Jellyfish水下空間站設(shè)計

梁菲菲

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 信息工程學院，陜西 咸陽 712000）

0 引言

當今社會，海洋領(lǐng)土安全越發(fā)的成為人們關(guān)注的焦點。由于海洋領(lǐng)土相比較于陸地領(lǐng)土更為廣闊，其區(qū)域的監(jiān)測與保護也更加復(fù)雜。隨著太空空間站模式的漸漸確立，人們逐漸嘗試海洋空間站去偵查和探測海洋領(lǐng)土。為了海洋空間站的保護和所獲信息的傳遞，設(shè)想設(shè)計一種仿水母的隱身、模塊化的水下空間站系統(tǒng)，形成海洋信息組網(wǎng)，監(jiān)聽公共海區(qū)，加強沿海防御，保證我方基地、港口和航道的安全性[1]。

1 系統(tǒng)設(shè)計

所設(shè)計航行器主要分為四部分：母體水母1號、模擬目標誘餌水母2號群，核心控制艙鯊魚1號和可變形、可旋轉(zhuǎn)的雙面太陽能電池板充電裝置水母3號。水母1號作為母體，為其他部分提供場所；水母2號群作為誘餌，用于海戰(zhàn)；鯊魚1號作為核心控制艙，相當于指揮中心；水母3號作為安全海域的充電裝置。

1.1 水母1號

如圖1所示，水母1號作為母體，仿水母的外形，其表面是超級復(fù)合無磁性材料或高性能吸波塑料，以減少探測聲納的探測波束，達到隱形的目的。水母艙內(nèi)容積大，可容納3-5人，潛伏在水中，作為水下空間站。航行時，觸角伸出，其觸角采用ICPF（離子導(dǎo)電聚合物薄膜）材料，該材料在需要較大彎曲位移的驅(qū)動器方面，具有很高的潛力。根據(jù)波動推進理論，由電機驅(qū)動觸手產(chǎn)生駐波，利用駐波對稱抵消縱平面的波動，使得波動水流向后作用反推母體1號，達到平穩(wěn)前進的效果[2]。

圖1 水母1號運動圖

1.2 水母2號群

水母2號群作為模擬目標誘餌，用于海戰(zhàn)時期。水母1號釋放若干水母2號，他們之間可以相互傳遞信息，形成覆蓋面很廣的水下通信系統(tǒng)[3]，進行實時的信息交換和信息交流，從而更全面的掌握整個覆蓋海域的信息（見圖2）。水母2號的觸手一部分作為側(cè)掃聲納，一部分作為磁感應(yīng)器，時刻檢測水母1號周圍海域的安全。側(cè)掃聲納及磁感應(yīng)器觸角使得水母2號在巡航時監(jiān)聽范圍更廣（見圖3）。遇到尾流自導(dǎo)雷[4]時，四個水母2號組成平行四邊形陣列，成為模擬目標誘餌水母2號群，同時啟動內(nèi)部的煙火性聲納誘餌劑，有效地將尾流自導(dǎo)雷引誘到母體水母1號的安全區(qū)域，使母體水母1號脫離危險。在“安全區(qū)域”后，在尾流自導(dǎo)雷距離模擬目標誘餌水母2號群一定距離時，后方水母2號d和兩側(cè)的水母2號b和c放出反魚雷網(wǎng)[5]，引爆尾流自導(dǎo)雷，解除水母1號的威脅因素（見圖4）。

圖2 信息組網(wǎng)圖

圖3 水母2號巡航圖

圖4 模擬目標誘餌水母2號群

1.3 鯊魚1號

在母體水母1號遭受危險而無法及時規(guī)避時，母體內(nèi)部的核心控制艙鯊魚1號彈出，并啟動母體雷管動作，母體1號穩(wěn)定沉入水底，并且啟動待發(fā)自毀裝置，等待核心控制艙鯊魚1號命令。鯊魚1號頭部為超空泡發(fā)生器，尾部為3級火箭，在逃離時頭部產(chǎn)生超空泡[6]，尾部點火裝置點燃三級火箭助推系統(tǒng)[7]，以最快的速度逃離。鯊魚左右和上部的鰭可以在圖中的位置旋轉(zhuǎn)90度，這樣有助于形成超空泡，進行全體的覆蓋，使三級火箭助推時阻力減少。圖5為超空泡火箭助推行進狀態(tài)，圖6鰭的位置為不需要超空泡技術(shù)時正常行進的位置。

圖5 鯊魚1號超空泡助推行進圖

圖6 鯊魚1號正常行進圖

1.4 水母3號

在安全海域時，母體水母1號可以通過浮標聲納將加密的信息反饋到海面上，母體水母1號采用海洋電池和太陽能電池板持續(xù)供能來工作，給太陽能電池板充電時，啟動可變形、可旋轉(zhuǎn)的雙面太陽能電池板充電裝置水母3號，水母3號通過剛性繩索與水母1號相連，形狀像傘，由于剩余浮力水母3號能快速的上升到水面（見圖7），到達水面后，水母3號電池板葉片分開，數(shù)目為偶數(shù)間隔的葉片先向上展，與之相鄰的葉片向下展，葉片整體可在水平面上繞垂直于水面的軸線（記為Z軸）旋轉(zhuǎn)，葉片輪流轉(zhuǎn)到最佳吸收位置吸收太陽能。待正對太陽的兩面：上展葉片的下表面（記為甲葉片群的A面），下葉片的上表面（記為乙葉片群的B面）充電完全后，交換位置，甲葉片群向下展，乙葉片群向上展，此刻甲葉片群的B面、乙葉片群的A面正對太陽，進行充電，達到雙面吸收的目的（見圖8）。充電結(jié)束后，水母3號葉片合上，恢復(fù)原先傘狀，通過水母1號縮短繩索來回到水母1號內(nèi)部。

圖7 水母2號上浮圖

圖8 水母2號充電圖

2 創(chuàng)新點

2.1 水母仿生

水母外形似球，根據(jù)球殼耐壓理論確定水母為良好的仿生對象；再者，水母內(nèi)部可開發(fā)空間廣闊，在搭載多負載方面具有很大潛力，為將來的海洋開發(fā)與偵查提供了硬件支持；此外，仿生技術(shù)[8]噪聲低，擾動小，效率高，有利于水下空間站的隱身，從而確保水下空間站的安全。

2.2 二維編隊模擬目標誘餌

二維平行四邊形陣列，相對一維編隊，亮點利用率更高，更經(jīng)濟，模擬的聲磁場范圍更大，更強，更具有引誘性，機動性更好；非拖曳式誘餌，通過與母體之間的信息組網(wǎng)來通信，相對現(xiàn)有的拖曳式誘餌，機動性更好，能夠?qū)Ⅳ~雷引誘到更遠處，解決了拖曳式誘餌不能完全將魚雷引開的缺陷，保證了母體的安全；模擬目標誘餌水母2號群中的水母2號d和兩側(cè)的水母2號b和c可以在距來襲魚雷一定距離時放出反魚雷網(wǎng)來捕獲并引爆魚雷，傳統(tǒng)的誘餌只起到模擬目標，引開魚雷的作用，不能讓目標徹底擺脫魚雷，反魚雷網(wǎng)消除了魚雷對母體的威脅。

2.3 核心控制艙逃逸

核心控制艙鯊魚1號的兩側(cè)和背部的鰭可以在圖6位置以設(shè)定旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)90度，這就使得其在危險逼近區(qū)域能形成大面積的超空泡，減小三級火箭助推時的阻力，達到高速的目的，脫離危險區(qū)后正常行進時能保持流線型結(jié)構(gòu)，以較快速度行進，巧妙地實現(xiàn)了能源的利用和速度的轉(zhuǎn)變；再者，超空泡聯(lián)合多級火箭推進，大大地快于現(xiàn)今的航行器，能輕易地快速逃離，有效得保證了核心控制艙的安全；此外，無法規(guī)避危險時，母體1號穩(wěn)定沉入水底，成為誘餌，并啟動待發(fā)自毀裝置，進一步保證了核心控制艙的安全。

2.4 變形太陽能電池板

可變形、可旋轉(zhuǎn)的雙面太陽能電池板，與傳統(tǒng)的電池板和折疊式電池板相比，充電效率更高。

3 結(jié)語

和平時期：水下空間站可以進行水下環(huán)境監(jiān)測，地質(zhì)勘探，考古等作業(yè)；在戰(zhàn)爭時期：仿水母水下空間站可以作為海陸空水下節(jié)點，帶有聲納和磁感應(yīng)器的水母監(jiān)察周圍海域的海情；帶有吸附盤觸手群的水母可以吸附在敵艦上，大范圍收集敵方信息；遇到危險時，編隊并點燃煙火性聲納誘餌劑模擬目標引誘并引爆來襲，魚雷保證母體安全；并設(shè)置核心控制艙的逃逸功能，保證重要信息的安全。分層次的模塊設(shè)計使航行器的使用和維護更加靈活多樣。Jellyfish 水下空間站可以長時間、大深度、自主地進行隱秘性工作，不管在和平時期還是戰(zhàn)爭時期都能發(fā)揮重要作用，具有良好的前景和深遠的影響。