水下对接站看似原理简单，但是仔细分析，其实每一环节要解决好都不容易，即使解决好了，为什么到现在为止都很难商业化部署。一个原因是自主对接成功率，前面我们说了，难度不亚于空间站对接；第二个原因是，用于执行长期任务的AUV都很昂贵，每台几千万甚至上亿，业主宁可派个船每隔一段时间收回来检查维护一下，也不肯让它黑灯瞎火地自己在那里呆上几个月甚至一年；第三个原因是，如果配备波浪能发电的话，会比较贵，如果不配的话，光靠电池电量也是有限的，除非这块区域本来就有电源。
这里就有人提到，水下机库（对接站）的电力容量设置多少比较合适。因为市面上几乎所有的AUV和混合型AUV都有相似的规格，或者类似A级车、B级车、C级车一样的规格分类，因此能源需求主要取决于任务强度和服务机器人的数量，每个充电站的容量估计再66千瓦时到2.2兆瓦时之间。正常充电需要200-500瓦的功率，但是功率大一点的话，会充的更快，典型的AUV大约需要4-8小时充好。理想状况下，电源应该能潜入50-1000米深度范围，不断收集海洋能，加上备用电池，可以按需充电。
我们本篇是从技术的角度分析了水下机器人的充电，下一篇我们将从市场和应用角度，看看哪些领域更有潜力和前景。
我们都知道，无人自主水下机器人是不需要系缆即可执行水下任务的航行器或者也可以说成是一种大型集成式传感器，可以监视、检查水下环境和设施。尽管很多人认为它可以替代一部分潜艇的监视任务，但机器人电池容量仍然是一个限制因素，通常甚至只有24小时的续航。因此，人们想到了在水下设置充电桩和对接站，来延长水下航行器的续航力，并在两次任务的间隔期间作为机器人的一个“机库”。这几年来水下机库正在蓬勃发展，但是由于缺乏真正可行的电力来源（对AUV来说，它无法像ROV一样，只呆在井口周围，所以也无法方便地利用动力电缆供电），因此尚未形成商业销售。利用海洋能为水下机库充电可以给AUV提供本地生产的电能，并通过备用电池平衡间歇性。有了水下充电，AUV将很少需要回到水面，节省了来回的下潜上浮时间，提高了水面人员的安全性，增加任务时间，航程和隐身能力。
我们今天的主题就是：水下充电。
除了监视、检查资产以外，AUV更多地被用来携带各类传感器，连续收集海洋环境信息。除了上面提到的电池续航能力以外，其实还有个限制，那就是数据存储空间以及数据的安全性。限于这些因素，AUV不得不经常回收上水面进行充电和数据下载。水下机库或者对接站在充电的同时，进行数据上传下载，从而有效提高任务效率。目前，全球AUV市场价值为30亿美元，预计到2023年，将达到50亿美元，客户主要集中在国防、石油天然气和海洋研究领域。
通常，AUV一次任务持续很长时间，甚至几个月。机载电池主要用于推进器、传感器的供电。电池系统的容量随系统类型的不同而有所差异，但通常不会超过AUV内部的40%。而且将AUV回收进行充电数据下载这个过程对天气状况十分敏感。鉴于此，为了追求续航能力，很多公司都推出了超大型AUV，当然，续航只是一方面原因，但是我们可以想象，如果解决了续航，很多AUV至少不需要现在这个尺寸。
要实现水下充电和数据上传下载并非简单的一件事，因为通信的限制，机器人不得不自己“摸黑”把接头插上机库的接口。这实际上比太空空间站对接还要难，因为在对接过程中，水面和陆地的人不仅做不了任何事，而且看不到水下正在发生了什么，除非从机库引很多线出来安满摄像头，但实际上你仔细想，当你几乎做不了什么事的时候，看见或者看不见其实意义不大，唯一的区别是心里有安慰。当然，也不是说完全没有办法实现有限的控制，只是需要一些特殊而且昂贵的设备，相比之下，还是训练机器人自己的大脑，更加便宜，也更有前景。美国军方是这个领域的先行者，他们2013年就同行业伙伴开发了这几种类型的此类技术，既有无线感应式充电的，也有插入式连接的。
（1）海底区域没有本身没有电源、通信源的地方，甚至该区域不允许安装永久设施；
（2）AUV的任务是长期调查任务，需要航行很远的距离，这个时候你就没法弄个固定式的充电源了，这个电源必须能够跟着AUV跑，比如无人船，但是这种无人船就得设计成很方便回收布放AUV的类型，目前的确有一些概念和成功的例子；（3）用于特殊目的的监视，比如远离海岸的深水渔场，无法通过电网供电；
AUV作为自主式，自供电的水下机器人，在海上执行任务范围很大，既可以到达大型船舶、潜艇无法驶入的超浅水域，又能抵达潜水员甚至系缆式机器人无法抵达的超深水。绝大多数AUV都采用专用电池，但有些尝试性地使用燃料电池（感兴趣的朋友可以在“深海智人”视频号，观看“燃料电池AUV”）或太阳能充电电池。上面搭载的某些传感器会自带电池，可以一次性运行数月，但是除此以外，其他设备都得消耗电池电力，小AUV的容量可能只有几度电，直径大一点的，会有十几度电或更多。近些年来，AUV的续航力已经延长了很多，主要是人们采用了较为科学的能源管理方案，大大拓展了其航行距离。比如Tethys 的远程AUV，可以覆盖1000公里的航程，并且一次持续数周时间。
AUV分类来说，也许根据续航力和尺寸分类是一种最直观便捷的归类方法，一般来说有四种：直径在3-10英寸之间，便携式的，即一个两个人就可以扛着走，能从各种平台甚至是大一点的AUV上进行部署，当然也可以集成到潜艇上面。续航力在10-25小时，不过新兴的电池技术可以增加一些续航时间。直径在10-21英寸，可以在岸上、潜艇上、船上布放，并拥专门的设备回收，有效荷载是小型AUV的6-12倍，续航力通常是前者的2倍左右，但也有更强的。直径在21-84英寸之间，这些AUV需要合适的搬运设备和布放回收设备。直径大于84英寸，在岸上或者船上布放，得配备相当能力的布放回收系统，比如船吊和月池等，这些AUV可能有时候是柴电混合动力，其续航能力以周为单位，更像是小型潜艇。
滑翔机和ROV我们就不细说了，虽然滑翔机耗能很小，可以航行上万公里，但并不是说充电技术对它没用，因为充电是个大概念，有一些滑翔机和水面无人船结合的很好；同样地，ROV虽然带着缆，但是如果它能丢掉缆像AUV一样去做一些事情会更好，这时候就得对接和充电了。
我们以一种最典型的AUV水下机库为例，看看其主要的组成：
我们可以看到捕获装置是一个金属漏斗型结构，方便AUV进出，在下方有定位信标，当AUV进入机库以后，带有线圈的插销会插入AUV进行感应式无线充电；然后因为无线通信距离特别短（小于半米），因此可以直接利用802.11通信协议进行无线通信（遵循IEEE 802.11b/g（2.4GHz）或IEEE802.15.4（868MHz，915MHz，2.4GHz）协议的节点发送的无线电波在水中的传输距离通常为50～100cm）。整个结构都安装在一个万向架上并配重，以便机库能够自动调平。
