汽車在城市中穿行可以靠地標、靠地圖還可以靠衛星導航，那火箭在空中精準飛行靠什么呢？靠大名鼎鼎的——“慣性導航”。那么問題來了，火箭用“慣性導航”，是因為慣性嗎？

“慣性導航”和“慣性”傻傻分不清？

這個問題有請天才的艾薩克·牛頓爵士來為大家講解，這燒腦的東西可基本都是他的功勞。

首先請看我的第一定律，一個物體在沒有受到外力的情況下會繼續保持原來的運動狀態，這就是“慣性”。
注意！這是物體固有的一種屬性，跟你們平時說的“習慣性”不一樣。

慣性導航就復雜些，它是利用慣性傳感器（加速度計和陀螺儀）來測量運動體的加速度和角速度，再計算出其位置、速度和姿態等運動狀態的技術。

“估計你們還沒懂，”牛頓在黑板上寫出了F=ma，“其原理是我的第二定律。其中加速度a是關鍵。它可以決定物體的運動狀態（位置、速度等），可以通過加速度計傳感器測量得出。而要確定三維空間中運動體的狀態，只知道加速度a還不夠，還需要知道角速度。測量角速度的傳感器叫陀螺儀——它的發明源于我對高速旋轉剛體力學問題的研究。”牛頓開始總結：“陀螺儀和加速度計，就是慣性導航的傳感器部分。正因為它們是利用物體的‘慣性’來實現測量的，所以被稱為慣性器件，‘慣性導航’也因此而得名。”掌聲送走牛爵爺~~~

“慣性導航”怎么實現的？

慣性導航技術依靠慣性導航設備（簡稱“慣導”）來實現。常見慣導的核心，是三組正交安裝的陀螺儀和加速度計，用于測量載體在三維空間的角運動和線運動。

此外，慣導內部還有通信、供電、支撐、計算等組部件。加電后，慣導能在初始運動狀態基礎上，不斷測量角速度和加速度，一步一步遞推出各個時刻的姿態、速度和位置。

舉個例子，假設你在走迷宮，并且知道自己在地圖上的位置。

這時給你一個神器——慣導，它就能用加速度計和陀螺儀測量你運動的加速度和角速度，并根據一系列公式推算出你的當前位置和方向，并能隨著你的運動將整個路徑完整算出。

就問你，慣導牛不牛？當火箭要進入太空這個大“迷宮”，慣導神器自然也是要帶上的——它是實現高精度的導航和姿態控制、將載荷精準送入預定軌道的重要保障。

根據任務要求的不同，我們的長征系列運載火箭用到的慣導也有多種類型，有動調陀螺四軸平臺慣導、捷聯式慣導、氣浮陀螺平臺慣導等。它們各具優勢，最終的目的，都是為了讓火箭能夠圓滿完成任務，這里就不一一講解啦~

“慣性導航”江湖地位如何？

在導航界，慣導可以算是元老了，但其江湖地位至今依舊不可動搖。不管是衛星導航還是無線電導航，都需要外界設備的輔助，連天文導航也得看天體的“臉色”，因此它們都有受制于“人”時候。慣導就不一樣了，它不借助其他設備，不受外界干擾，不向外發送信號，主打一個“獨立自主”。同時，它還能連續、全面地輸出導航信息，可謂技能點滿滿。歷經數百年，從液浮陀螺慣導到光學陀螺慣導再到MEMS慣導、原子陀螺慣導，從火箭到飛機、自動駕駛汽車甚至體感游戲機，慣性導航依然在人類生活的方方面面煥發著勃勃生機。

火箭用“慣性導航”，雖然確實“習慣”了，卻也真是因為牛頓說的那個“慣性”。火箭每一次騰躍長空精確入軌，都離不開其中慣性導航設備的默默努力。讓我們為慣性導航這個幕后英雄點贊！

來源: 中國航天科普公眾號

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