灵”（Mission Specialist Wraith）在其前身“任务专家盟友”（Mission Specialist Ally）的基础上进行了改进，承诺拥有更高的灵活性和更强劲的推进器。
任务专家 Wraith。图片来源：AeroVironment Inc/VideoRay
能见度
水下航行器不仅需要高效且易于操作，还必须有效发挥其最擅长的领域——观测人类无法观测到的景象。布朗扎强调，高质量的成像始终是客户最关心的问题之一。“可靠的导航和定位也至关重要，尤其对于需要多次重复进行的勘测而言。”
更高质量的成像也表明，人们正朝着使用更多工具和传感器来提高能见度和数据可视化水平的方向发展。“我们还看到客户对摄影测量技术的兴趣日益浓厚，他们希望生成高分辨率的3D点云和/或水下基础设施的‘数字孪生’，用于长期监测，”Deep Trekker的客户经理Joseph Segato表示。“最后，在能见度较低的环境中，由于能见度的限制，多波束声呐已成为一项必不可少的配置。”
耐力
水下航行器的性能和功能与其续航能力息息相关，所有客户都希望延长其部署时间。虽然这并非完全取决于电池容量——能源管理和任务配置也是重要因素——但水下电池本身已成为一个快速发展的新兴行业，需要在能量密度、安全性、模块化和合规性之间取得平衡。
SubCtech首席运营官兼市场营销主管Sören Johannsen解释说，许多水下电池都是锂离子电池（Li-ION），它们在能量密度、重量、体积和循环寿命性能之间实现了理想的平衡。“对于水下航行器而言，高能量密度可以直接转化为更长的任务续航时间或更大的有效载荷能力。锂离子电池还具有高效率、稳定的放电特性以及良好的可扩展性，能够适应不同尺寸的系统。”Deep Trekker的REVOLUTION遥控潜水器（ROV）以及Boxfish的AUV和ROV均采用锂离子电池供电。
SubCtech自主研发的SmartPowerBlocks也是锂离子电池，它将模块化机械设计与集成的电池管理、监控和安全功能相结合，适用于水下应用。“其模块化设计使客户无需重新设计整个电源系统即可扩展容量和电压，”Johannsen表示。SmartPowerBlocks还支持定制，可根据特定车辆的限制和任务要求调整电池的几何形状、容量、电压等级和接口。“这包括针对狭小船体空间的优化外形尺寸、针对安全关键型应用的冗余设计、定制的放电曲线，或与车辆专用通信和监控系统的集成。我们还可根据不同的监管环境调整解决方案，无论是国防平台、科学考察船还是石油和天然气全电动系统，同时保持通用且合格的技术基础。”
为石油天然气客户部署电池撬装设备。图片来源：SubCtech
Deep Trekker 的革命 ROV。图片来源：Deep Trekker
Kraken Robotics 的 SeaPower 电池平台同样基于锂离子技术，将软包电池和电子元件嵌入硅聚合物基体中，可在水下 6000 米深处运行。它采用耐压灌封结构，无需刚性压力外壳或油压补偿，并采用模块化设计，可根据项目需求调整电压、尺寸和能量。“我们看到市场对 SeaPower 电池的需求强劲增长，尤其是在国防应用和超大型无人水下航行器 (XLUUV) 领域，在这些领域，续航能力、可靠性和安全性至关重要，”电池系统副总裁 Patrick Paranhos 表示。“这种增长反映了水下平台的发展趋势，即在日益复杂的环境中运行的平台需要更长的续航里程和更高的功率。”
Kraken Robotics公司的SeaPower电池。图片来源：Kraken Robotics。
REMUS 无人水下航行器。图片来源：HII。HII的 REMUS 无人水下航行器 (UUV) 采用模块化能源架构，可搭载一、二或三组电池，续航时间可根据速度、有效载荷和作业模式进行调整。锂离子电池最为常见，但碱性电池也可用于某些特殊任务。ecoSUB 的 AUV 也标配可充电锂离子电池，但仍可兼容碱性电池。
VideoRay决定自主研发电池。“我们一直在镍氢电池和锂离子电池之间犹豫不决，镍氢电池便于运输，而锂离子电池运输起来却非常麻烦。我们最终决定自己研发，因为我们找不到其他厂家生产这种电池，”Kolb说道。“我们的电池，就像我们所有的模块一样，都内置了智能控制器。它们有一个节点，可以与其他设备通信并请求信息。不仅如此，它们还能以48伏的标称电压输出稳定的电力，然后电压会降至锂电池的截止电压。”
自治
在水下作业及其他领域，自主性已成为日益增长的需求，甚至可以说是必要条件。它能够使作业速度更快、持续时间更长，远胜于人工操作。简而言之，自主性意味着可以收集、处理和可视化更多的数据点。在海上勘探和国防应用中，自主系统通过减少危险或极端情况的发生，降低了风险。福瑟林厄姆强调，至关重要的是，水下航行器必须具备超越海上试验的自主运行能力。“自主系统需要能够在真实世界环境中运行，而不仅仅是在受控场景中。”
水下航行器正从专业工具演变为日常联网资产，其发展方向以项目需求和客户要求为导向。多用途性、易用性、可视性、续航能力和自主性是下一代水下航行器的共同发展趋势，同时也预示着未来无限的可能性。
