在人們印象中，臺風(fēng)似乎是夏季“特產(chǎn)”。但事實上，一年四季都會有臺風(fēng)生成。為了研究和預(yù)防臺風(fēng)，科學(xué)家們需要常年與臺風(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)隊操控一艘無人風(fēng)帆航行器“信天翁”從今年第1號臺風(fēng)“蝴蝶”北部進(jìn)入臺風(fēng)眼，半個多小時后又從臺風(fēng)眼東南部穿出。其間，該航行器扛過44節(jié)（約81公里/小時）最大風(fēng)力，不僅毫發(fā)未傷，還掌握了臺風(fēng)運動時完整的氣象、海浪等“一手資料”。

這是我國海洋氣象史上首次成功利用海洋無人航行器主動穿越臺風(fēng)眼開展海氣界面觀測，獲得了關(guān)于臺風(fēng)結(jié)構(gòu)和變化的“一手資料”，對于提升臺風(fēng)預(yù)報精度至關(guān)重要。今年7月20日，“信天翁”又成功穿越今年第6號臺風(fēng)“韋帕”的核心風(fēng)區(qū)。今后，人類“把脈”海洋也有了更多手段。

模仿虎鯨外形，減少無人風(fēng)帆航行器的航行阻力

2014年，在臺風(fēng)研究過程中，為了準(zhǔn)確探知中尺度渦對模態(tài)水耗散的影響，李培良費盡周折地布放了17個浮標(biāo)。然而，浮標(biāo)沒有動力，只能隨波逐流。為了讓這些浮標(biāo)保持在渦旋中，團(tuán)隊耗費近兩年時間才設(shè)計出方案。“當(dāng)時我就在想，要研發(fā)一個可以主動運動的、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。

2021年，李培良組建浙江大學(xué)海南研究院海洋過程與裝備團(tuán)隊，開始研發(fā)航行器。船體外形，是團(tuán)隊面臨的第一個挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的水下無人航行器大多是為水下航行設(shè)計的魚雷狀。這個無人風(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)計成什么樣子？

“我們后來發(fā)現(xiàn)，虎鯨既可以在水下快速移動，也可以在海面上快速移動。”李培良說，經(jīng)過大量仿真模擬，團(tuán)隊驚喜地發(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，開模制造又成了一大挑戰(zhàn)。“一個全新的玻璃鋼船體需要精準(zhǔn)的模具，開這種鋼模非常貴，一個模具可能要上百萬元。”李培良決定自己干。在3D打印的基礎(chǔ)上，他們花了1個多月時間用純手工打造。就這樣，一代“信天翁”的船體誕生了。

為什么給無人風(fēng)帆航行器取名“信天翁”？李培良解釋，信天翁被認(rèn)為是地球上最會利用風(fēng)的鳥，能夠預(yù)測天氣。

有效利用風(fēng)，累計試驗時長2200小時

一代“信天翁”誕生后，等待的是漫長的“拉練”。“其實造船并不難，難的是如何讓它在極端環(huán)境中生存下來。”李培良說，有時一條完整的模擬船出去，回來后不是零部件掉了，就是帆被撞壞了。

“信天翁”一代機考慮的功能很復(fù)雜。李培良介紹，在持續(xù)不斷的實驗中，團(tuán)隊逐漸意識到，難題是“如何有效地利用風(fēng)”。

3年間，李培良團(tuán)隊成員帶著“信天翁”邊試邊改，累計試驗時長2200小時。直到今年初，在大海中拉練的“信天翁”各項參數(shù)都趨于穩(wěn)定，在強風(fēng)測試中也不再“散架”。

得知臺風(fēng)“蝴蝶”要來，李培良每天醒來第一件事就是打開臺風(fēng)路徑實時發(fā)布系統(tǒng)。臺風(fēng)“蝴蝶”逐漸生成后，團(tuán)隊將二代“信天翁”放至其北部530公里處，開啟這次任務(wù)。此后幾天，大家24小時輪流值班。

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

至此，我國在海洋氣象監(jiān)測領(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，提升臺風(fēng)預(yù)報的準(zhǔn)確性和防災(zāi)減災(zāi)能力。

這是一次冒險，更是一場嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實驗。“通過臺風(fēng)這個天然的測試場，我們要進(jìn)行有針對性的操控，測試無人風(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。

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”臺風(fēng)眼，但也暴露了船體偏小、載荷有限等問題?；诖?，三代機的設(shè)計目標(biāo)清晰起來，團(tuán)隊只用了一個月左右就完成了定型。

“三代比二代長了1.5米左右，更重要的是，我們把整個帆船的控制系統(tǒng)做了集成化，讓它的抗風(fēng)能力更強。”同時，帆的結(jié)構(gòu)也從標(biāo)準(zhǔn)樣式升級，以承受臺風(fēng)中的巨大風(fēng)應(yīng)力。此外，三代機還搭載了風(fēng)廓線雷達(dá)、兩個相機和兩支衛(wèi)星通信天線，成了一個真正的“海上移動實驗室”。

眼下，經(jīng)過改良的三代“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。團(tuán)隊的目光，早已投向了更遠(yuǎn)的深藍(lán)。“我們現(xiàn)在做的每一個配件，包括通信天線、電機、耐壓艙，都是按照耐壓超水下1000米的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計的，材料用的都是鈦合金。”李培良說，這一切都是為將來實現(xiàn)全球航行和千米下潛的目標(biāo)做準(zhǔn)備。

未來，“信天翁”則將從全球海況最惡劣的海域之一——西風(fēng)帶出發(fā)，開啟它的“環(huán)球旅行”，迎接更多極端海氣環(huán)境的挑戰(zhàn)。“等風(fēng)來，不如追風(fēng)去。”李培良說。

（劉珈如參與采寫）

 

《人民日報》（2025年12月01日 第 19 版）

（責(zé)編：張若涵）