幾乎所有的導(dǎo)彈都要用到慣性測(cè)量裝置。雷達(dá)和光學(xué)傳感器是導(dǎo)彈的“眼睛”,它們主要用來觀測(cè)作戰(zhàn)目標(biāo)和外部戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境。而慣性測(cè)量裝置可以說是導(dǎo)彈的“內(nèi)眼”,它主要用來測(cè)量導(dǎo)彈自身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),是慣性導(dǎo)航的主要敏感器,包括陀螺儀和加速度計(jì)。
陀螺儀是什么呢?陀螺儀是利用陀螺特性制成的測(cè)量?jī)x器。陀螺是大家比較熟悉的,小孩子玩的“地轉(zhuǎn)子”,雜技演員抖的“空竹”,都是陀螺。把它高速轉(zhuǎn)動(dòng)起來以后,如果我們不去推它,不管底面如何傾斜,陀螺的轉(zhuǎn)軸總保持和地面垂直。陀螺轉(zhuǎn)得越快,它的這股“倔勁”越大,越能使轉(zhuǎn)軸的方向保持不變,這叫陀螺的“定軸性”。
陀螺旋轉(zhuǎn)后保持穩(wěn)定
陀螺儀由轉(zhuǎn)子、內(nèi)框、外框和底座組成。這種機(jī)械式陀螺儀,已經(jīng)被更先進(jìn)的激光陀螺儀、光纖陀螺儀替代。將陀螺儀裝載導(dǎo)彈上,可以分別測(cè)出彈體上下、俯仰或左右偏航以及繞中軸滾動(dòng)的角度。
皮埃爾·居里把陀螺的特性加以擴(kuò)展引伸,說了一句名言,或者說“金句”:“當(dāng)我像嗡嗡作響的陀螺一樣高速旋轉(zhuǎn)時(shí),就自然排除了外界各種因素的干擾,抵抗著外界的壓力?!?我們看這幅圖,居里夫人太有名了,這個(gè)皮埃爾是她的丈夫。他也是著名的物理學(xué)家,1903年與夫人同獲諾貝爾獎(jiǎng)。
按照慣性測(cè)量裝置在導(dǎo)彈內(nèi)部的安裝方式,可把慣性制導(dǎo)系統(tǒng)分為平臺(tái)式和捷聯(lián)式兩類。我們先看平臺(tái)式,平臺(tái)式慣導(dǎo)系統(tǒng)的測(cè)量裝置一般安裝在彈體內(nèi)部的常平架上。這種制導(dǎo)系統(tǒng)的測(cè)量條件較好,控制系統(tǒng)的運(yùn)算量也較小,但重量和尺寸較大,適于大型飛行器。因此,洲際彈道導(dǎo)彈、潛地彈道導(dǎo)彈、遠(yuǎn)程巡航導(dǎo)彈和大型的運(yùn)載火箭基本上都采用平臺(tái)式慣性制導(dǎo)系統(tǒng)。左下圖就是慣性制導(dǎo)穩(wěn)定平臺(tái)。
慣性制導(dǎo)穩(wěn)定平臺(tái)
微型光纖陀螺儀
還有一種叫捷聯(lián)式的測(cè)量裝置,它直接安裝在彈體上,而不是裝在常平架上。它省去了慣性平臺(tái),制導(dǎo)系統(tǒng)體積較小,重量較輕,可靠性也較高,這是它的優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)闇y(cè)量裝置直接裝在彈體上,就隨著彈體在顛簸、翻滾,坐標(biāo)系就經(jīng)常的在變,需要高速大容量的計(jì)算機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的坐標(biāo)變換,才能獲得所需的制導(dǎo)數(shù)據(jù);還要克服測(cè)量裝置直接承受的彈體振動(dòng)、沖擊及角運(yùn)動(dòng)帶來的動(dòng)態(tài)誤差?,F(xiàn)代戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈多采用捷聯(lián)式慣導(dǎo)系統(tǒng),慣導(dǎo)系統(tǒng)的英語(yǔ)簡(jiǎn)寫INS。右上圖是一種捷聯(lián)式的慣性測(cè)量裝置——微型光纖陀螺儀。(來源:國(guó)防科技大學(xué)“科普中國(guó)”共建基地)