國防科大“技術(shù)控”玩轉(zhuǎn)“激光陀螺”

　　如果空天導(dǎo)航衛(wèi)星被損毀，GPS、北斗等導(dǎo)航定位系統(tǒng)會怎樣?

　　答案地球人都知道：“失聯(lián)”。

　　如果一場正在進(jìn)行的激烈戰(zhàn)斗中，衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)“不在服務(wù)區(qū)”，會怎樣?地球人多數(shù)會懵。是的，當(dāng)如果變成了現(xiàn)實(shí)，該咋辦?

　　6月2日，國防科大一群玩“陀螺”的“技術(shù)控”，給出了一個(gè)有意思的答案：當(dāng)衛(wèi)星“不靠譜”時(shí)，還可以靠“牛頓力學(xué)定律”。測量載體在慣性參考系的加速度，將它對時(shí)間積分，再變換到導(dǎo)航坐標(biāo)系，獲得速度、偏航角和位置等信息。以此為原理，可制造出不依賴“衛(wèi)星”的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。

　　“慣導(dǎo)系統(tǒng)有兩個(gè)核心部件，陀螺和加速度計(jì)。我們就是玩‘陀螺’的。”國防科大激光陀螺研究所所長羅暉指著玻璃柜里或四方或三角形，方寸大小的“玩意”，對筆者說。

　　兩張小紙片：空手“套”出方寸“陀螺”

　　1960年，美國推出世界首臺激光器，并著手激光陀螺研制。這一極具軍事應(yīng)用價(jià)值的重大科技信息，被時(shí)任國防科委副主任的錢學(xué)森“瞄”上了。

　　與傳統(tǒng)陀螺比，激光陀螺具備動(dòng)態(tài)范圍大、精度高、瞬時(shí)啟動(dòng)、標(biāo)度因數(shù)極好、耐環(huán)境能力強(qiáng)、可靠性高、壽命長、直接數(shù)字輸出等優(yōu)點(diǎn)，是武器裝備形成精確打擊能力、具備快速反應(yīng)能力、強(qiáng)化突防能力的關(guān)鍵支撐技術(shù)。開展激光陀螺及其應(yīng)用系統(tǒng)研究，對軍隊(duì)新型武器裝備研制及現(xiàn)有武器裝備提質(zhì)改造，提升部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力，其戰(zhàn)略意義不言而喻。但想撿“現(xiàn)成”，搞“山寨”，肯定不現(xiàn)實(shí)。

　　1971年，錢學(xué)森將畫有激光陀螺原理圖和光路圖的兩張小紙片，交給了國防科大。由此，一群國防科大的“技術(shù)控”，開始了長達(dá)45年的玩“陀螺”歷程。

　　“激光陀螺制造原理挺簡單，就是應(yīng)用激光在環(huán)形回路中正、反兩路光線間的頻率差來測量角度。關(guān)鍵是工藝。”譚中奇博士說。

　　譬如，激光陀螺的腔體是一種又硬又脆的特殊材料，在這種硬脆材料上“動(dòng)土”，輕不得也重不得。團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)數(shù)千次實(shí)驗(yàn)，才摸索并制造出適于鉆孔的裝置，在國內(nèi)率先突破超硬脆材料精密機(jī)械加工技術(shù)。

　　超光滑光學(xué)表面加工，關(guān)鍵工藝之一。經(jīng)初步削磨的基片，肉眼看起來光滑。但在精密儀器下，表面全是坑坑洼洼的“溝壑”。“我們要把‘溝壑’磨平。磨得越光滑，后續(xù)鍍膜才越好。”譚中奇說。團(tuán)隊(duì)練出了拿手絕活兒“反射鏡基片超級拋光”技術(shù)，使表面粗糙度甚至優(yōu)于美國當(dāng)前公開報(bào)道的批量生產(chǎn)水平。

　　鍍膜，要最大限度降低光在回路中的損耗、注重鍍膜均勻性、確保膜在長時(shí)間高能電子轟擊下的壽命。團(tuán)隊(duì)在我國率先突破了達(dá)國際先進(jìn)水平的極低損耗離子濺射鍍膜技術(shù)。

　　解決了前端關(guān)鍵工藝，激光陀螺的系統(tǒng)集成“組裝”也絕非易事。“激光陀螺是非常精密的光學(xué)器件，系統(tǒng)集成時(shí)，陀螺光路調(diào)節(jié)，即調(diào)腔，最為關(guān)鍵。腔調(diào)正不正，決定了最終生產(chǎn)出的激光陀螺性能是否合格，能否成為精品。差之毫厘，失之千里。”羅暉說。

　　張斌教授，是掌握手工調(diào)腔技術(shù)為數(shù)不多的專家，但他也一度被調(diào)腔過程中的“藝術(shù)性”要求所困擾。僅依賴“手性”調(diào)腔，太“隨意”。為此，他組團(tuán)攻關(guān)調(diào)腔機(jī)械。在陸續(xù)攻克激光器光斑漂移、調(diào)腔光路變動(dòng)等難題后，團(tuán)隊(duì)研制成了可精確控制的調(diào)腔機(jī)，邁出了從手工調(diào)腔向技術(shù)調(diào)腔的關(guān)鍵一步，也填補(bǔ)了我國無激光陀螺調(diào)腔機(jī)的空白。

　　1994年11月，我國首臺激光陀螺工程化樣機(jī)誕生。中國成為世界上第四個(gè)能獨(dú)立研制激光陀螺的國家，國防科大也成為中國首家具獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)、能全閉環(huán)研制生產(chǎn)激光陀螺的單位。

　　三代繼承人：研制慣導(dǎo)系統(tǒng) 全面投放海陸空天

　　從研發(fā)至今，已過去45年。創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)也歷經(jīng)了三代“掌門人”的更替。他們玩“陀螺”的成績，令人矚目——

　　在國際上首次實(shí)現(xiàn)平面型四頻差動(dòng)激光陀螺的工程應(yīng)用，推翻了美國早年宣布的其無工程應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論;研制出的二頻機(jī)抖激光陀螺已接近美國最高水平，由此帶來的直接經(jīng)濟(jì)效益超數(shù)億元，社會效益更是無法估量;在我國建立起三條激光陀螺生產(chǎn)線，使我國成為世界上第三個(gè)實(shí)現(xiàn)激光陀螺大批量生產(chǎn)的國家。

　　如今，玩轉(zhuǎn)“陀螺”的“技術(shù)控”們，又“不安分”的倒騰起慣導(dǎo)系統(tǒng)的研制。“這是不同于激光陀螺的另一門學(xué)問。硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要緊湊，算法要最優(yōu)，要可進(jìn)行高精度誤差補(bǔ)償，讓陀螺和加速度計(jì)搭檔后，整體作用發(fā)揮到極致。”團(tuán)隊(duì)首席專家龍興武教授說。相比用傳統(tǒng)陀螺制造的慣導(dǎo)系統(tǒng)，這種慣導(dǎo)系統(tǒng)不僅提高數(shù)倍性能，體積還大大縮小。目前，國防科大研制的慣導(dǎo)系統(tǒng)，兩大系列、多型號的激光陀螺，已全面應(yīng)用于我國陸、海、空、天等多領(lǐng)域。

　　“下一步，我們著重與湖南省產(chǎn)業(yè)技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新研究院合作，通過軍民融合方式，在長沙建一條生產(chǎn)規(guī)模最大、產(chǎn)品型譜最全的激光陀螺現(xiàn)代化生產(chǎn)線。屆時(shí)，年經(jīng)濟(jì)效益預(yù)計(jì)可超10億元。同時(shí)，我們還會繼續(xù)加大對激光陀螺高精度和穩(wěn)定性的研究，并進(jìn)一步使它低成本與小型化。”羅暉說。