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这位国宝级专家让中国一举赶上美国:核心技术突破,比美国的还好

字号+ 作者:鲜娱世界 来源:腾讯新闻 2019-09-20 我要评论

这位国宝级专家让中国一举赶上美国:核心技术突破,比美国的还好

近日,我国各大媒体纷纷公开报道了中国激光陀螺奠基人、已故国防科技大学教授高伯龙老先生的先进事迹。其中许多研制细节是首次披露。本文则根据上述媒体报道以及国内外公开资料对我国激光陀螺的研制历程及应用现状做一简要介绍以表示对高老的崇高敬意。在古希腊语里,“陀螺”一词的含义是“旋转指示器”,随着现代科学技术的飞速发展,只要能对物体的旋转状态进行感知测量的装置,都可被称为陀螺仪。而陀螺与加速度计组合起来,就可以知道物体任一时刻,任一地点的精确坐标位置。

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早在18世纪,人类就开始了对陀螺运动的研究,第一次世界大战中,美国海军首先研制成功了世界上第一台机械陀螺仪 。随后机械陀螺进入了迅猛发展时期,并大量装备西方发达国家陆海空三军及导弹部队。1960年,美国人在成功研制出世界上第一台激光器后,迅速开始了激光陀螺的相关研究。激光陀螺是惯性器件研制和发展过程中具有划时代意义的产品, 它开创了量子力学在惯性技术应用领域中应用。它具有能够快速启动、精度高、寿命长、高可靠性、动态范围大,维修成本低、并且能够直接数字输出,与计算机相结合等特点。

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自从1975年美国霍尼韦尔公司的实用化的二频机械抖动激光陀螺问世以后,激光陀螺就开始迅速应用在军用飞机的精密导航上;现在欧美生产的民航客机也已普遍装备这种激光陀螺,用于远程导航和控制飞机姿态的稳定性。在得知美国即将研发成功实用化的激光陀螺仪后,高伯龙教授在钱学森院士的授意下,于1971-1976年开展了我国激光陀螺仪的原理性研究。在查阅大量有关资料和对当时我国的工业水平有了深入了解后,高伯龙教授认为,依照我国当时的工艺水平,如果想仿制出美国的二频机械抖动激光陀螺同类产品,想在十年内有所突破都不可能。只有采用四频差动激光陀螺方案,由于其对工艺难度要求较低,才最有可能实现。

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1978年,他带领团队研制成功四频差动激光陀螺原理样机;1984年根据该理论完成的实验室样机通过鉴定。然而此时据国外公开消息报道,由于研制难度极大,美国霍尼韦尔公司已彻底放弃了同类型激光陀螺的研制,国内对高伯龙教授的激光陀螺能否研制成功产生巨大怀疑。有人提出质疑:“国外有的你们不干,国外干不成的你们反而干?”高伯龙教授认为,“外国有的,先进的,我们要跟踪,将来要有,但并没有说外国没有的我们不许有。”于是一方面引进前苏联研制成功的激光陀螺样机,进行二频机械抖动激光陀螺的国产化研究;另一方面,四频差动激光陀螺的研究也毫不放松。1994年,高伯龙教授负责研制的全内腔四频差动激光陀螺工程样机最终通过鉴定。

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而据后来解密的美国资料报道,四频差动激光陀螺美国最终并没有放弃研制,而是凑齐精兵强将,集美国雷神公司、利顿公司、亚利桑那大学光学研究所等多家单位之力,经过11年艰苦的努力,才于1991年试飞成功,仅比中国早了3年。国防科学技术大学研制的四频差动激光陀螺在取得重大突破后,随后进入到批量生产工艺研制和规模化生产阶段,为增强国防实力做出了重要贡献。更让人振奋的是,我国的四频差动激光陀螺比美国的更为优秀,由于四频差动激光陀螺不存在抖动振动,避免了对加速度计产生的干扰,国外主要将其用在飞机、导弹、无人机、发射运载器、水下无人潜艇,低/高轨道和地球同步轨道上的航天器上,它还可满足B-52、B-2等轰炸机以及洲际弹道导弹的高精度定位要求。

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然而,它的抗过载能力一般不超过20g重力加速度,无法满足大口径火炮的精确定位定向要求。而我国研制的四频差动激光陀螺陀螺在强震动、大冲击环境下依旧能够保持高精度性能,“解放军某部筹建数字化炮兵营时,提出了将激光陀螺应用到某型火炮上的设想。火炮发出阵阵“怒吼”时,加速度计显示的指标瞬间超过量程,但国防科大的激光陀螺装载在近10吨的火炮上,硬是完好无损,经受住了战场环境的考验。我国也成为了迄今为止,世界上唯一一个把平面结构四频差动激光陀螺运用到轮式自行大口径线膛火炮武器装备上的国家”。

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为了进一步扩展激光陀螺的应用范围,消除损耗和温度敏感性等不利因素,满足长时间、高精度的惯导需要(目前激光陀螺大都应用于短时间、高精度的导航领域,无法满足常规潜艇,海军水面舰艇等长时间独立导航需要),高伯龙教授又提出了一种高精度激光陀螺(二代)旋转导航方案,该技术在不过多增加系统成本的情况下从系统角度消除器件误差对导航精度的影响,为提高惯导系统长航时、高精度导航能力提供新的途径。在他的悉心指导下,国内首套使用新型激光陀螺的单轴旋转式惯性导航系统面世。几年后,具有一定工程化的双轴旋转式惯导系统面世,精度国内第一。

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如今,旋转式惯导系统已成为国内惯导界主流。随着该技术的不断进步,高精度激光陀螺旋转导航方案完全有可能替代核潜艇上昂贵复杂的静电陀螺仪导航系统,即使常规AIP潜艇也将具有和核潜艇一样的高精度长时间定位能力。国防科技大学以高伯龙教授为代表的激光陀螺创新团队经过近五十年的艰苦攻关,打破了美、法等国的严密技术封锁,攻克了以超光滑表面的超级抛光与检测技术、极低损耗离子溅射镀膜技术等为代表的大量关键技术和相关的批生产工艺,取得了以四频差动激光陀螺、高精度二频机抖激光陀螺、高精度激光陀螺旋转导航系统等产品为代表的一系列重大突破,已在我国防领域获得了广泛应用,近年来年产值已突破20亿元。

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