汽车在城市中穿行可以靠地标、靠地图还可以靠卫星导航,那火箭在空中精准飞行靠什么呢?靠大名鼎鼎的——“惯性导航”。
惯性导航是利用惯性传感器(加速度计和陀螺仪)来测量运动体的加速度和角速度,再计算出其位置、速度和姿态等运动状态的技术。
根据f=ma,可以得出物体的位置、速度等。而要确定三维空间中运动体的状态,只知道加速度a还不够,还需要知道角速度。测量角速度的传感器叫陀螺仪——它的发明源于我对高速旋转刚体力学问题的研究。陀螺仪和加速度计,就是惯性导航的传感器部分。正因为它们是利用物体的‘惯性’来实现测量的,所以被称为惯性器件,‘惯性导航’也因此而得名。
惯性导航技术依靠惯性导航设备(简称“惯导”)来实现。常见惯导的核心,是三组正交安装的陀螺仪和加速度计,用于测量载体在三维空间的角运动和线运动。
此外,惯导内部还有通信、供电、支撑、计算等组部件。加电后,惯导能在初始运动状态基础上,不断测量角速度和加速度,一步一步递推出各个时刻的姿态、速度和位置。当火箭要进入太空这个大“迷宫”,惯导神器自然也是要带上的——它是实现高精度的导航和姿态控制、将载荷精准送入预定轨道的重要保障。
根据任务要求的不同,我国的长征系列运载火箭用到的惯导也有多种类型,有动调陀螺四轴平台惯导、捷联式惯导、气浮陀螺平台惯导等。它们各具优势,最终的目的,都是为了让火箭能够圆满完成任务,这里就不一一讲解啦~
在导航界,惯导可以算是元老了,但其江湖地位至今依旧不可动摇。
不管是卫星导航还是无线电导航,都需要外界设备的辅助,连天文导航也得看天体的“脸色”,因此它们都有受制于“人”时候。
惯导就不一样了,它不借助其他设备,不受外界干扰,不向外发送信号,主打一个“独立自主”。
同时,它还能连续、全面地输出导航信息,可谓技能点满满。
历经数百年,从液浮陀螺惯导到光学陀螺惯导再到mems惯导、原子陀螺惯导,从火箭到飞机、自动驾驶汽车甚至体感游戏机,惯性导航依然在人类生活的方方面面焕发着勃勃生机。
