（3月24日），美“米利厄斯”號導彈驅(qū)逐艦未經(jīng)中國政府批準，再次非法闖入中國西沙領海，國防部發(fā)聲，將堅決捍衛(wèi)國家主權(quán)和安全！

093型攻擊型核潛艇、094型彈道導彈核潛艇潛伏在蒼茫大海深處；055型導彈驅(qū)逐艦正在南海游曳；各級別護衛(wèi)艦、登陸艦、輔助艦……拱衛(wèi)著我國的藍色領土。

東風–31A、東風–41、東風–5B等洲際彈道導彈隨時候命，巨浪–2”?；揠H導彈已在弦上。

這些都是我國最先進的戰(zhàn)略武器，是我國堅決捍衛(wèi)國家主權(quán)和安全的底氣，國之重器。

然而，要讓它們準確地奔赴戰(zhàn)場，精準地命中目標，準確地打向地球的另一端，都離不開一個巴掌大的傳感器——激光陀螺。

這個傳感器，全球只有四個國家能造出來。為了這個傳感器，我國兩次研發(fā)失敗，錢學森多次囑咐交代，一位院士窮盡一生。

最終，我國用了20年艱苦攻關(guān)才做出樣機，40年迭代磨煉才最終實戰(zhàn)裝備！

這個傳感器，給了敵人最大的威脅，賦予我國核武器最大的威力！

激光陀螺是一種高精度慣性傳感器，嚴格來說是角速度傳感器——常稱為陀螺儀，是根據(jù)近代物理學原理制成的具有陀螺效應的傳感器。

激光于1960 年在世界上首次出現(xiàn)。1962 年，美、英、法、前蘇聯(lián)幾乎同時開始醞釀研制用激光來作為方位測向器，稱之為激光陀螺儀。1970年代，激光陀螺正式用于指導武器上。

隨后，激光陀螺成為現(xiàn)代慣性導航系統(tǒng)的核心部件，是一個國家工業(yè)、國防、高科技實力的重要體現(xiàn)。

目前全世界能夠做出高精度激光陀螺的國家不超過4個——美、俄、法、中——我國是世界上第四個自主研發(fā)出激光陀螺的國家，這個數(shù)字遠小于五常國家和擁核國家的數(shù)量！

激光陀螺有多重要？

印度“布朗導彈”的根本原因

激光陀螺的實力基本是各國航天、航空、導彈實力的體現(xiàn)！

我們的鄰國印度，號稱世界軍力前五，早已宣稱要登月，探索火星，但其航天設備常常在發(fā)射過程中，出現(xiàn)偏離軌道、不能正確著陸等情況，其自研導彈發(fā)射也時常出現(xiàn)“布朗運動”，受世界人民矚目。

其根本原因就是印度沒有掌握高精度的激光陀螺技術(shù)，甚至普通機械式高精度陀螺儀技術(shù)是否完全掌握也成疑。印度的激光陀螺采購自俄羅斯。

“東風快遞，使命必達”的關(guān)鍵

我們知道，洲際彈道導彈是一個國家核打擊力量的重要依靠，是一國之重器。

東風-41型導彈是目前我國射程最遠、攜帶彈頭最多、威力最強的洲際彈道導彈。其射程為12000～15000千米，最多可配備10枚核彈頭，飛行速度25馬赫，圓周概率誤差為100～200米。該型導彈采用分導式多彈頭，西方目前的技術(shù)是無法攔截的。

有沒有想過，在無人干預的情況下，我們的東風快遞怎么準確送到敵人家？要飛行12000公里，而圓周概率誤差僅為100~200米！

衛(wèi)星導航？顯然不行，再先進的衛(wèi)星導航都會被干擾，甚至關(guān)鍵時刻，北斗衛(wèi)星都被打下來了，怎么導航？只能靠導彈自己的慣性導航系統(tǒng)！

現(xiàn)代武器的慣性導航系統(tǒng)是非常復雜且高度保密的設備，我們無從知道東風導彈的慣性導航系統(tǒng)如何，但任何一種慣導系統(tǒng)都嚴重依賴高精密的加速度計和陀螺儀進行瞬時速度和方位角計算，以此來調(diào)整自身飛行方向。陀螺儀（角速度傳感器）感知上下前后各個空間的方位，因此成為最核心的設備。

根據(jù)數(shù)學知識，因為地球是圓的，導彈要在大氣層中飛行上萬公里到達目的地，其產(chǎn)生的圓周概率誤差與精度之差存在指數(shù)級關(guān)系，用成語來說就是：失之毫厘謬以千里。

導彈在飛行過程中，需要靠陀螺儀邊飛行邊修正，才能準確到達目的地。同時，現(xiàn)在導彈都是以數(shù)倍音速的速度飛行，非?？?，因此要求陀螺儀的修正數(shù)據(jù)要快，要及時，每秒修正幾十次，甚至上百次，才能正確到達目的地。

導彈不可怕，可怕的是長有“眼睛”的導彈。所以高精度的陀螺儀是擁核大國的不傳之秘，目前這種陀螺儀就是激光陀螺。

長征火箭、太空站都要靠激光陀螺

2020年5月長征五號B運載火箭在文昌成功首飛，拉開了我國空間站建設大幕，這才有了我國轟轟烈烈的天宮空間站建造行動。

長征五號B遙一運載火箭是我國服務載人登月用途的新一代火箭，也即是有了這個火箭，中國才有了建設空間站，載人登月的底氣。

長征五號B火箭發(fā)射質(zhì)量重達837.5噸，是世界現(xiàn)役火箭中唯一一款一級半構(gòu)型運載火箭，名副其實的“大胖子”。而在進入軌道運行中，卻要求這個胖子有拿繡花針刺繡的控制度。長征五號B火箭在飛行中準確入軌存在幾大困難：

①飛行過程中需要分離一對高達20.5米相當于6層樓房高度的超大尺寸整流罩，其產(chǎn)生的震動對飛行軌道偏離有很大影響；

②船箭分離， 火箭芯級與二十余噸的飛船分離，將產(chǎn)生較大震動；

③火箭飛行末段，發(fā)動機關(guān)機剎車對速度的控制要求極為精細。

如何修正各種震動帶來的影響，讓火箭能夠正確進入預定軌道？只能通過基于激光陀螺儀的慣性導航系統(tǒng)，對飛行姿態(tài)不斷進修修正。同時結(jié)合衛(wèi)星導航、攝動和迭代的接力式制導方案，使火箭可以精確感知自身姿態(tài)、實際飛行彈道、速度等信息，讓箭載計算機做出正確決策。

無論是洲際彈道導彈，還是載人航天的實現(xiàn)，激光陀螺在其中都扮演這關(guān)鍵作用。這也折射出傳感器這一隱形王者的特質(zhì)——東西雖小，作用巨大，沒它不行！

為什么是激光陀螺？

我們知道，陀螺儀（角速度傳感器）有許多種：滾珠軸承自由陀螺儀、液浮陀螺儀、靜電陀螺儀、撓性陀螺儀、MEMS陀螺儀、光纖陀螺等，為什么激光陀螺這么被各國看重？

我們先來看看激光陀螺的工作原理，其基于薩格奈克(Sagnac)效應，當環(huán)形激光器相對于慣性空間轉(zhuǎn)動時，順、逆時針方向運轉(zhuǎn)的光將產(chǎn)生與轉(zhuǎn)動線性相關(guān)的光程差。依據(jù)對環(huán)形激光器輸出光相位的實時檢測，獲得物體相對于慣性空間的轉(zhuǎn)動角速率。因此，激光陀螺有時也叫做環(huán)形激光陀螺。

可以看到，激光陀螺的工作原理區(qū)別于傳統(tǒng)的機械式陀螺儀，而傳統(tǒng)機械式陀螺儀是根據(jù)旋轉(zhuǎn)物體的旋轉(zhuǎn)軸所指的方向受外力影響時的變化來制作，激光陀螺是一種特色鮮明的角速率傳感器。

1960年世界上第一個寶石激光器誕生。1963年，美國Sperry公司首次報道了激光陀螺原理試驗，利用邊長1 m的正方形閉合光路首次測得50o/h的低轉(zhuǎn)速，引起了慣性技術(shù)領域的轟動。

之后，美國、前蘇聯(lián)、法國等軍事大國，看到了激光陀螺在航天航空、國防軍事領域的巨大前景，紛紛跟進研究。1964年，世界各國有幾十家研究機構(gòu)相繼開展了激光陀螺研究，轟轟烈烈的激光陀螺熱潮涌起，隨后各種激光陀螺相繼出現(xiàn)，技術(shù)不斷進步、性能不斷提高。

1970年代末，美國正式將激光陀螺列裝到現(xiàn)役武器中，1991年，海灣戰(zhàn)爭中，美國“戰(zhàn)斧”導彈一戰(zhàn)成名，世人矚目，其慣導系統(tǒng)核心部件就是激光陀螺。同時，美國也將空中轟炸堡壘——B-52轟炸機等導航系統(tǒng)更新為環(huán)形激光陀螺系統(tǒng)，激光陀螺重要性可見一斑。

與傳統(tǒng)機械式依靠轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的陀螺儀相比，激光陀螺的主要優(yōu)勢在于：沒有轉(zhuǎn)子活動部件，受震動、沖擊等影響小，精度高、長期精度穩(wěn)定性好、測試重復性極好、壽命長。

同時，與一樣是光學陀螺儀的光纖陀螺相比，激光陀螺的標度因數(shù)非常穩(wěn)定，且動態(tài)特性好。

總之，到目前為止，雖然各種新型陀螺儀不斷出現(xiàn)，但是還沒有出現(xiàn)一種在實際環(huán)境下綜合性價比、環(huán)境適應性能和激光陀螺媲美的慣性傳感器！

2010年國外某權(quán)威慣性技術(shù)專家評價說：“對標度因數(shù)穩(wěn)定性要求極高的中等精度應用中，零鎖區(qū)激光陀螺應是首選”。

因此，激光陀螺在各種陀螺儀中脫穎而出，成為各個大國爭先投入巨資研發(fā)的重要傳感器技術(shù)。

“背心院士”——中國激光陀螺背后的男人

在1960年代，國際主要軍事強國掀起激光陀螺研究熱潮的時候，我國就已跟進該項研究，然而因為基礎落后，當時我國已經(jīng)兩次受挫——研發(fā)失敗。

時任國防科工委副主任的錢學森看到了激光陀螺這項傳感器技術(shù)對我國航天航空和國防軍事事業(yè)的重要意義，這是關(guān)系重大的關(guān)鍵技術(shù)??！錢學森不甘心放棄。

1971年，錢學森將用兩張用英文書寫著公式的照片，交給了國防科技大學的前身——長沙工學院，將這一國之重器的研發(fā)希望寄托在了這里。而這兩張照片，就是當時中國對于激光陀螺的全部資料。

在錢學森的指導下，國防科技大學成立激光教研室，開始了艱難的探索之路。同期，我國有十多家單位開展這項研究，最后絕大多數(shù)都因基礎工藝過不了關(guān)而放棄。

此時，中國對激光陀螺的所有資料只有這兩張照片，沒有任何實物。而且中國當時的經(jīng)濟條件落后，各種技術(shù)設施、技術(shù)手段都是各大國墊底的存在。加上彼時西方國家對中國的技術(shù)封鎖已經(jīng)開始，無法從外國獲得技術(shù)協(xié)助——事實上這一重要技術(shù)任何國家也不會輕易外露。

在此環(huán)境下，根據(jù)兩頁紙造出激光陀螺，無異于讓一個從未見過火箭的人拿著錘子造個火箭出來。

這時候，天選之子出現(xiàn)了，他就是中國激光陀螺奠基人、中國工程院院士高伯龍，外號“背心院士”。

1975年，全國撤銷基礎課部，高伯龍離開講臺，被304激光教研室“收容”，我們上文說過，該室主要就是搞激光陀螺研究的。

從此高伯龍跟激光陀螺耗上了，接下來用了40載歲月，一舉推動我國激光陀螺事業(yè)發(fā)展，與美國縮小了20年差距。

高伯龍數(shù)理功底深厚，通過大量計算，結(jié)合實驗對激光陀螺進行了深入理論研究，竟被他從兩張紙里反推出激光陀螺的若干關(guān)鍵理論認識和結(jié)論，破譯了錢學森留下的“密碼”。

1976年，在全國激光陀螺學術(shù)交流會上，進入該領域不到一年的高伯龍一鳴驚人——提出了我國獨有、完全沒有任何成功經(jīng)驗可借鑒的四頻差動陀螺研制方案，并認為，仿制美國十年內(nèi)都不可能成功，因為我國基礎材料科學和工藝技術(shù)太落后了，只有四頻差動陀螺因為降低了工藝難度，因此更容易實現(xiàn)。

▲激光陀螺技術(shù)分類

在高伯龍院士的帶領下，國防科技大學激光陀螺研究團隊歷經(jīng)20載歲月，終于在1994年11月，造出我國第一臺激光陀螺工程化樣機，并通過國家專家團隊驗收，讓我國繼美俄法后，成為世界上第四個能夠獨立研制激光陀螺的國家。

而這一局面，到今天依然如此，中國之后再無聽說國際上有其他國家獨立掌握激光陀螺技術(shù)，這一技術(shù)的難度由此可見！

根據(jù)人民網(wǎng)報道描述：

美國經(jīng)過二十多年的研究，將激光陀螺的鍍膜技術(shù)推廣到多色氦氖激光器的反射鏡制備，終于在1985年推出了全內(nèi)腔綠光氦氖激光器產(chǎn)品，一年后德國也推出了相關(guān)產(chǎn)品。俄羅斯亦曾研制過全內(nèi)腔綠光氦氖激光器，由于“技術(shù)太復雜”，沒有成功。我國多家單位在1987年也實現(xiàn)綠光氦氖激光振蕩，但都是外腔式結(jié)構(gòu)，不便在實際使用。雖然之后經(jīng)多個單位努力攻關(guān)，但一直沒有實現(xiàn)全內(nèi)腔氦氖激光器的綠光輸出，更談不上商品化。 在1994年，激光陀螺反射膜的攻關(guān)取得重大突破，在積累相當?shù)墓に嚱?jīng)驗后，立即用相同的鍍膜工藝，按理論設計方案制備極低損耗的綠光反射鏡，一舉研制出全內(nèi)腔綠光氦氖激光器，其主要技術(shù)指標達到國際先進水平，使我國成為繼美、德之后第三個擁有這種高性能激光器制造技術(shù)的國家。

沒有地方，高伯龍院士帶隊親自改造校園里的廢棄食堂作為實驗室；制造激光陀螺的“關(guān)鍵技術(shù)之首”——鍍膜，工藝不過關(guān)，高伯龍帶頭改進設備，造高精度的反射率透射率測量儀；夏天沒有空調(diào)，甚至連風扇都沒有，工作室密封，高伯龍帶領團隊穿著背心就在這個“大悶罐”里干活……

失敗、重來，失敗，重來……用二十載歲月去研究一個東西，其中的挫折艱難，遠不是短短數(shù)百字所能表達。然而高伯龍院士團隊做到了，中國做到了！

之后，高伯龍院士團隊又用了將近10年時間，力排眾議研制出國內(nèi)精度第一的基于激光陀螺儀的“旋轉(zhuǎn)式慣性導航系統(tǒng)”，并大規(guī)模應用于現(xiàn)役武器系統(tǒng)，逐漸發(fā)展出今天航天、航空和國防科技系統(tǒng)中的激光陀螺應用體系，這才有了今天我國航空、航天事業(yè)百花齊放的局面！

結(jié)語

從激光陀螺上面，我們可以看到傳感器對于現(xiàn)代工業(yè)和科技的重要性，為了這個不起眼的傳感器，世界上主要軍事強國均投入二三十年時間，無數(shù)科研人員去研究。而因為這個傳感器，全世界的慣性導航系統(tǒng)有了巨大的飛躍。

中國今天在航空航天等科技領域的快速發(fā)展，決不是一朝一夕的功夫，背后是許許多多科研人員，如高伯龍院士一樣，數(shù)十年如一日的汗水。

我國在傳感器等關(guān)系國際民生的重大科技上，做到自立自強、自給自足，是我國國防不受敵人威脅的底氣，是我國堅決捍衛(wèi)國家主權(quán)和安全的底氣！

致敬所有一線科研人員！吾輩當自強！