上海交通大学团队“哪吒——全球首个‘海空一体’跨域航行器平台”在大赛成果展现场。此次参赛的“哪吒”已有“8岁”，先后经历4次迭代，是当前国内外公开发布的同类成果中下潜深度最大、负载能力最强、水下运动范围最广的海空跨域航行器。 本报记者 袁婧摄
既能上天，又能下海，还能抗风浪，这是上海交通大学学生接力完成的全球首个“海空一体”跨域航行器平台——“哪吒”。这个项目从全球153个国家和地区的5406所学校的514万个项目中脱颖而出，在前天举行的中国国际大学生创新大赛（2024）总决赛中获得冠军。
“听说我们获奖，已经毕业的师兄师姐都很高兴，可以说他们和我们一起成就了‘哪吒’，‘哪吒’也成就了我们所有人。”上海交通大学海洋学院博士生金羽飞昨天在接受记者采访时说。
此次参赛的“哪吒”已有“8岁”，先后经历4次迭代，是当前国内外公开发布的同类成果中下潜深度最大、负载能力最强、水下运动范围最广的一款海空跨域航行器，由上海交大30名博士、硕士以及3名博士后接力完成。如今，这个系列还产出了“哪吒-海箭”等多个旗下跨域航行器平台。
一次偶然交谈中诞生的奇思妙想
在风平浪静的海面中突然浮出一个头盔大小的黄色航行器，随后伸展出四旋翼，一飞冲天，盘旋片刻后又稳稳地落在海面，收起旋翼，悄无声息地一头扎入海中，开始水下潜行……这种新概念的海空两栖无人航行器是“哪吒”4型。而在不远处，一架三角翼的飞行器突然从平静的海面上冲出，在天空盘旋几圈，又迅速扎入水底，这是“哪吒-海箭”系列。这些飞行器都可以收集海底信息，也可以在天空巡航，观测海洋和风云气象的变化。
有趣的是，上述一系列飞行器的诞生，竟是源自一次偶然的交流。
“哪吒”团队指导老师、上海交大海洋学院教授曾铮介绍，有一次和研究大气的学者一起交流，团队得知，目前台风和飓风研究领域非常缺少水上500米、水下50米的气象和水文数据，而国际上尚无专门收集这类数据的设备。于是，曾铮开始和学生一起研究，是否可以研制一种在海洋和天空自由穿行的航行器。
显然，这样的设想要落地并不容易。比如，飞行器的特点需要“轻”，海洋中的潜水器则需要“稳”。如何让飞、潜的需求在一个平台上和谐共存？如何确保航行器在水空两种介质中都能高效稳定地航行？
面对这些技术难题，研发团队从2016年就开始探索。2017年，这个主要由研究生组成的团队就研发出了“哪吒”1型，当时就实现了水上500米，水下50米的探索能力。其后，一批又一批研究生接力参加这个项目。在2018年和2019年，他们又分别研制出“哪吒”2型、3型，到2022年研制出“哪吒”4型，以及“哪吒-海箭”等一系列子型号。
金羽飞介绍，这些飞行器不仅能在空中飞行自主定位，还可以在指定海域或者水面降落，并进入水下潜航，完成水下的观测任务后钻出水面，自主飞行返航。巧妙的是，“哪吒”的固定翼不仅是空中的飞行翼，入水以后则成为滑翔翼，而旋翼则可实现航行器在水、空跨界过程中的稳定起降。
给年轻人越多探索自由，惊喜也越多
“给年轻人越多探索的自由，年轻人就会产出越多丰硕的创新成果。”在接受记者采访谈及研发感想时，曾铮这样说。
“哪吒”团队除了指导老师曾铮和连涟教授外，几乎都是博士生、硕士生。这些年轻人思维活跃，总有着最新、最巧妙的想法。曾铮说：“在指导学生的过程中，只要根据每个人的性格、特点，放手让他们做、鼓励他们思考、宽容他们的失误，他们总是会带来很多惊喜。”
“当时的博士生卢迪、熊程珂在开始实验后，几乎每天都在‘炸机’。”曾铮回忆，因为没有跨域航行器的先例可循，很多参数都需要自己不断摸索、调整，实验中的航行器一试飞就爆炸，或者潜入水中再也回不来是常事，“已经不记得炸了多少次机了”。
每次“炸机”后，曾铮都会陪着学生一起再从头开始，就这样，从湖泊到静海，再从静海到风高浪急的外海，“哪吒”终于具备了上天入海的能力。
正是在这样的摸索中，团队成功研发了承压耐蚀高速电机、小型轻量化浮力调节系统、海空跨介质航行的非线性稳定控制器等一系列关键核心技术。最重要的是，团队首创“冲浪算法”，为海空跨域业界难题提供了独具匠心的“解法”。
这一算法巧妙地解决了在真实海洋环境中风浪流干扰下航行器稳定跨域出水的难题，其灵感来源于冲浪者不断调整桨板朝向、等待浪涌瞬间的一跃而起。经过三年攻关后，该团队成功将这一想法转化为实际算法。
“哪吒”项目也得到学校重点前瞻布局基金的支持。“被纳入这个基金支持的项目基本上都是来自年轻人‘异想天开’的科研课题。”上海交大科研院相关负责人对记者说，“‘哪吒’是将水下滑翔机的设计理念与无人机的设计思想进行有机融合，集垂直起降、悬停、水平飞行、水下滑翔等多种功能于一体，在提出的时候国际上还没有同类产品，学校的基金投资可说是‘种子基金’。”
如今，参加研制的第一批博士生已经毕业，完成整体设计的卢迪去了广西科学院继续从事科研，从事航行路径研究的熊程珂去了华为从事无人车的智能路径设计。“几乎所有的团队成员毕业后都去了国家重点行业。”曾铮告诉记者。
当前，最新的“哪吒”4型成功完成全球首例真实海洋环境下海空跨域航行全流程试验。“哪吒”平台已经在多个场景中应用，就在不久前，还有科研机构上门，希望能将“哪吒”用于抹香鲸的跟踪研究。未来，“哪吒”还将继续在更多领域展现其独特的优势。