案例3哪吒全球首個(gè)“海空一體”跨域航行器平臺(tái)2023年12月，由中國(guó)航天科技集團(tuán)聯(lián)合國(guó)內(nèi)12家科研機(jī)構(gòu)、7所高校及5家民營(yíng)企業(yè)共同研發(fā)的“哪吒”跨域航行器平臺(tái)完成全系統(tǒng)驗(yàn)收測(cè)試，在南海某海域?qū)崿F(xiàn)從100米深度水下自主上浮、突破水空界面、垂直起飛至3000米高空、持續(xù)航行8小時(shí)后精準(zhǔn)著水并下潛至50米深度的全流程跨域作業(yè)驗(yàn)證。這是全球首次實(shí)現(xiàn)單一平臺(tái)在海洋與大氣環(huán)境間的連續(xù)、自主、可控跨域航行，標(biāo)志著人類(lèi)在跨介質(zhì)航行技術(shù)領(lǐng)域取得根本性突破。一、技術(shù)架構(gòu)：多物理場(chǎng)耦合的系統(tǒng)性創(chuàng)新“哪吒”平臺(tái)采用“三體共構(gòu)”設(shè)計(jì)理念，將水下航行器的流體動(dòng)力布局、航空器的升力結(jié)構(gòu)與跨域切換機(jī)構(gòu)深度融合。其核心技術(shù)突破集中在動(dòng)力、控制、材料三大子系統(tǒng)：1.跨介質(zhì)動(dòng)力系統(tǒng)傳統(tǒng)水下航行器依賴(lài)螺旋槳或泵噴推進(jìn)，航空器則依靠旋翼或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，兩者動(dòng)力原理與能量轉(zhuǎn)化效率差異顯著?！澳倪浮眲?chuàng)新性地開(kāi)發(fā)了“雙模態(tài)變循環(huán)動(dòng)力單元”，包含可折疊傾轉(zhuǎn)旋翼組件與矢量水噴推進(jìn)器。水下模式時(shí)，6組矢量水噴推進(jìn)器提供全向推力（最大推力20kN），配合尾舵與側(cè)鰭實(shí)現(xiàn)高精度機(jī)動(dòng)（最小轉(zhuǎn)彎半徑0.5米）；空中模式時(shí)，4組可折疊旋翼（單組直徑1.2米，槳葉采用碳纖維聚醚醚酮復(fù)合材質(zhì)）從艇體兩側(cè)展開(kāi)，通過(guò)無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)（總功率450kW），提供垂直起降與水平飛行所需升力。動(dòng)力切換過(guò)程中，機(jī)載計(jì)算機(jī)通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水空界面（壓力差、光學(xué)透照度、聲吶回波多參數(shù)融合），在0.8秒內(nèi)完成推進(jìn)模式切換——水下推進(jìn)器斷電鎖止，旋翼啟動(dòng)并逐步增加轉(zhuǎn)速，同時(shí)調(diào)整艇體姿態(tài)至45°仰角，利用水動(dòng)力與空氣動(dòng)力的過(guò)渡耦合實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)穿越。2.流體耦合控制技術(shù)水空界面是典型的多相流復(fù)雜區(qū)域，密度差（水密度約為空氣的800倍）、粘性差異（水動(dòng)力粘性系數(shù)約為空氣的60倍）及表面波擾動(dòng)會(huì)導(dǎo)致航行器在穿越時(shí)承受劇烈的沖擊載荷（最大可達(dá)自重的5倍）與姿態(tài)失控風(fēng)險(xiǎn)?！澳倪浮贝钶d的“跨域自適應(yīng)飛行控制系統(tǒng)”集成了12類(lèi)傳感器（包括MEMS慣導(dǎo)、光纖陀螺、壓力梯度傳感器、激光測(cè)高儀、多波束聲吶），通過(guò)卡爾曼濾波與深度學(xué)習(xí)算法構(gòu)建“環(huán)境平臺(tái)”耦合模型。測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，在浪高2米、風(fēng)速12m/s的復(fù)雜海況下，平臺(tái)穿越界面時(shí)的姿態(tài)角偏差可控制在±2°以?xún)?nèi)，角速度波動(dòng)小于0.5°/s，遠(yuǎn)超國(guó)際同類(lèi)裝備（傳統(tǒng)跨介質(zhì)試驗(yàn)中姿態(tài)偏差普遍超過(guò)±15°）。3.跨域結(jié)構(gòu)材料體系平臺(tái)需同時(shí)承受水下100米深度的靜水壓力（約1MPa）、空中3000米高度的低氣壓（約0.7MPa）及界面穿越時(shí)的沖擊載荷（瞬時(shí)壓強(qiáng)變化率達(dá)10^4Pa/s）。研發(fā)團(tuán)隊(duì)采用“梯度功能材料”設(shè)計(jì)，艇體主結(jié)構(gòu)采用鈦合金碳纖維復(fù)合層（外層為0.5mm厚鈦合金抗腐蝕層，中間層為3mm厚碳纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂（CFRP）承力層，內(nèi)層為1mm厚鋁合金吸能層），整體密度1.8g/cm3，拉伸強(qiáng)度1200MPa，水下疲勞壽命超過(guò)1000次下潛/上浮循環(huán)。關(guān)鍵部件如旋翼折疊機(jī)構(gòu)采用形狀記憶合金（NiTi基合金），可在40℃至80℃環(huán)境下實(shí)現(xiàn)10^5次無(wú)故障折疊，確?？缬蚯袚Q的可靠性。二、任務(wù)能力：全場(chǎng)景覆蓋的跨域作業(yè)“哪吒”平臺(tái)的核心價(jià)值在于突破傳統(tǒng)裝備的單一域限制，通過(guò)“水下隱蔽空中廣域”的協(xié)同能力，在軍事與民用領(lǐng)域均展現(xiàn)出顛覆性應(yīng)用潛力：1.軍事偵察與態(tài)勢(shì)感知水下模式下，平臺(tái)可攜帶側(cè)掃聲吶、磁探儀等設(shè)備，以0.5節(jié)低速貼近海底航行（最大潛深200米），隱蔽接近目標(biāo)區(qū)域；接近水空界面時(shí)，上浮至5米深度啟動(dòng)光學(xué)偵察模塊（1200萬(wàn)像素水下相機(jī)+激光線掃儀），獲取水下目標(biāo)三維輪廓；突破界面后，升至500米高度切換至光電/紅外吊艙（30倍變焦，熱成像分辨率640×512），對(duì)半徑50公里范圍內(nèi)的海面、陸地目標(biāo)進(jìn)行廣域監(jiān)視。測(cè)試中，平臺(tái)完成“水下隱蔽接近界面?zhèn)刹炜罩芯_定位”全流程任務(wù)僅需47分鐘，較傳統(tǒng)“潛航器+無(wú)人機(jī)”組合（需2小時(shí)以上協(xié)同準(zhǔn)備）效率提升60%。2.海上應(yīng)急救援在臺(tái)風(fēng)災(zāi)害、船舶遇險(xiǎn)等場(chǎng)景中，平臺(tái)可從救援母船快速布放，水下模式規(guī)避浪區(qū)（最大下潛深度50米）快速接近遇險(xiǎn)點(diǎn)（水下航速8節(jié)），利用聲吶定位幸存者（探測(cè)距離200米，定位精度±0.5米）；上浮后通過(guò)擴(kuò)音器、救生浮標(biāo)投放模塊實(shí)施近距救援；空中模式時(shí)，升至300米高度使用探照燈、拋投式衛(wèi)星信標(biāo)（定位精度5米）引導(dǎo)大型救援力量。2024年1月的模擬救援測(cè)試中，平臺(tái)在浪高3米、能見(jiàn)度不足50米的惡劣條件下，15分鐘內(nèi)定位并標(biāo)記3名“遇險(xiǎn)人員”，較傳統(tǒng)直升機(jī)救援（需等待浪高降低至2米以下才能起飛）響應(yīng)時(shí)間縮短70%。3.海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)與資源勘探平臺(tái)可搭載多參數(shù)水質(zhì)傳感器（測(cè)量pH、溶解氧、濁度等12項(xiàng)指標(biāo)）、溫鹽深儀（CTD，精度0.001℃）及大氣采樣器（PM2.5、CO2濃度傳感器），實(shí)現(xiàn)“水下界面空中”垂直剖面的連續(xù)觀測(cè)。在南海珊瑚礁生態(tài)監(jiān)測(cè)任務(wù)中，平臺(tái)單次作業(yè)可覆蓋50平方公里海域，獲取從海底（200米）到空中（1000米）的3000組環(huán)境數(shù)據(jù)，較傳統(tǒng)“調(diào)查船+浮標(biāo)+無(wú)人機(jī)”組合（需3天完成同范圍監(jiān)測(cè)）效率提升85%，數(shù)據(jù)時(shí)空分辨率（0.1米垂直間隔、1分鐘時(shí)間間隔）提高10倍。三、產(chǎn)業(yè)生態(tài)：跨域技術(shù)的鏈?zhǔn)酵黄啤澳倪浮逼脚_(tái)的研發(fā)推動(dòng)了我國(guó)在跨介質(zhì)流體力學(xué)、智能材料、微納傳感器等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，形成了“基礎(chǔ)研究關(guān)鍵技術(shù)裝備開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用”的完整創(chuàng)新鏈：基礎(chǔ)研究：項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)表SCI論文47篇，其中《NatureCommunications》刊登的《跨介質(zhì)航行器界面穿越的多相流耦合機(jī)制》首次建立了水空界面穿越的動(dòng)力學(xué)模型，被國(guó)際同行引用200余次；關(guān)鍵技術(shù)：突破12項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)，包括高精度跨域?qū)Ш剑ǘㄎ痪葟拿准?jí)提升至分米級(jí)）、耐高壓電子封裝（可承受2MPa靜水壓力）、低噪聲推進(jìn)器設(shè)計(jì)（水下輻射噪聲低于95dB@1m）；產(chǎn)業(yè)應(yīng)用：衍生出20余項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，其中“可折疊旋翼機(jī)構(gòu)”已應(yīng)用于民用跨域無(wú)人機(jī)，“梯度材料制備工藝”被3家新材料企業(yè)采用，預(yù)計(jì)2025年相關(guān)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將突破50億元。四、未來(lái)展望：跨域航行的技術(shù)延伸當(dāng)前“哪吒”平臺(tái)已實(shí)現(xiàn)1.0版本定型，最大水下航速12節(jié)、空中航速120km/h、續(xù)航時(shí)間10小時(shí)（水下8小時(shí)+空中2小時(shí)）、任務(wù)載荷200kg。研發(fā)團(tuán)隊(duì)正推進(jìn)2.0版本迭代，目標(biāo)包括：動(dòng)力系統(tǒng)：引入氫燃料電池，續(xù)航時(shí)間延長(zhǎng)至24小時(shí)；智能水平：集成大模型決策系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境下的自主任務(wù)規(guī)劃（如根據(jù)海況自動(dòng)選擇最優(yōu)穿越窗口）；載荷擴(kuò)展：支持模塊化任務(wù)艙（如水下機(jī)械臂、