深海覆盖了地球71%的表面积，其中高达95%的区域仍未被充分探索。无人水下航行器（UUV）是揭开深海奥秘的关键工具，但续航短、噪音大等能源问题始终是其“软肋”。我们希望通过系统梳理现有技术瓶颈，提出突破性解决方案，让 UUV 真正成为深海探索的“永动机”。
导 读
海洋深处藏着地球气候的密码、未知的生物资源和重要的战略信息，而UUV是人类“触摸”深海的重要抓手。从海洋科考到军事侦察，UUV的应用日益广泛，但其性能始终受限于能源系统。如何让UUV在深海跑得更远、更安静、更持久，将是未来水下装备研发需要重点突破的方向。本文聚焦于UUV能源系统的现状与挑战，并探讨混合能源、海洋能捕获等下一代创新方案，旨在为深海探索注入全新动能。
图1 (A) UUV能源系统分类 (B)混合能源系统技术路线图 (C) 可供UUV使用的能源资源及水下无线充电技术概念图 (D) 典型UUV及其与能量相关的性能参数 (E) BMS功能
无人水下航行器（UUV）是一种能在水下自主作业的机器人系统，已广泛应用于海洋科学研究、水下测绘、环境监测、搜救任务及军事监视等领域。强大的能源系统是支撑其推进、导航、感知与通信等多功能的关键，尤其在偏远而复杂的水下环境中，高效能源系统的重要性不言而喻。
UUV能源系统现状与挑战
UUV依据能源系统主要分为热能和电能两种类型。基于热能的UUV，如“VA-111暴风雪”鱼雷，依赖内燃机提供动力，具有高能量密度和高航速的优势，能够在更短时间内击中目标。然而，此类系统存在噪音大、热信号明显以及环境污染等问题，难以满足现代UUV在执行特定任务时对低噪音、零排放和快速能量补充的需求。相比之下，基于电能的UUV操作范围更广，且几乎无噪音和污染物排放，这些特点使其成为某些任务的理想选择。但其主要依赖的锂离子电池能量密度较低，限制了UUV的全负荷运行时间。因此，提升UUV能源系统的续航能力已成为当前的核心任务之一。
解决方案
混合能源系统：通过结合电池与燃料电池，利用分层动态协同控制架构优化能源利用，提高整体能效。该系统既发挥了燃料电池能量密度高、可长时间供电的优势，又融合了电池响应迅速、能快速提供大功率的特点，实现了两种能源之间的高效协同与平稳切换。
海洋能捕获与利用：海洋蕴含着丰富的未开发能源，如海洋温差能、波浪能和海流能等。通过集成热电发电机、波浪能转换器和涡轮发电机等设备，UUV能够捕获并利用这些海洋能源，减少对主要能源存储的依赖，延长操作时间。例如，利用表层与深层水温差的热电发电机，以及适应不同波浪条件的小型波浪能转换器，均为UUV提供了可持续的补充电力。
水下无线充电技术：作为一种极具前景和创新性的解决方案，水下无线充电技术通过非接触式能源传输和智能协同控制技术，为UUV提供自主能源供应。如WiSub公司的Torden水下无线充电系统，利用磁共振耦合技术实现高功率输出，适用于从浅海到深海的多种应用。尽管该技术仍面临涡流损耗、电磁干扰和界面电解腐蚀等挑战，但其发展潜力巨大。
智能电池管理系统（BMS）：BMS在提升UUV续航能力方面发挥着至关重要的作用。通过多级平衡拓扑电路和动态负载传感算法，BMS能够精确优化充放电过程，减轻过充和过放风险，延长电池循环寿命。同时，BMS还具备状态监测功能，确保在极端水下环境中的电力输出稳定性。此外，它还能根据任务需求智能分配电力，进一步提升UUV的综合续航能力。
总结与展望
UUV能源系统的发展正处在关键转折点。当前，热能型的噪音与排放问题，以及电能型的续航短板，仍是主要挑战。但集成混合能源、海洋能捕获、水下无线充电及智能电池管理系统等方案，将开启水下探索新篇。这些技术将显著提升UUV的续航能力，降低对母船的依赖，增强其长期作业、隐蔽行动与整体可靠性。未来，UUV能源系统将向高度集成化与智能化演进，结合人工智能优化能源分配，并借助水下充电网络实现集群协同。UUV将有望成为真正的“水下作战节点”，深刻重塑未来的海洋战略格局。
责任编辑
史晓东 海南大学
杨青青 北京理工大学