重磅！中國打破美國俄羅斯聯手技術封鎖，北斗定位衛星打光都不怕

近日在湖南長沙舉辦的2018年度中國航天基金會獎頒獎大會上，由我國科學家研發的半球諧振陀螺產品獲得錢學森傑出貢獻獎，並獎勵該科學家20萬元人民幣。據獲獎資料稱，「為填補國內半球諧振陀螺領域空白、促進整體發展作出重要貢獻，研製出的國內首個半球諧振陀螺工程產品，對打破國外技術封鎖、推進國家長壽命高可靠航天工程發展有著重大意義，多次以排名第一的身份榮獲國防科學技術進步獎一等獎、二等獎，享受國務院政府特殊津貼。」那麼，什麼是半球諧振陀螺，它與以前的慣導產品有什麼優點呢？本文根據國內外公開資料做一背景介紹。

所謂陀螺儀，是指在慣性空間測量運動物體旋轉角度或角速度的感測器，陀螺儀通常和加速度計一起作為慣性敏感元件，用來測量和計算運動載體的位置、速度、姿態等導航參數。由於其精度高、性能穩定、可靠性好、抗干擾能力強和壽命長等特點而被廣泛應用於導彈、航空、航天、航海等領域。例如戰略導彈核潛艇一般是作為第二次核反擊力量使用。而當戰略核潛艇發射潛射洲際導彈時，很可能本土的高精度無線電導航系統，位於太空的本國發射的全球定位導航衛星系統已遭敵方破壞而不能使用，必須完全依靠自身的高精度導航設備。為了保證核潛艇高精度自主快速定位能力，一般採用第三代慣導設備：靜電陀螺儀來進行自主導航。據公開資料披露，靜電陀螺儀經過30多年的不斷發展，目前已成為裝備部隊的精度最高的慣導設備。

然而，靜電陀螺儀也有如下不足：體積大、結構複雜、可靠性低、帶寬和動態範圍窄，並且需要每隔一段時間就要進行校驗重調。高精度、長航時、高可靠性、長壽命、抗電磁干擾等將是現在及未來慣導系統的不懈追求，由美國發明的新一代半球諧振陀螺產品則較好的滿足了這一需求。半球諧振陀螺是一種沒有高速轉子和活動支承的振動陀螺，具有精度高、質量小、體積小、啟動時間短、高過載（最大可抗達3000g值的重力加速度）的特性，至少可連續工作15年，被譽為最具潛力的下一代陀螺之一。國外半球諧振陀螺的研製主要集中在美國、俄羅斯與法國這3個國家。

由於半球諧振陀螺優異性能，20世紀80年代末美國德科（Ｄelco）公司在研製成功後曾計劃用其代替海軍和空軍的液浮陀螺慣導設備，但由於靜電陀螺儀比它提早一步研製成功，再加之初期成本又比用於航空部門的激光和光纖陀螺要高，使得半球諧振陀螺市場訂單遠低於預期，德科公司不得不停止生產該產品，最終而被美國慣導巨頭：利頓（Litton）公司所收購。利頓公司敏銳的看出半球諧振陀螺的巨大應用前景，並將其市場應用對象轉為對價格不敏感的航天載荷。由於其不怕任何輻射，能抗火箭發射時的劇烈震動，可在極端溫度（-40～155℃）下工作，且使用壽命極長，半球諧振陀螺極其適合在太空中使用，並首先應用美國的哈勃太空望遠鏡中。據公開資料稱，目前半球諧振陀螺已在美國的125顆人造衛星上得到成功應用,累計空間飛行超過2000萬小時,最高精度零偏穩定性優於0.0005°/小時。

目前我國現有衛星中姿態控制系統的敏感單元設計的連續運行時間一般不超過1至2年，對於連續運行8年以上的長壽命衛星均採用了陀螺冗餘備份方案來加以解決,這造成了載荷和空間的嚴重浪費。而對於下一代長壽命衛星而言，其基本要求是能夠連續工作8至15年以上，就目前的國內慣性導航系統的水平,已不能滿足其要求，這將嚴重製約我國新一代長壽命衛星的研製和發展。而半球諧振陀螺作為一種長壽命衛星工程的核心敏感技術，目前美歐等西方國家對我國均實行嚴厲的技術封鎖。據公開資料披露，我國研製的長壽命高精度半球諧振陀螺樣機，主要技術指標零偏穩定性優於0.005°/小時，設計壽命大於8年，壽命末期可靠度優於0.9,為國內首創，在國際上處於世界先進水平。

2012年，「我國實踐九號」衛星發射升空，由重慶某公司研製的半球陀螺樣機經歷10年蟄伏，終於圓了它的「航天夢「。據公開資料披露，經進一步改進後，目前正在進行的應用項目包括XX-1、XX-5等衛星型號的半球諧振陀螺儀研製。已交付多各型號各階段產品超過50套，形成了航天應用型譜系列產品。除此之外，半球諧振陀螺儀在海軍裝備上也有著廣泛的應用前景。我國海軍武器及裝備對新一代慣導系統提出了20年甚至更高的免維護要求，雖然我海軍已應用靜電陀螺技術，但受限於現有陀螺穩定性不高等缺點，尚無法滿足新一代海軍主戰裝備對慣導設備高可靠性、長壽命的要求，這將嚴重製約我國海軍武器裝備的研製及發展，而半球諧振陀螺儀高精度、高可靠性、長壽命等特點可完全滿足此要求。據法國賽峰公司（SAFRAN）最新資料披露，其研製的半球諧振陀螺完全能夠達到靜電陀螺儀的性能，且最大重調時間至少是其2倍，法國的半球諧振陀螺在海洋領域的成功應用也為我國突破長航時、高可靠性海軍慣導系統的瓶頸提供了重要參考。

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