这个拦路虎可以说是伤透了相关专家的脑筋，但是。有挑战就会有动力，一批批杰出的专家投入到了对这个难题的攻关上。1908年。德国科学家安修茨博士设计了一种船用单转子摆式陀螺罗经。1911年，美国的斯博里博士也饿制造出了跟安修茨博士完全不同的用钢丝悬挂的单转子陀螺罗经。这其实就是早期的机械陀螺仪。</p>

到了二战中，希特勒为了挽救其必然失败的命运，发展一批末日武器，比如v2导弹，这种使用硕大的滚珠轴承支撑的机械陀螺赋予了v2攻击数百公里之外目标的能力，当然，该陀螺仪的精度其实有限，导致v2的精度也是相当的难看。</p>

到了1949年，斯伯利公司研发了mk-19型平台罗经。它集罗经和地平仪的功能与一体。把整体结构的陀螺和摆分开，并用电磁控制的方法把两者结合起来。揭开了陀螺仪从机械控制进入电磁控制的时代。</p>

到了五十年代，科学家发现滚珠轴承支撑的机械陀螺怎么做精度都有限，于是另辟蹊径，研发出了浮子陀螺仪。所谓的浮子陀螺仪，其实就是把陀螺仪的机械支撑结构换成了液体或者气体进行支撑。比如说液浮陀螺仪、气浮陀螺仪，不管是液体还是气体，其摩擦力矩无疑比滚珠轴承小得多，自然的精度也就高得多。</p>

打开了思路之后，随着技术的发展，静电悬浮陀螺仪、磁悬浮陀螺仪也纷纷登场，一时间惯性器件迎来了春天。</p>

比如在1950年5月，北美航空公司进行了世界上第一套纯惯性导航系统xn-1的飞行试验。经过适当改进之后，把xn-1更名为n-6惯性导航系统后，安装在了“魟鱼号”核潜艇上进行测试。从珍珠港出发，以水下20节的速度，历时21天，穿越北极极点，潜航8146海里抵达英国波特港。在抵达目的地后，魟鱼号上浮，经过测量定位误差仅仅只有20海里！</p>

这一壮举震惊了世界，让液浮陀螺瞬间走俏。但是，液浮陀螺也不是没有缺点的，其结构相当的复杂，造价更不是一般的高。除了军方能用得起，民用可能性实在太低。</p>

所以，针对液浮陀螺的缺点，新一轮攻关又开始了。到了1965年，费伦蒂公司首先开始研制一种挠性支撑的动力调谐陀螺。这种陀螺结构简单易于制造，造价相对便宜，而且精度也不错。优异的性价比使其被不需要成年累月长时间连续工作的对象广泛使用。</p>

然后出场的就是静电陀螺了，这是用静电来支撑的在真空中高速旋转的转子陀螺。其实1952年就出现了相关的设想，进入六十年代才逐渐实现。这种陀螺仪的精度相当的牛逼。对比一下吧！</p>

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早期的框架陀螺仪（机械陀螺仪）精度量级约为1-10-1度每小时。动调陀螺仪约为5x10-2-5x10-3度每小时。浮子陀螺仪则是10-3-10-4度每小时，静电陀螺仪可高达10-6-10-7度每小时。而到了太空中，在失重和真空环境下，静电陀螺仪的精度还会增长到10-9-10-11度每小时的惊人量级。所以高精度的静电陀螺仪广泛用于卫星、洲际导弹和航天飞行器上。</p>

可能有同志要说了，既然静电陀螺仪这么牛逼，是不是已经是技术最高峰呢？还真不是，因为其精度确实高，但价钱也是水涨船高。而且制造难度相当的大，一般的国家根本玩不起。而且对于一般性的导航来说，也不需要那么高的精度。</p>

所以聪明的人类并没有在陀螺轴承这一条路上走到黑，陀螺的核心就是轴承，而那个轴承也是一切问题的难点，能不能避开它呢？其实是可以的，随后人类发明了没有轴承、没有转子，也就是没有“陀螺”的“陀螺仪”。这些仪器其实严格意义上说应该叫“角运动传感器”，但是“陀螺仪”之前是在是太得人心了，所以大家还是将其称之为“陀螺仪”。</p>

这些新一代“陀螺仪”分为四类：流体陀螺、振动陀螺、光学陀螺和粒子陀螺。其中流体陀螺按照其工作方式分为热对流式和射流式；振动陀螺按照振动原件的不同分为梁式、叉式、圆环式和板式。光学陀螺按照其构造不同分为激光陀螺、光纤陀螺、光机电陀螺；粒子陀螺目前还处于装逼的高大上阶段（研发中）。根据其工作粒子不同暂时分为原子陀螺、离子陀螺和超导（电子）陀螺。</p>

简单的介绍一下骗字数吧（笑，大家也可以用来装逼）。流体陀螺和振动陀螺的原理基于科里奥利效应。科氏效应是物体的惯性在其同时有线运动和角运动时的一种表现，是一种看起来很牛逼、很高大上而实际上很简单的自然现象。</p>

就好比是人站在旋转着的轮盘上，如果原地不动，可能只感受到有个离心力使人向外甩。如果顺着这个力向外侧走动，就会站不稳，觉得要向后倒。这是因为轮盘外缘半径大，它的向前速度就快，人原来在内缘速度慢，到了外缘就会觉得脚下的轮盘速度变快了，人的身体由于有惯性就要向相反的方向倾斜。而这个向后倾斜的惯性力量就叫科氏力。</p>

科氏力的大小与转盘的角速度以及人体沿转盘径向移动的线速度成正比，而流体陀螺和振动陀螺利用科氏效应，通过测量科氏力的大小就可以得到他的转动角速度的具体数值。</p>

光学陀螺和粒子陀螺的工作原理则超越了经典的牛顿力学，光学陀螺是以光的“运动速度保持恒定不变”这种与惯性类似的特征行为作为理论基础。将一束光分为正反相向旋转的两束，并将其旋转轴作为敏感轴构成一个“陀螺”。当陀螺绕敏感轴转动某一角度时，两束光从出发点到汇合点的路程一个变长一个变短，于是其到达的时间也有前有后。这个时间差跟陀螺的转速成正比。</p>

所以测量这个时间差就可以知道陀螺的转速，但是这个时间差不好测，于是人们利用光的波动性（感谢爱因斯坦），把时间差的测量变换为与之等效的光波的相位差来测量。</p>

粒子陀螺与光学陀螺的工作原理类似，也是基于粒子束运动速度守恒这一理论来实现，同时它还依据量子力学波粒二象性（再次感谢爱因斯坦）理论，把粒子束当成波束来考察，再利用前面那一套理论测量其转动角速度。</p>

当然我们并不需要知道这些绕嘴饶舌的理论，我们只需要知道基于这些新理论研发新的“陀螺”可以制造更简单价格更便宜。比如说光学陀螺中的激光陀螺，它没有高速旋转机构，由此带来了寿命长、可靠性高、抗过载能力大的一系列优点。这对于惯性导航来说，真心是福音啊！</p>

当然，在1940年代，说这些还有些遥远，以当年苏联的技术基础和条件，不管是液浮、气浮还是静电浮子陀螺统统搞不定，甚至连早期的滚珠轴承机械陀螺造得都磕磕巴巴。</p>

所以，苏联想要在惯性导航上打开突破口，真的只能另辟蹊径了。为了避开那些加工和技术要求高的机械原件，似乎苏联只能在光学陀螺上想办法。但是光学陀螺的核心实际上是激光器，虽然爱因斯坦早已提出了受激辐射概念，但是怎么实现一直是个问题，而历史上在1960年激光器才真正实现。某仙人现在考虑的是，要不要在学术界装一下逼呢？(未完待续。)</p>