在人們印象中，臺(tái)風(fēng)似乎是夏季“特產(chǎn)”。但事實(shí)上，一年四季都會(huì)有臺(tái)風(fēng)生成。為了研究和預(yù)防臺(tái)風(fēng)，科學(xué)家們需要常年與臺(tái)風(fēng)“周旋”。

今年6月中旬，浙江大學(xué)海洋學(xué)院教授李培良團(tuán)隊(duì)操控一艘無(wú)人風(fēng)帆航行器“信天翁”從今年第1號(hào)臺(tái)風(fēng)“蝴蝶”北部進(jìn)入臺(tái)風(fēng)眼，半個(gè)多小時(shí)后又從臺(tái)風(fēng)眼東南部穿出。其間，該航行器扛過(guò)44節(jié)（約81公里/小時(shí)）最大風(fēng)力，不僅毫發(fā)未傷，還掌握了臺(tái)風(fēng)運(yùn)動(dòng)時(shí)完整的氣象、海浪等“一手資料”。

這是我國(guó)海洋氣象史上首次成功利用海洋無(wú)人航行器主動(dòng)穿越臺(tái)風(fēng)眼開(kāi)展海氣界面觀測(cè)，獲得了關(guān)于臺(tái)風(fēng)結(jié)構(gòu)和變化的“一手資料”，對(duì)于提升臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)精度至關(guān)重要。今年7月20日，“信天翁”又成功穿越今年第6號(hào)臺(tái)風(fēng)“韋帕”的核心風(fēng)區(qū)。今后，人類(lèi)“把脈”海洋也有了更多手段。

模仿虎鯨外形，減少無(wú)人風(fēng)帆航行器的航行阻力

2014年，在臺(tái)風(fēng)研究過(guò)程中，為了準(zhǔn)確探知中尺度渦對(duì)模態(tài)水耗散的影響，李培良費(fèi)盡周折地布放了17個(gè)浮標(biāo)。然而，浮標(biāo)沒(méi)有動(dòng)力，只能隨波逐流。為了讓這些浮標(biāo)保持在渦旋中，團(tuán)隊(duì)耗費(fèi)近兩年時(shí)間才設(shè)計(jì)出方案。“當(dāng)時(shí)我就在想，要研發(fā)一個(gè)可以主動(dòng)運(yùn)動(dòng)的、可以被我們指揮，精準(zhǔn)抵達(dá)目標(biāo)海域的智能浮標(biāo)。”李培良說(shuō)。

2021年，李培良組建浙江大學(xué)海南研究院海洋過(guò)程與裝備團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始研發(fā)航行器。船體外形，是團(tuán)隊(duì)面臨的第一個(gè)挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的水下無(wú)人航行器大多是為水下航行設(shè)計(jì)的魚(yú)雷狀。這個(gè)無(wú)人風(fēng)帆航行器既要在水面航行，又要在水下潛行，外形到底要設(shè)計(jì)成什么樣子？

“我們后來(lái)發(fā)現(xiàn)，虎鯨既可以在水下快速移動(dòng)，也可以在海面上快速移動(dòng)。”李培良說(shuō)，經(jīng)過(guò)大量仿真模擬，團(tuán)隊(duì)驚喜地發(fā)現(xiàn)，仿虎鯨的外形，在保持水下阻力基本不變的情況下，能將海面航行阻力降低28%。

外形確定后，開(kāi)模制造又成了一大挑戰(zhàn)。“一個(gè)全新的玻璃鋼船體需要精準(zhǔn)的模具，開(kāi)這種鋼模非常貴，一個(gè)模具可能要上百萬(wàn)元。”李培良決定自己干。在3D打印的基礎(chǔ)上，他們花了1個(gè)多月時(shí)間用純手工打造。就這樣，一代“信天翁”的船體誕生了。

為什么給無(wú)人風(fēng)帆航行器取名“信天翁”？李培良解釋?zhuān)盘煳瘫徽J(rèn)為是地球上最會(huì)利用風(fēng)的鳥(niǎo)，能夠預(yù)測(cè)天氣。

有效利用風(fēng)，累計(jì)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)2200小時(shí)

一代“信天翁”誕生后，等待的是漫長(zhǎng)的“拉練”。“其實(shí)造船并不難，難的是如何讓它在極端環(huán)境中生存下來(lái)。”李培良說(shuō)，有時(shí)一條完整的模擬船出去，回來(lái)后不是零部件掉了，就是帆被撞壞了。

“信天翁”一代機(jī)考慮的功能很復(fù)雜。李培良介紹，在持續(xù)不斷的實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)逐漸意識(shí)到，難題是“如何有效地利用風(fēng)”。

3年間，李培良團(tuán)隊(duì)成員帶著“信天翁”邊試邊改，累計(jì)試驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)2200小時(shí)。直到今年初，在大海中拉練的“信天翁”各項(xiàng)參數(shù)都趨于穩(wěn)定，在強(qiáng)風(fēng)測(cè)試中也不再“散架”。

得知臺(tái)風(fēng)“蝴蝶”要來(lái)，李培良每天醒來(lái)第一件事就是打開(kāi)臺(tái)風(fēng)路徑實(shí)時(shí)發(fā)布系統(tǒng)。臺(tái)風(fēng)“蝴蝶”逐漸生成后，團(tuán)隊(duì)將二代“信天翁”放至其北部530公里處，開(kāi)啟這次任務(wù)。此后幾天，大家24小時(shí)輪流值班。

6月13日凌晨0時(shí)28分，“信天翁”進(jìn)入臺(tái)風(fēng)風(fēng)眼，有人盯著手機(jī)關(guān)注臺(tái)風(fēng)走向，有人盯著電腦數(shù)字化后臺(tái)，隨時(shí)調(diào)整航行器位置。“成功了！”穿越臺(tái)風(fēng)眼那一刻，大家歡呼起來(lái)。

至此，我國(guó)在海洋氣象監(jiān)測(cè)領(lǐng)域邁出重要一步，“信天翁”的應(yīng)用，可幫助準(zhǔn)確理解海氣界面的物質(zhì)能量交換，提升臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性和防災(zāi)減災(zāi)能力。

這是一次冒險(xiǎn)，更是一場(chǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)。“通過(guò)臺(tái)風(fēng)這個(gè)天然的測(cè)試場(chǎng)，我們要進(jìn)行有針對(duì)性的操控，測(cè)試無(wú)人風(fēng)帆航行器的順風(fēng)航行、逆風(fēng)航行、側(cè)風(fēng)航行。”李培良說(shuō)。

向著更遠(yuǎn)的深藍(lán)出發(fā)，迎接更多極端海氣環(huán)境的挑戰(zhàn)

二代“信天翁”成功穿越了“蝴蝶”臺(tái)風(fēng)眼，但也暴露了船體偏小、載荷有限等問(wèn)題?；诖?，三代機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)清晰起來(lái)，團(tuán)隊(duì)只用了一個(gè)月左右就完成了定型。

“三代比二代長(zhǎng)了1.5米左右，更重要的是，我們把整個(gè)帆船的控制系統(tǒng)做了集成化，讓它的抗風(fēng)能力更強(qiáng)。”同時(shí)，帆的結(jié)構(gòu)也從標(biāo)準(zhǔn)樣式升級(jí)，以承受臺(tái)風(fēng)中的巨大風(fēng)應(yīng)力。此外，三代機(jī)還搭載了風(fēng)廓線雷達(dá)、兩個(gè)相機(jī)和兩支衛(wèi)星通信天線，成了一個(gè)真正的“海上移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室”。

眼下，經(jīng)過(guò)改良的三代“信天翁”整裝待發(fā)，準(zhǔn)備挑戰(zhàn)從廣東到海南的遠(yuǎn)距離惡劣海況下的航行和轉(zhuǎn)場(chǎng)。團(tuán)隊(duì)的目光，早已投向了更遠(yuǎn)的深藍(lán)。“我們現(xiàn)在做的每一個(gè)配件，包括通信天線、電機(jī)、耐壓艙，都是按照耐壓超水下1000米的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)的，材料用的都是鈦合金。”李培良說(shuō)，這一切都是為將來(lái)實(shí)現(xiàn)全球航行和千米下潛的目標(biāo)做準(zhǔn)備。

未來(lái)，“信天翁”則將從全球海況最?lèi)毫拥暮Ｓ蛑?mdash;—西風(fēng)帶出發(fā)，開(kāi)啟它的“環(huán)球旅行”，迎接更多極端海氣環(huán)境的挑戰(zhàn)。“等風(fēng)來(lái)，不如追風(fēng)去。”李培良說(shuō)。

（劉珈如參與采寫(xiě)）

 

《人民日?qǐng)?bào)》（2025年12月01日 第 19 版）

（責(zé)編：張若涵）