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陀螺儀在衛星導航中應用


慣性器件是陀螺和加速度計以及由它們組成的慣性測量裝置和系統的總稱。它們主要用于測量載體相對于慣性空間的角運動和線運動, 是運動載體的核心信息源。

慣性器件的設計、生産、試驗、裝備以及應用技術統稱為慣性技術。慣性技術是軍事現代化的關鍵,這是世界公認的尖端軍事技術之一。慣性器件以其全自主、短期精度高、實時性好等優點在航空、航天、航海、陸地導航等領域得到了廣泛地應用, 在現代化高技術武器裝備中, 充分地顯示出了特有的優勢。慣性技術作為綜合作戰能力的重要支撐技術, 顯然是不可取代的, 這樣也确立了它在未來戰争中的重要地位。

飛輪是具有可控動量矩的機電裝置, 核心是高速旋轉剛體, 利用它進行動量矩交換。飛輪是執行機構, 不是慣性敏感器, 所以它不是慣性器件, 但是它屬于慣性技術範疇。

21世紀世界航天技術總的發展趨勢可能是: 天地一體化,軍民一體化, 合作國際化, 衛星領域裡将向着長壽命、高可靠、低成本方向發展, 同時微小衛星将獲得很大發展, 深空探測将以月球和火星探測為主, 載人航天将以國際空間站為重要舞台, 航天運載器将朝着高能、無污染、大推力、低成本的方向邁進。與此同時,以慣性技術為代表的一系列高技術在航天領域更深層次和更廣範圍的應用,将極為有效地推動和加快航天技術發展的步伐。
 
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在衛星應用當中, 主要是采用陀螺儀組成的慣性測量單元( 陀螺組合, 在特殊應用條件下也采用加速度計) 與光學敏感器( 如紅外地平儀, 太陽敏感器和星敏感器等) 共同組成衛星的姿态測量系統。利用陀螺瞬時測量精度高和光學敏感器沒有累積誤差的特性, 相輔相成, 共同得到衛星持續的高精度的姿态和姿态角速率測量信息。衛星除了要求陀螺有較高的精度、耐沖擊、耐強振、小體積、低功耗外, 還要求長壽命及高可靠. 又因其需要長期工作在空間環境中, 必須經受太空粒子的輻射和真空環境的考驗。

可以用在衛星上的陀螺種類很多, 按照工作原理來分, 有機械陀螺( 液浮、撓性、靜電)、光學陀螺( 激光、光纖)、微機械陀螺( 矽微陀螺、石英陀螺) 和其它類型陀螺( 靜電陀螺、半球諧振陀螺)。其時間發展曆程依次是氣浮和液浮陀螺、動力調諧陀螺、激光和光纖陀螺、微機械和石英半球諧振陀螺等. 國外液浮、氣浮、靜電和動力調諧陀螺儀的技術非常成熟, 應用非常廣泛。在航天應用方面,美國和法國的激光陀螺技術已應用到航空、航天上, 多數組成捷連系統, 零偏穩定性好。光纖陀螺是捷連系統的最佳器件, 而且易于集成化,因而具有極強的競争力, 在國外衛星上已有成功的應用先例, 前景非常廣闊。三軸化、集成化、數字化、模塊化是光纖陀螺的發展方向。矽微慣性器件屬中低精度水平, 在微小衛星、低精度衛星上必将有廣闊的應用前景。從目前來看, 光纖陀螺、微機械陀螺、半球諧振陀螺應是未來空間應用( 壽命大于巧年) 陀螺的發展方向。國外新型慣性器件( 激光、光纖、半球諧振) 已經達到工程實用的水平, 美國、法國、俄羅斯各種新型陀螺相繼投入了型号的應用。如應用光纖、激光陀螺的Clelennt月球探測器; 應用半球諧振陀螺的NEAR宇宙探測器和AZ100、Cassiin宇宙飛船等。國内在新型慣性陀螺及飛輪的研制方面與國外水平相比差距比較大,新型慣性器件有的處于原理向工程化轉化階段, 有的還處于實驗室研究階段。
 

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