一、新概念水下航行器原始創(chuàng)新對(duì)反向基礎(chǔ)研究的迫切需求
（一）軍事需求
當(dāng)前，全球海洋戰(zhàn)略博弈日趨激烈，美、俄、英、加拿大等海洋強(qiáng)國(guó)加速推進(jìn)超大型無(wú)人水下航行器（XLUUV）、水下滑翔機(jī)等新型戰(zhàn)略裝備的研發(fā)與部署，力圖在未來(lái)海戰(zhàn)中搶占技術(shù)與戰(zhàn)術(shù)制高點(diǎn)。我國(guó)雖然正同步開(kāi)展相關(guān)技術(shù)攻關(guān)與研制，但若要真正打破僵局，實(shí)現(xiàn)從“并跑”向“領(lǐng)跑”的提升，關(guān)鍵在于從源頭創(chuàng)新入手，開(kāi)展反向基礎(chǔ)技術(shù)研究，突破傳統(tǒng)水下航行器總體設(shè)計(jì)理論的局限，深入揭示新概念水下航行器設(shè)計(jì)原理，推動(dòng)從“1到0”的原始創(chuàng)新，才能進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)從“1到100”的應(yīng)用接力放大，從而推動(dòng)我國(guó)水下戰(zhàn)斗力實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，真正掌握未來(lái)海洋軍事博弈的主動(dòng)權(quán)。
特別是在當(dāng)前智能化海戰(zhàn)日益增多的背景下，傳統(tǒng)平臺(tái)已難以滿(mǎn)足信息主導(dǎo)、無(wú)人協(xié)同的未來(lái)作戰(zhàn)需求。新概念水下航行器不僅要在形態(tài)結(jié)構(gòu)上打破常規(guī)，還需在任務(wù)執(zhí)行機(jī)制、感知決策能力、跨介質(zhì)適應(yīng)性等方面取得突破。為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，必須從材料、結(jié)構(gòu)、力學(xué)、控制等底層科學(xué)問(wèn)題入手，開(kāi)展不可替代的反向基礎(chǔ)研究。
（二）民用需求
在民用方面，新概念水下航行器的應(yīng)用也逐漸成為研究與應(yīng)用熱點(diǎn)，例如仿生潛水器因模仿魚(yú)類(lèi)的游動(dòng)方式，具有擾動(dòng)小、噪音低，對(duì)海洋環(huán)境友好的特點(diǎn)，其在珊瑚礁健康監(jiān)測(cè)、海洋牧場(chǎng)中魚(yú)群健康監(jiān)測(cè)、復(fù)雜水域信息采樣等任務(wù)中展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，是傳統(tǒng)潛水器難以替代的。
當(dāng)前，在仿生潛水器技術(shù)持續(xù)迭代的背景下，為深入挖掘其在復(fù)雜環(huán)境下的效能潛力與精細(xì)化操作水平，需在現(xiàn)有技術(shù)積累的基礎(chǔ)上，聚焦核心環(huán)節(jié)開(kāi)展系統(tǒng)性基礎(chǔ)研究。通過(guò)深化其固體力學(xué)、流體力學(xué)、一般力學(xué)、智能控制等關(guān)鍵機(jī)理研究，優(yōu)化多模態(tài)運(yùn)動(dòng)協(xié)同機(jī)制，持續(xù)完善理論模型與工程技術(shù)體系，將有力推動(dòng)技術(shù)成果向更穩(wěn)定、更可靠的產(chǎn)品形態(tài)轉(zhuǎn)化。
這種基于底層創(chuàng)新的持續(xù)突破，不僅能拓展設(shè)備在海洋監(jiān)測(cè)、生態(tài)修復(fù)等民用領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景，也將為構(gòu)建智慧化海洋管理體系提供更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支撐，從而全面提升我國(guó)海洋資源開(kāi)發(fā)的可持續(xù)性。
二、反向基礎(chǔ)研究驅(qū)動(dòng)新概念水下航行器原始創(chuàng)新的重要體會(huì)
（一）當(dāng)前科研面臨的重要難題
當(dāng)前，諸如仿生潛水器等新概念潛水器在運(yùn)動(dòng)學(xué)性能與環(huán)境適應(yīng)能力層面已取得顯著突破，仿生潛水器推進(jìn)效率與多模態(tài)運(yùn)動(dòng)精度逐步逼近生物原型水平。然而在工程實(shí)現(xiàn)層面，設(shè)計(jì)范式仍囿于傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)模式——依賴(lài)直覺(jué)判斷構(gòu)建初始方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)迭代測(cè)試完成參數(shù)調(diào)優(yōu)。這種基于“設(shè)計(jì)-試錯(cuò)-修正”的閉環(huán)路徑存在三重固有局限：其一，高維參數(shù)空間與非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)特性導(dǎo)致試錯(cuò)成本指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)；其二，離散化改進(jìn)策略難以實(shí)現(xiàn)多學(xué)科性能耦合優(yōu)化；其三，經(jīng)驗(yàn)知識(shí)碎片化阻礙系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)規(guī)則的提煉。
（二）如何開(kāi)展反向基礎(chǔ)研究
新概念水下航行器的設(shè)計(jì)面臨多維度的技術(shù)挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的建模方法往往難以有效捕捉非定常、非線(xiàn)性環(huán)境下的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)行為，特別是在柔性結(jié)構(gòu)與流體耦合效應(yīng)顯著的情況下?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)模式多依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)積累和試驗(yàn)調(diào)整，難以為設(shè)計(jì)決策提供準(zhǔn)確的理論支撐。
反向基礎(chǔ)研究的核心在于從工程實(shí)踐出發(fā)，通過(guò)多學(xué)科方法建立問(wèn)題的數(shù)學(xué)力學(xué)方程，深入挖掘潛水器運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的物理規(guī)律。這一過(guò)程不僅幫助識(shí)別關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)，也為后續(xù)設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論依據(jù)。例如，針對(duì)仿生潛水器在復(fù)雜環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)模式，學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)力學(xué)分析與模型構(gòu)建，探索了適用于非定常運(yùn)動(dòng)、剛?cè)狁詈系膭?dòng)力學(xué)框架。這些成果為高性能產(chǎn)品的總體設(shè)計(jì)方案評(píng)估、控制策略制定、作業(yè)能力提升奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
（三）應(yīng)用接力放大
隨著理論工作的逐步推進(jìn)，部分研究已開(kāi)始融入總體設(shè)計(jì)與控制策略環(huán)節(jié)，為復(fù)雜任務(wù)的早期方案制定與平臺(tái)適應(yīng)性評(píng)估提供前置支撐。在設(shè)計(jì)層面，面向多任務(wù)執(zhí)行的需求，部分模型成果被用于總體設(shè)計(jì)方案評(píng)估與動(dòng)力學(xué)響應(yīng)預(yù)測(cè)，提升了整體方案生成的判斷效率；在控制層面，相關(guān)理論機(jī)制開(kāi)始融入模型預(yù)測(cè)控制架構(gòu)，為平臺(tái)在變工況下的姿態(tài)穩(wěn)定與路徑調(diào)控提供算法支撐。理論與工程的融合正在從局部模塊拓展至系統(tǒng)整體，推動(dòng)從原理認(rèn)知向能力形成的持續(xù)躍升。
三、反向基礎(chǔ)研究對(duì)海洋國(guó)防教育體系的重要啟示
（一）與時(shí)俱進(jìn)的科研基礎(chǔ)技能培養(yǎng)
在1到0的反向基礎(chǔ)研究中，我們深刻認(rèn)識(shí)到新概念水下航行器設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)提出了新的要求。原有教學(xué)體系缺乏對(duì)復(fù)雜工程問(wèn)題背后共性科學(xué)原理的體系化闡釋?zhuān)瑢?dǎo)致學(xué)生常常陷入知其然而不知其所以然的困境，缺乏對(duì)科學(xué)問(wèn)題的宏觀(guān)認(rèn)知和對(duì)基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)掌握，難以實(shí)現(xiàn)從0到1的原理性創(chuàng)新。因此，可以嘗試在海洋國(guó)防教育體系中適當(dāng)加入基礎(chǔ)理論課程，讓學(xué)生掌握工程實(shí)踐技術(shù)的同時(shí)，還能深入理解背后的科學(xué)原理，成為“既懂工程、又懂理論”的復(fù)合型人才，為未來(lái)國(guó)防科技創(chuàng)新事業(yè)奠定基礎(chǔ)。
（二）導(dǎo)引面向重大需求的前沿理論工作
理論創(chuàng)新不是無(wú)源之水、無(wú)本之木，需要做面向重大需求的理論研究。當(dāng)下環(huán)境中，許多“純理論”研究通常與工程實(shí)踐脫節(jié)，導(dǎo)致研究成果難以落地。而1到0的反向基礎(chǔ)研究模式則強(qiáng)調(diào)，面向國(guó)家重大需求，從實(shí)際問(wèn)題出發(fā)，提煉科學(xué)問(wèn)題。這一舉措也為數(shù)理基礎(chǔ)強(qiáng)的研究人員的理論研究方向做出相應(yīng)的指引。讓理論不僅僅形成論文成果，而更多的服務(wù)于國(guó)家重大需求。
（三）跨學(xué)科交叉融合
工程問(wèn)題背后涉及多學(xué)科基礎(chǔ)，僅靠個(gè)人、單一學(xué)科難以完成。例如，航空、航天、航海三大領(lǐng)域中，存在多項(xiàng)可以借鑒的通用技術(shù)，因此，若想真正高效開(kāi)展1到0的反向基礎(chǔ)研究，必須進(jìn)行有組織的科研，推動(dòng)更大范圍的協(xié)作。通過(guò)多學(xué)科交叉、校企聯(lián)培、軍民融合等模式，可形成“基礎(chǔ)研究-技術(shù)研發(fā)-工程應(yīng)用”的全鏈條研究模式，加速我國(guó)國(guó)防科技的自主突破。
未來(lái)，我國(guó)海洋國(guó)防教育體系應(yīng)進(jìn)一步強(qiáng)化“反向基礎(chǔ)研究”思維，培養(yǎng)更多能“從工程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從理論中尋找答案”的創(chuàng)新型人才，助力海洋強(qiáng)國(guó)建設(shè)。
（來(lái)源：航海學(xué)院）
