（3月24日），美“米利厄斯”號導彈驅逐艦未經(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”海基洲際導彈已在弦上。

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，甚至普通機械式高精度陀螺儀技術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，其產生的圓周概率誤差與精度之差存在指數(shù)級關系，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，非常快，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)射質量重達837.5噸，是世界現(xiàn)役火箭中唯一一款一級半構型運載火箭，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，將產生較大震動；

③火箭飛行末段，發(fā)動機關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鍵作用。這也折射出傳感器這一隱形王者的特質——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動時，順、逆時針方向運轉的光將產生與轉動線性相關的光程差。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)旋轉物體的旋轉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的低轉速，引起了慣性技術領域的轟動。

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)機械式依靠轉子高速旋轉的陀螺儀相比，激光陀螺的主要優(yōu)勢在于：沒有轉子活動部件，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年國外某權威慣性技術專家評價說：“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。

“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對我國航天航空和國防軍事事業(yè)的重要意義，這是關系重大的關鍵技術啊！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，各種技術設施、技術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封鎖已經(jīng)開始，無法從外國獲得技術協(xié)助——事實上這一重要技術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鍵理論認識和結論，破譯了錢學森留下的“密碼”。

1976年，在全國激光陀螺學術交流會上，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，仿制美國十年內都不可能成功，因為我國基礎材料科學和工藝技術太落后了，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，這一技術的難度由此可見！

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年推出了全內腔綠光氦氖激光器產品，一年后德國也推出了相關產品。俄羅斯亦曾研制過全內腔綠光氦氖激光器，由于“技術太復雜”，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，但都是外腔式結構，不便在實際使用。雖然之后經(jīng)多個單位努力攻關，但一直沒有實現(xiàn)全內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，一舉研制出全內腔綠光氦氖激光器，其主要技術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“關鍵技術之首”——鍍膜，工藝不過關，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，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精度第一的基于激光陀螺儀的“旋轉式慣性導航系統(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)國家主權和安全的底氣！

致敬所有一線科研人員！吾輩當自強！