近日，中國(guó)遠(yuǎn)洋運(yùn)輸(集團(tuán))總公司的多用途 散貨船“永盛”號(hào)歷時(shí)55天、航行近2萬(wàn)海里，成功往返北極航道，到達(dá)天津港。中船航海科技有限責(zé)任公司與中遠(yuǎn)(北京)海上設(shè)備有限公司合作研發(fā)的基于極 區(qū)導(dǎo)航技術(shù)的組合光纖羅經(jīng)，伴隨“永盛”號(hào)圓滿完成了北極航線航行。該設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，在“永盛”號(hào)的北極導(dǎo)航方面發(fā)揮了重要作用。
作為我國(guó)船舶通信導(dǎo)航領(lǐng)域重要的科研生產(chǎn)基地之一，中船航海近年來(lái)在研制光纖慣導(dǎo)系統(tǒng)的同時(shí)，也開(kāi)展了光纖陀螺的研發(fā)工作。通過(guò)加大科研投入力度、在內(nèi)部組建專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)、在外部與相關(guān)院校和企業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略合作等方式，目前該公司在光纖陀螺研發(fā)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了較好的開(kāi)局。
高端導(dǎo)航市場(chǎng)暗流涌動(dòng)
從某種角度來(lái)說(shuō)，成全人類向更廣闊空間探索的，是不斷發(fā)展的導(dǎo)航技術(shù)。最初人類用天體作為參照物來(lái)確定方向，之后發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)，便有了指南針。如今，慣性導(dǎo)航技術(shù)更新?lián)Q代的步伐不斷加快，在船用領(lǐng)域，傳統(tǒng)的機(jī)械陀螺開(kāi)始被光學(xué)陀螺替代。
光纖陀螺憑借近幾年蓬勃發(fā)展的勢(shì)頭，被業(yè)內(nèi)視為朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。美國(guó)Draper實(shí)驗(yàn)室預(yù)測(cè)，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(dǎo)航領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。美國(guó)ElectroniCast咨詢公司預(yù)測(cè)，2015年，全球光纖陀螺市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá)到40億美元。
我國(guó)對(duì)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(guó)外相比存在較大差距。但是，經(jīng)過(guò)近些年的追趕，目前國(guó)內(nèi)已出現(xiàn)了多個(gè)光纖陀 螺研發(fā)主體，中船航海就是其中的一個(gè)。在11月3日舉行的第十七屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)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(dǎo)航的優(yōu)勢(shì)在于不需要任何外來(lái)信息，也不對(duì)外輻射任何信息，就能夠全天候、實(shí)時(shí)、連續(xù)、自主和隱蔽地進(jìn)行三維定位及定向。
慣導(dǎo)系統(tǒng)由兩個(gè)核心測(cè)量元件構(gòu)成——輸出載體相對(duì)慣性空間比力的加速度計(jì)和輸出載體相對(duì)慣性空間的絕對(duì)角速度的陀螺。“可以說(shuō)，陀螺是慣導(dǎo)系統(tǒng)中的‘心臟’，直接決定慣導(dǎo)系統(tǒng)的成本。”中船航海慣性導(dǎo)航室副主任劉俊成說(shuō)。
自上世紀(jì)四五十年代以液浮和氣浮陀螺為代表的機(jī)械陀螺問(wèn)世開(kāi)始，傳統(tǒng)的機(jī)械式慣導(dǎo)設(shè)備及系統(tǒng)成為船用導(dǎo)航市場(chǎng)的主流。然而發(fā)展至今，其已經(jīng)到了 一個(gè)“天花板”。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要高精度加工、某些運(yùn)動(dòng)部件易磨損、壽命短、可靠性差、啟動(dòng)慢而且動(dòng)態(tài)范圍窄等缺點(diǎn)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(xué)陀螺。
光纖陀螺具有精度高、壽命長(zhǎng)、功耗低、重量輕、體積小、全固態(tài)的特點(diǎn)，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯。光纖陀螺能夠滿足長(zhǎng)時(shí)間航海導(dǎo)航的需求，使用壽命超過(guò)20年，單軸陀螺功耗小于5瓦，重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于傳統(tǒng)陀螺重量，而且內(nèi)部無(wú)運(yùn)動(dòng)部件，抗振性能好。
相較之下，同屬光學(xué)陀螺范疇的激光陀螺則不占優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榧す馔勇莸纳a(chǎn)工藝復(fù)雜，需要幾千伏的點(diǎn)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(jī)械式慣導(dǎo)系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了不小的沖擊。中船航海副總經(jīng)理張幟介紹，該公司過(guò)去以精密加工機(jī)械陀螺見(jiàn)長(zhǎng)，但隨著市場(chǎng)重心轉(zhuǎn)向光學(xué)陀螺，企業(yè)原有的精密儀器加工優(yōu)勢(shì)難以得到發(fā)揮，開(kāi)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(guó)內(nèi)加快研發(fā)
美國(guó)、歐洲從上世紀(jì)七八十年代便開(kāi)始進(jìn)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(lǐng)先。霍尼韋爾公司截至上世紀(jì)末已生產(chǎn)交付了1萬(wàn)多只用 于商業(yè)飛行器的戰(zhàn)術(shù)級(jí)開(kāi)環(huán)陀螺;另一光纖陀螺生產(chǎn)巨頭——iXBlue公司的光纖陀螺應(yīng)用范圍包括航海、陸地和空間等領(lǐng)域，涵蓋了從戰(zhàn)術(shù)級(jí)到戰(zhàn)略級(jí)的各個(gè) 精度。
由于國(guó)外對(duì)高精度光纖陀螺技術(shù)和產(chǎn)品實(shí)行嚴(yán)格禁運(yùn)政策，而中國(guó)國(guó)內(nèi)應(yīng)用市場(chǎng)需求量又十分巨大，目前國(guó)內(nèi)多個(gè)行業(yè)的企業(yè)都對(duì)光纖陀螺展開(kāi)了研制。
中船航海已在光纖陀螺的研制方面取得了進(jìn)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(jī)，將主要用于光纖慣導(dǎo)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(wù)船。
談及未來(lái)發(fā)展方向，張幟認(rèn)為，在技術(shù)水平上，我國(guó)同國(guó)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(dú)立設(shè)計(jì)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(dǎo)航基礎(chǔ)理論方面進(jìn)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。