慣性導航：遨遊空天的“指路明燈”

    破解未來戰爭精確導航迷霧

    當你在戰場上嫺熟地打開衛星定位終端，試圖尋找基點坐標時，卻無奈地發現此時的衛星導航已被“致盲”。這並不奇怪，因為在未來戰爭中，衛星導航係統是對手首先要摧毀的戰略目標之一。

    慣性導航係統是一種不依賴任何外部資訊、也不向外輻射能量的自主式導航係統，它主要利用慣性敏感元件、基準方向和最初的位置資訊，自主推算物體的各類導航資訊。近年來，由于搭上了鐳射陀螺等戰略前沿技術的“順風車”，慣性導航正迎來自身跨越式發展的“第二春”。其中，捷聯慣導係統是基于慣性測量元件和導航電腦構成的多功能自主式導航係統，具有隱蔽性好、抗幹擾能力強等優點。

    導航係統助你看透戰爭迷霧

    “如何看透山那邊的迷霧”，這是拿破侖在滑鐵盧從心底發出的悲嘆。幾百年滄桑巨變，現代軍事手段雖然能輕易看透山那邊的風景，卻依舊被困在未來戰爭的諸多迷霧之中。慣性導航係統就是看透戰爭迷霧的重要手段之一。

    目前，慣性導航係統可分為平臺慣導和捷聯慣導兩大類。在捷聯慣導大行其道之前，平臺慣導是最早得到應用的導航界“老前輩”，主要將陀螺儀和加速度計安裝在穩定的平臺上，以平臺坐標係為基準，“把脈”物體的運動參數。美中不足的是，平臺式慣導係統多採用機械式穩定平臺，不僅體型碩大、可靠性差，而且維護保養費用昂貴，這大大限制了其在殘酷戰場環境下的生存空間。美國麻省理工學院于1953年投入使用的平臺式慣導係統重量接近1噸，且精度係統不高。上個世紀70年代美國空軍在洲際導彈上安裝的高級慣性基準平臺，係統精度雖有所提高，但“肥胖病”依舊沒有得到有效控制。

    在現代社會，人們使用導航的目的是為了得到物體的實時方位、姿態和速度資訊。捷聯慣導係統直接將慣性敏感元件安裝在待測物體上，具有體積小巧、穩定性高等優勢，可把資訊直接輸送到導航電腦中進行實時姿態解算，精確提供載體的姿態、速度和經緯度等參數資訊。

    在捷聯慣導係統誕生之初，人們就迫不及待地將其作為“阿波羅-13號”登月飛船的應急備份裝置。在服務艙發生爆炸時，該係統成功引導飛船重返地球軌道，此事件成為捷聯慣導係統發展中的裏程碑。如今，捷聯慣導係統已經廣泛運用于航太、航空、航海等軍事領域。隨著技術發展的成熟和相關成本的降低，許多國家已經將其應用領域擴大到交通運輸、海洋開發、大地測量與勘探、機器人控制等諸多行業。

    新型導航實現“千裏點穴”

    捷聯慣導係統是在平臺式慣導係統之上發展而來的一種無框架係統，主要由陀螺儀、加速度計和電腦係統組成。相比平臺式慣導係統，捷聯慣導係統不再需要龐大的機電平臺，只要一枚小小的晶片就足以“掌控”一切姿態數據，是各類飛行器遨遊空天的“指路明燈”。當然，也正因為捷聯慣導在軍事上有如此重要的地位，才受到世界軍事強國的普遍重視。

    早在上世紀50年代，捷聯慣導係統已經在美國獲取技術專利，並在隨後的“阿波羅登月計劃”中大放異彩。到上世紀70年代，隨著鐳射陀螺等一大批新型技術設備的問世，捷聯慣導係統得到快速發展。20世紀80年代以來，太空梭、宇宙飛船、衛星以及各類導彈、戰機和作戰艦艇都開始升級捷聯慣導係統，目前美國的軍用慣導係統捷聯模式佔比已接近90%。

    近年來，隨著微機電技術的進一步升級，捷聯慣導係統正朝著高精度、小型化和數字化方向發展。2016年3月，美國國防部高級研究計劃局微係統技術辦公室開始新一代慣性測量單元研究。此外，美國還在開展多項導航技術研究計劃，目的是讓軍事設施和作戰人員擺脫對衛星導航係統的依賴，利用整合在微型晶片上的陀螺儀、加速度計和原子鐘就能獲得定位授時導航。

    未來，隨著航空航太技術、新型慣導器件以及微型電腦技術的不斷發展和突破，捷聯慣導係統的結構更為簡單，可靠性和精度將會更高。依靠捷聯慣導係統實現“千裏點穴”已不再是癡人説夢。

    強強聯合確保一擊制勝

    隨著各類武器係統逐漸向自主、長航時方向邁進，慣性導航技術的重要性愈加凸顯，不依賴衛星導航係統的自主導航技術、核磁共振陀螺儀、量子導航技術、脈衝星導航技術等陸續成為軍事技術的前沿陣地。目前，中程空空導彈、中遠端地空導彈和各類型反艦導彈都相繼採用捷聯慣導制導模式，並取得重要進展。

    然而，這並不意味著捷聯慣導係統就無懈可擊。慣性元件固有的漂移率會造成導航誤差，且誤差存在隨時間積累而逐漸增大的趨勢，這對于既要長時間飛行又要高精度定位的作戰裝備而言，是致命的缺點。因此，現有的導彈、飛機等武器平臺多採用指令、衛星導航等組合方式對慣導係統進行定時修正，美國的“戰斧”式巡航導彈就採用了衛星導航+慣性導航+地形匹配的“三保險”模式，顯示出“強強聯合”的優勢所在。

    目前，捷聯慣導與衛星導航搭配的組合導航模式成為研究的熱點之一。美國國防部在其公布的“空/海聯合直接攻擊武器”計劃中明確提出了通過給非制導炸彈加裝導航組件，使其成為一種全天候精確進攻武器的技術思路。2015年12月，美國海軍在更換大部分作戰和支援艦船慣性導航係統合同中，進一步增強了其與衛星導航係統的融合程度。美國國防部高級研究計劃局啟動的“自適應導航係統”計劃，通過靈活組合現有的感測器和測量裝置，實現高精度、高可靠性和低成本的組合導航平臺，部署周期也大大縮短。

    未來，以捷聯慣導係統為主、其他導航係統為輔的新型組合導航係統，可彌補單一導航係統在高精度軍事行動中的先天不足，將為確保未來作戰一擊制勝，提供具有良好動態性能和抗幹擾能力的高精度導航。（謝琦　張乃千）