上海交大“哪吒实验室”：海空跨域无人航行器的创新征程

在上海交通大学海洋学院的“哪吒实验室”中，流传着一段佳话：一名学长在千岛湖进行试验时，无人航行器意外失控坠入湖中，导师曾铮毫不犹豫地跃入水中，成功从湖底水草中打捞起设备。

当记者向曾铮求证时，他笑着回应：“早期确实需要下水救援，但随着技术不断成熟，这样的机会越来越少。2018年至2020年是航行器快速迭代的关键阶段，那时我下水最频繁。”

“哪吒实验室”专注研发的是海空跨域无人航行器——这种设备能自由穿梭于天空与海洋，实现飞行与潜航的无缝切换，并在不同介质中连续作业。

从2016年起步，到2024年在中国国际大学生创新大赛中摘得桂冠，“哪吒”系列航行器经过多次升级，已成功完成全球首次真实海洋环境下的自主飞行、水下潜航及跨域航行全流程测试，下潜深度超过100米，并在3级海况（浪高0.5米至1.25米）下实现跨域起飞。

2024年中国国际大学生创新大赛中，“哪吒”团队荣获冠军。受访者供图

“哪吒的成长离不开一次次失败中的锤炼。”曾铮常鼓励学生，真正的创新需要在风浪中检验，不必畏惧挫折，“有任何问题我来担当。所谓担当，就是亲自下水打捞设备。”作为海洋学院研究员，他本身热爱水上运动，持有专业潜水证书，肤色黝黑，笑称自己是团队的“专属打捞员”。

轻松话语的背后，是无数次的试验挑战：航行器被浪潮掀翻、突发故障、起飞失利……在漫长的理论验证、设计加工与测试后，仍可能面临重新设计。博士生邓岚加入团队仅三个月，却感觉时光漫长，“艰难时刻总觉度日如年”，但他话锋一转，“这三个月所学远超过去一年”。

两款“哪吒”系列海空跨域无人航行器展示。记者 陈悦 摄

从失败中汲取经验，在波涛间寻找解决方案

有人质疑，“哪吒”要实现海空双域航行，是否只是给潜艇加装翅膀或为无人机防水？有何难度？

在9月28日“青春华章·共赴山海向未来”主题展演中，“哪吒”团队成员以幽默方式回应：“海水密度是空气的800多倍！这好比让家用风扇不仅能吹风，还要跳进泳池当螺旋桨，更得自行跃出水面，继续运转！”

2016年，曾铮在学术交流中发现，台风研究急需能同时进行水上水下观测的设备，而当时国际尚无此类技术。由此，他萌生了设计一款海空两用跨域飞行器的创意。

海水密度约为1.02克/立方厘米，空气密度仅0.0012克/立方厘米，两者相差850倍，同一设备如何在特性迥异的环境中稳定运行？

缺乏可参考先例，初期试验屡屡受挫。曾铮回忆，有时设备起飞一分钟就失事，投海后可能无法找回，团队只能反复调整参数，持续改进数月。

2017年，“哪吒Ⅰ”问世，实现了水上500米、水下50米的探测能力。

2019年，“哪吒”在平静湖面起飞成功率达100%，但转战南海实际海况后骤降至20%以下，外海更是无法起飞。团队一度陷入瓶颈。

“哪吒IV”航行器在南海进行试验。受访者供图

在分界洲岛试验时，“哪吒”在波浪中反复翻滚无法起飞，曾铮只得下水救援。返程时，他借助浪涌轻松攀上浮台，却因退潮难以抓牢栏杆。这一经历启发团队：航行器是否也可借助波浪力量？

于是，团队开始研发“冲浪算法”，让航行器自主感知波浪，选择波峰起飞。从理论验证到人工造波模拟，再到湖泊与海洋试验，积累数据，最终成功耗时三年。

“哪吒”海空跨域无人航行器工作状态。受访者供图

2022年起，“哪吒”陆续完成全球首次真实海洋环境下的全流程跨域试验，实现3级海况下反复海空穿越，并突破百米潜深，引领跨域航行器进入新纪元。

目睹航行器迎浪起飞的瞬间，曾铮深感荣幸：“那一刻的喜悦难以言表，我们见证了跨域航行器迈向实用的历史性一步。作为创造者，我们倍感幸运。”“冲浪算法”将“哪吒”一次性起飞成功率提升至86%，并优化了功耗与速度。

曾铮强调，“冲浪算法”并非凭空想象，必须亲临一线感受波浪力量才能获得灵感。“哪吒”团队每年组织至少2次湖泊试验、1次海洋试验，让学生在实战中成长。

在极端环境中磨砺，痛苦铸就进步

“这两年我们足迹遍布九省十四市，从千岛湖到海南，从班公湖到万宁。班公湖海拔4200多米，夜晚严寒刺骨，高原反应导致喉咙发苦、食欲不振……”团队成员在脱口秀中调侃：“原以为投身科研，却体验了荒野求生。”

班公湖位于**阿里，是一座咸淡水交汇的高原湖泊。博士生宋绪旺对2023年7月的试验记忆犹新：环境荒芜，空气稀薄，昼夜温差大，住宿条件简陋。

“我们几人高原反应严重，途中就已呕吐。前两日，白天需吸氧缓解，夜晚依赖氧气瓶入睡。”宋绪旺说，试验时更需克服身体不适，“调试设备需高度集中，但常因头晕气短中断。”

适应高原后，团队在半个月内成功完成“哪吒”多次起降与潜航测试，验证了设备在高海拔、咸水、强风环境下的可靠性。宋绪旺表示：“首次高原实验充满新奇，尽管身体不适，但团队心态积极。”

“哪吒实验室”部分成员合影。受访者供图

高原缺氧与海上晕船是自然挑战，科研更考验心理韧性。

今年7月加入的邓岚，三个月内经历了结构设计、电路调试、软件优化与湖泊试验。初期进度滞后，他常工作至凌晨2点，清晨8点继续。9月的千岛湖试验更是身心考验。

他描述千岛湖日程：早晨搬运设备至湖边调试，测试中常遇突发状况，需拆解检查、分析数据、调整方案后重新组装，“精神高度紧张，日复一日”。

最后一天，设备突发多故障，时间紧迫。幸运的是，“两位师兄暂停自身任务，全力协助我组装、调试代码，甚至凌晨仍在支持，令我感动。”邓岚说，“他们将我的难题视作己任。”

此次试验让他实现“精神突破”：“如同长跑后程，靠意志坚持到底。痛苦是进步的阶梯——精神与能力在此过程中愈发强大。”

从零件设计到系统调试，再到实物试验，科研每阶段皆充满成就与挑战。“曾老师鼓励我，错误是成长必经之路，无需焦虑。”邓岚笑道，“回首三月，收获远超一年。”这正是科研的魅力所在。

从实验室到海洋应用，“哪吒”迈向广阔天地

“过去十年是跨域航行器技术探索期，未来十年将聚焦实际应用。”曾铮表示。

目前，“哪吒”在下潜深度、负载能力与海况适应性上国际领先。系列产品已衍生多款构型，兼具空中飞行、垂直潜航、水下滑翔等功能，轻量高速机型亦陆续推出，适配多样场景。

“空中大范围遥感与水下精细探测的结合，是海空跨域航行器的核心优势。”宋绪旺指出，团队正推动“哪吒”在台风预测、生态监测、海域侦查等领域的产业化应用，已获多家单位合作意向，提供定制服务。

“哪吒-飞潜”航行器执行任务。受访者供图

今年，团队与自然资源部第二海洋研究所合作，在千岛湖测试“哪吒-飞潜”与“哪吒-飞漂”设备。前者搭载温盐深传感器与采水器，可完成水体剖面观测；后者配备多光谱相机，实现表层监测与光谱成像。研究人员可远程操控，“哪吒”自主采样扫描。

宋绪旺负责科学载荷集成，他解释：“航行器是平台，结合传感器才能发挥效用。多光谱相机与温盐深仪赋予其‘感官’能力。”

“哪吒”正从单机向多机协同发展。水下通信依赖声学技术，助理研究员王英强去年加入团队，专注研发小型声学舱。

“市面模块难以满足轻量化需求，需自主研发电路设计，挑战巨大。”王英强表示。

上海交通大学木兰船建大楼走廊尽头，“哪吒实验室”门贴“上天入海”春联。货架陈列零部件与机体，墙上专利证书与毕业生肖像记录着贡献历程。

9月23日，上海交大木兰船建大楼，博士生在楼道水箱测试螺旋桨推力。记者 陈悦 摄

除导师曾铮与连琏外，“哪吒”团队均由学生构成。过去九年，一届届学子在此计算、加工、调试，有时在校内湖试验。这是科研的日常缩影。

采访期间，楼道水箱旁，一位博士生正进行螺旋桨推力测试，紧盯屏幕采集数据。噪声中，他两小时保持同一姿势。同学透露：“此类测试需持续月余。”

（中国互联网发展基金会中国正能量网络传播专项基金资助支持项目）

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