博伊德的OODA杀伤链理论(observe-orient-decide-act,观察-判断-决策-行动循环)横空出世将世界军事带入大发展时期,千里之外一击命中的精确作战取代了人类无区别面杀伤的粗暴模式,使得战争行为变得更加灵活精巧,从单纯的暴力再次上升为艺术。而要完成OODA杀伤链就必须解决两个最基本的问题,敌人在哪?我在哪儿?前一个问题一般靠雷达、光电等各类传感器解决,而后一个问题解决方案则是导航。
导航技术发展到今天出现了无线电导航,GPS类卫星导航等各种模式,但这些模式信号有盲区,要么易受干扰,因此都无法单独作业,现今所有的导航方式其实都基于一个最基本的核心——陀螺仪,可以说没有陀螺仪,信息化战争的物理基础将毫无疑问的崩塌,其他一切手段都无法弥补。陀螺仪从诞生直径经历了机械陀螺,液浮陀螺,静电陀螺,激光陀螺,光纤陀螺等各种历程。
机械陀螺——古老装置的新生机
中国古老的陀螺游戏与陀螺仪原理相同
陀螺仪顾名思义就是陀螺制成的仪器,在人们眼中,陀螺就是一个绕着定轴不断旋转的刚体,在80后记忆中,小时候都玩过陀螺游戏,一根鞭子围绕在一个锥形的物体上,突然施加一个拉力,使得陀螺快速转动起来,而后不断对其进行抽打,抽打的越厉害,陀螺转的越快,锥体轴线和地面成的角度越趋于垂直。这是陀螺的一个很重要的特性——旋转时的方向稳定性。
利用这个原理,科学家们在陀螺(转子)上安装了两个定子,分别对应垂直和水平方向来固定陀螺仪,但保持很小的摩擦力,使得无论定子被施加的作用力在哪个方向转动时,陀螺仪都不会因为摩擦力受太大影响,而这两个定子平时和物体连在一起,这时当物体无论进行哪个方向的转动时,定子和陀螺仪之间就会形成一个角度,这个角度被测量出来以后就可以作为导航的数据,计算出来当前物理的速度矢量,在时间的积累之下,从而描绘出物理的运动轨迹。这就是最简单的机械陀螺仪。
机械陀螺仪作为早期的导航产品,可以实现基础导航,但定子和转子之间的摩擦力总是存在,陀螺仪和转轴之间也存在摩擦力,且在物体受到震动时,机械陀螺会产生偏移误差,甚至达到20°/h,因此并不适合现代战争,在高级科技武器中已经被淘汰。
典型的机械陀螺仪构造图
液浮陀螺——让陀螺漂起来
机械陀螺的缺点主要是机械结构之间会互相摩擦积累误差,为了解决这一问题,设计者自然想到取消机械结构,一个好的办法就是使用液体将转子浮在上面进行转动,由于液体在重力下的水平性和液力浮力会减少转子转轴对支点的压力,从而减少转动摩擦力,因此其精度大大增高,后来工程师们还利用磁悬浮,气体悬浮等各种方式改进悬浮方式,但原理都比较类似,这种陀螺的精度可以达到0.01°/h,但问题在于陀螺制造要求较高的加工精度、严格的装配、精确的温控,因而成本较高,且在有外力施加加速度的情况下,液体对其响应较大,导致角度偏移出现误差,因此只适用于低速的舰船和潜艇,美军在90年代的这类军事资产都普遍使用,但目前也已经淘汰。
气体悬浮陀螺仪
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