近日，中國遠洋運輸(集團)總公司的多用途 散貨船“永盛”號歷時55天、航行近2萬海里，成功往返北極航道，到達天津港。中船航?？萍加邢挢熑喂九c中遠(北京)海上設備有限公司合作研發(fā)的基于極 區(qū)導航技術(shù)的組合光纖羅經(jīng)，伴隨“永盛”號圓滿完成了北極航線航行。該設備運行穩(wěn)定，在“永盛”號的北極導航方面發(fā)揮了重要作用。
作為我國船舶通信導航領域重要的科研生產(chǎn)基地之一，中船航海近年來在研制光纖慣導系統(tǒng)的同時，也開展了光纖陀螺的研發(fā)工作。通過加大科研投入力度、在內(nèi)部組建專業(yè)研發(fā)團隊、在外部與相關院校和企業(yè)進行戰(zhàn)略合作等方式，目前該公司在光纖陀螺研發(fā)領域?qū)崿F(xiàn)了較好的開局。
高端導航市場暗流涌動
從某種角度來說，成全人類向更廣闊空間探索的，是不斷發(fā)展的導航技術(shù)。最初人類用天體作為參照物來確定方向，之后發(fā)現(xiàn)了磁場，便有了指南針。如今，慣性導航技術(shù)更新?lián)Q代的步伐不斷加快，在船用領域，傳統(tǒng)的機械陀螺開始被光學陀螺替代。
光纖陀螺憑借近幾年蓬勃發(fā)展的勢頭，被業(yè)內(nèi)視為朝陽產(chǎn)業(yè)。美國Draper實驗室預測，到2020年，光纖陀螺將全面替代現(xiàn)有其他類型陀螺產(chǎn)品，在專業(yè)導航領域占據(jù)主導地位。美國ElectroniCast咨詢公司預測，2015年，全球光纖陀螺市場的規(guī)模將達到40億美元。
我國對光纖陀螺的研發(fā)起步較晚，尤其在高精度光纖陀螺技術(shù)方面，與國外相比存在較大差距。但是，經(jīng)過近些年的追趕，目前國內(nèi)已出現(xiàn)了多個光纖陀 螺研發(fā)主體，中船航海就是其中的一個。在11月3日舉行的第十七屆中國國際工業(yè)博覽會上，中船航海公司新研發(fā)的光纖羅經(jīng)吸引了眾多眼球。
據(jù)了解，慣性導航的優(yōu)勢在于不需要任何外來信息，也不對外輻射任何信息，就能夠全天候、實時、連續(xù)、自主和隱蔽地進行三維定位及定向。
慣導系統(tǒng)由兩個核心測量元件構(gòu)成——輸出載體相對慣性空間比力的加速度計和輸出載體相對慣性空間的絕對角速度的陀螺。“可以說，陀螺是慣導系統(tǒng)中的‘心臟’，直接決定慣導系統(tǒng)的成本?！敝写胶T性導航室副主任劉俊成說。
自上世紀四五十年代以液浮和氣浮陀螺為代表的機械陀螺問世開始，傳統(tǒng)的機械式慣導設備及系統(tǒng)成為船用導航市場的主流。然而發(fā)展至今，其已經(jīng)到了 一個“天花板”。結(jié)構(gòu)復雜、需要高精度加工、某些運動部件易磨損、壽命短、可靠性差、啟動慢而且動態(tài)范圍窄等缺點使其局限性凸顯。為尋找突破口，科技人員 將目光投向了以激光陀螺和光纖陀螺為代表的光學陀螺。
光纖陀螺具有精度高、壽命長、功耗低、重量輕、體積小、全固態(tài)的特點，技術(shù)優(yōu)勢明顯。光纖陀螺能夠滿足長時間航海導航的需求，使用壽命超過20年，單軸陀螺功耗小于5瓦，重量遠遠小于傳統(tǒng)陀螺重量，而且內(nèi)部無運動部件，抗振性能好。
相較之下，同屬光學陀螺范疇的激光陀螺則不占優(yōu)勢，因為激光陀螺的生產(chǎn)工藝復雜，需要幾千伏的點火電壓，存在“自鎖”現(xiàn)象，還需要定期填充腔體惰性氣體。
陀螺產(chǎn)品的更新?lián)Q代，給傳統(tǒng)機械式慣導系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)帶來了不小的沖擊。中船航海副總經(jīng)理張幟介紹，該公司過去以精密加工機械陀螺見長，但隨著市場重心轉(zhuǎn)向光學陀螺，企業(yè)原有的精密儀器加工優(yōu)勢難以得到發(fā)揮，開始面臨巨大的產(chǎn)品轉(zhuǎn)型和生產(chǎn)線調(diào)整壓力。
技術(shù)壁壘促國內(nèi)加快研發(fā)
美國、歐洲從上世紀七八十年代便開始進行光纖陀螺的研發(fā)，在高精度光纖陀螺技術(shù)方面遙遙領先?；裟犴f爾公司截至上世紀末已生產(chǎn)交付了1萬多只用 于商業(yè)飛行器的戰(zhàn)術(shù)級開環(huán)陀螺;另一光纖陀螺生產(chǎn)巨頭——iXBlue公司的光纖陀螺應用范圍包括航海、陸地和空間等領域，涵蓋了從戰(zhàn)術(shù)級到戰(zhàn)略級的各個 精度。
由于國外對高精度光纖陀螺技術(shù)和產(chǎn)品實行嚴格禁運政策，而中國國內(nèi)應用市場需求量又十分巨大，目前國內(nèi)多個行業(yè)的企業(yè)都對光纖陀螺展開了研制。
中船航海已在光纖陀螺的研制方面取得了進展。目前，該公司規(guī)劃了高、中、低精度檔光纖陀螺和光纖慣性產(chǎn)品，已形成高精度光纖陀螺工程樣機，將主要用于光纖慣導和光纖羅經(jīng)。在光纖慣性產(chǎn)品方面，中船航海已形成SAM001型組合光纖羅經(jīng)，用于高檔商船和公務船。
談及未來發(fā)展方向，張幟認為，在技術(shù)水平上，我國同國外的主要差距在于高精度光纖陀螺的量產(chǎn)能力，以及更高精度的光纖陀螺的獨立設計能力，因此，需要從 高精度光纖陀螺儀制造技術(shù)和光纖陀螺非線性誤差建模、濾波等慣性導航基礎理論方面進行深入研究，并注重系列化光纖產(chǎn)品研制，以便盡早打破歐美的技術(shù)壟斷局 面。