近日在湖南长沙举办的2018年度中国航天基金会奖颁奖大会上，由我国科学家研发的半球谐振陀螺产品获得钱学森杰出贡献奖，并奖励该科学家20万元人民币。据获奖资料称，“为填补国内半球谐振陀螺领域空白、促进整体发展作出重要贡献，研制出的国内首个半球谐振陀螺工程产品，对打破国外技术封锁、推进国家长寿命高可靠航天工程发展有着重大意义，多次以排名第一的身份荣获国防科学技术进步奖一等奖、二等奖，享受国务院政府特殊津贴。”那么，什么是半球谐振陀螺，它与以前的惯导产品有什么优点呢？本文根据国内外公开资料做一背景介绍。

　　所谓陀螺仪，是指在惯性空间测量运动物体旋转角度或角速度的传感器，陀螺仪通常和加速度计一起作为惯性敏感元件，用来测量和计算运动载体的位置、速度、姿态等导航参数。由于其精度高、性能稳定、可靠性好、抗干扰能力强和寿命长等特点而被广泛应用于导弹、航空、航天、航海等领域。例如战略导弹核潜艇一般是作为第二次核反击力量使用。而当战略核潜艇发射潜射洲际导弹时，很可能本土的高精度无线电导航系统，位于太空的本国发射的全球定位导航卫星系统已遭敌方破坏而不能使用，必须完全依靠自身的高精度导航设备。为了保证核潜艇高精度自主快速定位能力，一般采用第三代惯导设备：静电陀螺仪来进行自主导航。据公开资料披露，静电陀螺仪经过30多年的不断发展，目前已成为装备部队的精度最高的惯导设备。

　　然而，静电陀螺仪也有如下不足：体积大、结构复杂、可靠性低、带宽和动态范围窄，并且需要每隔一段时间就要进行校验重调。高精度、长航时、高可靠性、长寿命、抗电磁干扰等将是现在及未来惯导系统的不懈追求，由美国发明的新一代半球谐振陀螺产品则较好的满足了这一需求。半球谐振陀螺是一种没有高速转子和活动支承的振动陀螺，具有精度高、质量小、体积小、启动时间短、高过载（最大可抗达3000g值的重力加速度）的特性，至少可连续工作15年，被誉为最具潜力的下一代陀螺之一。国外半球谐振陀螺的研制主要集中在美国、俄罗斯与法国这3个国家。

　　由于半球谐振陀螺优异性能，20世纪80年代末美国德科（Delco）公司在研制成功后曾计划用其代替海军和空军的液浮陀螺惯导设备，但由于静电陀螺仪比它提早一步研制成功，再加之初期成本又比用于航空部门的激光和光纤陀螺要高，使得半球谐振陀螺市场订单远低于预期，德科公司不得不停止生产该产品，最终而被美国惯导巨头：利顿（Litton）公司所收购。利顿公司敏锐的看出半球谐振陀螺的巨大应用前景，并将其市场应用对象转为对价格不敏感的航天载荷。由于其不怕任何辐射，能抗火箭发射时的剧烈震动，可在极端温度（-40~155℃）下工作，且使用寿命极长，半球谐振陀螺极其适合在太空中使用，并首先应用美国的哈勃太空望远镜中。据公开资料称，目前半球谐振陀螺已在美国的125颗人造卫星上得到成功应用，累计空间飞行超过2000万小时，最高精度零偏稳定性优于0.0005°/小时。

　　目前我国现有卫星中姿态控制系统的敏感单元设计的连续运行时间一般不超过1至2年，对于连续运行8年以上的长寿命卫星均采用了陀螺冗余备份方案来加以解决，这造成了载荷和空间的严重浪费。而对于下一代长寿命卫星而言，其基本要求是能够连续工作8至15年以上，就目前的国内惯性导航系统的水平，已不能满足其要求，这将严重制约我国新一代长寿命卫星的研制和发展。而半球谐振陀螺作为一种长寿命卫星工程的核心敏感技术，目前美欧等西方国家对我国均实行严厉的技术封锁。据公开资料披露，我国研制的长寿命高精度半球谐振陀螺样机，主要技术指标零偏稳定性优于0.005°/小时，设计寿命大于8年，寿命末期可靠度优于0.9，为国内首创，在国际上处于世界先进水平。

　　2012年，“我国实践九号”卫星发射升空，由重庆某公司研制的半球陀螺样机经历10年蛰伏，终于圆了它的“航天梦“。据公开资料披露，经进一步改进后，目前正在进行的应用项目包括XX-1、XX-5等卫星型号的半球谐振陀螺仪研制。已交付多各型号各阶段产品超过50套，形成了航天应用型谱系列产品。除此之外，半球谐振陀螺仪在海军装备上也有着广泛的应用前景。我国海军武器及装备对新一代惯导系统提出了20年甚至更高的免维护要求，虽然我海军已应用静电陀螺技术，但受限于现有陀螺稳定性不高等缺点，尚无法满足新一代海军主战装备对惯导设备高可靠性、长寿命的要求，这将严重制约我国海军武器装备的研制及发展，而半球谐振陀螺仪高精度、高可靠性、长寿命等特点可完全满足此要求。据法国赛峰公司（SAFRAN）最新资料披露，其研制的半球谐振陀螺完全能够达到静电陀螺仪的性能，且最大重调时间至少是其2倍，法国的半球谐振陀螺在海洋领域的成功应用也为我国突破长航时、高可靠性海军惯导系统的瓶颈提供了重要参考。（作者署名：小鹰说科技）

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