慣性技術在航空領域的發展與應用

姚易辰

摘要：慣性技術是在復雜環境條件下自主建立運動載體方位和姿勢基準的一種方式，慣性技術在航空領域之中的廣泛應用，極大的提升了運動信息的精準度，為飛行路線的控制和飛行運行安全提供了保障，本文之中對慣性技術在航空領域的發展與應用做出了相關介紹。

關鍵詞：慣性技術;航空領域;發展應用

慣性技術是慣性導航、慣性敏感期器、慣性測量、慣性制導、慣性穩定的統稱，現代導航系統、控制系統及制導系統的研究發展，無不得益于慣性技術的應用。這使得慣性技術在航空領域之中具有不可代替的支撐作用。尤其是各種新型慣性技術的出現，更是顯著的提升了航空領域運動載體性能，而在未來，相信慣性技術還會在航空領域有更加廣闊的發展看空間。

1慣性技術在航空領域的發展趨勢

慣性技術是無環境限制載體運動信息感知技術，涉及光學、力學、微電子、機械等多方面的知識，是現代精準導航、控制、制導的核心信息源，在航空領域之中具有不可替代的支撐作用，并呈現出以下發展趨勢。第一，繼續提高慣性儀表和系統的精度，在航空領域之中，陀螺儀、加速計等慣性測量儀器的核心技術就是慣性技術，并對提升航空運行導航和制導精度做出了重大的貢獻，而相信在未來新型慣性技術的出現，將會更好的優化光源平均波長穩定性，從而促使慣性儀表和系統的精度得到更好的提高。第二，實現高可靠、長壽面、長期免標定發展，未來航空領域的各種運行載體將會有更高的可用性，并且要求慣性儀表儀器及系統有更強的可靠性和更高的壽命，因此就必須要解決輻射條件下摻鉺光纖光源變化而引起陀螺標度因數長期飄逸誤差的問題，而這也將成為未來慣性技術的發展方向。第三，實現輕質化、低功耗、低成本，伴隨著航空領域的進步發展，對制導設備、慣性儀器的重量和功耗提出了更好的要求，這就要求未來的慣性技術要向輕質化、低功耗、低成本的方向發展，如美國的MicroPNT計劃中，使用了MEMS半球斜振陀螺儀，將慣性技術與光學技術更好的結合在了一起，促使陀螺儀能耗更低，這無疑就是慣性技術發展的一種體現。

2慣性技術在航空領域的主要應用

2.1慣性技術在衛星中的應用

近些年在航空衛星領域之中，慣性技術得到了很好的應用，如衛星之所以能夠姿態穩定的運行，就是因為在衛星陀螺儀和執行機構之中廣泛的應用了慣性技術，因此可以更好的測量衛星的運行姿態，并穩定衛星慣性運行。首先，在陀螺儀方面，衛星之中的陀螺儀主要包括動力協調陀螺儀、光纖陀螺儀、液浮陀螺儀，此外隨著近些年新型慣性技術的發展，全固態光纖陀螺儀也被廣泛的應用到衛星領域之中，有數據調查顯示，通過全固態光纖陀螺儀，可滿足人造衛星10年穩定運行的要求。其次，在慣性執行機構方面，基于轉子慣性技術的飛輪和控制力矩陀螺在衛星之中得到了廣泛的應用，這更好的保證了衛星的穩定運行，此外近些年基于磁懸浮軸承慣性技術也開始進入試驗工作之中，這一定可以更好的推動我國航空衛星事業建設發展。

2.2慣性技術在運載火箭中的應用

在航空運載火箭領域之中，慣性技術也得到了廣泛的應用，如我國的神州三號運載火箭，在研發試驗的過程中，在火箭的導航、制導、控制（GNC）系統之中，都應用了氣浮平臺慣性測量系統，并在控制（GNC）系統之中應用了2套撓性捷聯慣性測量單元，其中激光慣性測量單元和光纖慣性測量單元護為主備份，這就是運動慣性技術的一種體現，借助氣浮平臺慣性測量系統，可更好的測量運載火箭的運轉角速率，平移火箭的加速度。除此之外，在CZ-2F運載火箭之中，安裝了6只撓性速率陀螺，從而用于穩定系統的控制，這無疑也是慣性技術應用的一種體現，可以更好的檢測箭體飛行之中產生的偏差問題，明確運載火箭飛行過程中的俯仰和滾動角度，從而為火箭的穩定起飛做出保障。

2.3慣性技術在載人航天中的應用

近些年在載人航天領域之中，我們也可以發現慣性技術的應用足跡，如在我國的載人飛船GNC系統之中，廣泛的應用了撓性慣性測量單元，這就是應用慣性技術的一種體現，可更好的檢測載人飛船的運轉角度和平移速度，而除撓性捷聯慣性測量單元外，現下也有一些載人飛船之中應用了光纖慣性測量單元，用于飛船的手交匯對接GNC分系統，從而更加準確的完成手動交匯對接任務。除此之外，在載人飛船系統的目標飛行器GNC系統之中，還會廣泛的應用光纖陀螺組合，從而對載人飛船的運行姿態和穩定性做出控制，而隨著近些年科學事業的進一步發展與新型慣性技術的研究，在載人飛船之中的空間站GNC系統之中，也開始嘗試應用光纖慣性測量單元，這對提高飛船艙體慣性空間轉動角速率及視加速度都是有一定好處的。

2.4慣性技術在探月工程和深空探測中的應用

精確的原子陀螺和重力梯度儀可以在月球物理學中應用，因此只需要在空間軌道上的重力儀和重力梯度儀，就可以對月球的重力場圖進行繪制，為此現下在探月工程和深空探測領域之中，慣性技術被廣泛應用。如在探月工程之中，慣性技術的主要體現就是，在探月返回器之中，應用了光纖陀螺和激光陀螺連接系統，這樣石英與MEMS加速計的光纖連接系統就可以自動對月球車的導航進行定位，從而對月球的重力場圖進行繪制。而在深空探測領域，目前在火星探測中，就廣泛的應用了光纖連接慣性系統，同時量子磁力儀器也被廣泛的應用到飛行器的搭載實驗中，這都是應用慣性技術的一種體現，極大的提升深空探測的準確性，為人類探索外太空世界提供了更好的契機。

3總結

航空事業的發展標志著一個國家的綜合國力，而作為航空領域的關鍵技術之一，慣性技術在航空領域的應用，顯著的提升了航空運載體的導航、制導和控制性能，進一步拓寬了我國航空事業的發展空間，而現下對于慣性技術的研究也面臨著一定的難題，為促使我國航空事業得到更好的發展，今后還需不斷對慣性技術做出研究。

參考文獻：

[1]薛連莉，陳少春，陳效真.2017年國外慣性技術發展與回顧[J].導航與控制，2018（02）.

[2]王巍.新型慣性技術發展及在宇航領域的應用[J].紅外與激光工程，2016（03）.

[3]王巍.慣性技術研究現狀及發展趨勢[J].自動化學報.2013（06）.

[4]《世界飛機手冊》編寫組，世界飛機手冊[M].航空工業出版社，2011.

[5]薛連莉，陳少春，陳效真.2016年國外慣性技術發展與回顧[J].導航與控制，2017（03）.