近日，一臺邊長達2.5 m的大型激光陀螺儀原型機在湖南建造成功并實現(xiàn)閉環(huán)運轉(zhuǎn)，這是國際上目前投入實用的最先進技術(shù)方案首次在國內(nèi)實現(xiàn)自主試制。據(jù)悉，該原型機由湖南二零八先進科技有限公司（下簡稱“二零八公司”）技術(shù)團隊研發(fā)，填補了我國在大型激光陀螺建造領(lǐng)域的空白，為進一步推進該領(lǐng)域的研究奠定了良好的基礎(chǔ)。

激光陀螺儀——航天航空關(guān)鍵器件，卻被外國長期“卡脖子”

激光陀螺儀是高精度慣性傳感器的一種，主要用于感知物體的角運動，其核心是呈四邊形或三角形的環(huán)形激光器。與加速度傳感器組合制成慣性導航系統(tǒng)后，可以不依賴GPS精確地解算出運動載體在空間中的位置，是航空、航天、航海領(lǐng)域的關(guān)鍵器件之一。由于其在導航制導等軍事領(lǐng)域的巨大價值，激光陀螺儀一直名列各國出口管制清單之上。

目前國際上研究的激光陀螺儀主要分為兩大類，一類是小型的激光陀螺儀，在導航領(lǐng)域應用較為廣泛；一類是大型的激光陀螺儀，具備大科學裝置特征。

小型激光陀螺儀一般邊長在幾厘米至十幾厘米量級，眾多海陸空天武器裝備以及相關(guān)民用領(lǐng)域中均使用了激光陀螺儀作為核心導航部件，最著名的如美軍的F-35、F-22戰(zhàn)機，波音、空客等民用航空器等。目前，小型激光陀螺儀的研究與生產(chǎn)相對成熟，我國在2010年左右就已成為全世界第四個可自主量產(chǎn)小型激光陀螺儀的國家。

大型激光陀螺儀是指邊長在米級以上的陀螺儀，巨大的面積優(yōu)勢賦予其極高的測量靈敏度和精度，其測量精度遠遠超出小型激光陀螺儀，這使其在世界時（UT1）測量、地球物理、大地測量、地震學等領(lǐng)域有著全新的應用。但隨著尺寸增大其研制難度大幅提升，研制過程也需要在小型激光陀螺儀基礎(chǔ)上多花費五至十年甚至更長的時間，同時需要大量經(jīng)費進行支撐。目前僅有新西蘭、德國、美國以及中國的部分科研機構(gòu)進行研究，屬于高精尖的基礎(chǔ)科學裝置。我國在大型激光陀螺儀技術(shù)方案上一直未能獲得突破，相關(guān)領(lǐng)域面臨“卡脖子”困境。

激光陀螺儀

有望實現(xiàn)高精度世界時（UT1）測量，我國大型激光陀螺儀獲重大突破

近年來，隨著衛(wèi)星導航、航空航天等科學領(lǐng)域的不斷發(fā)展，在某些應用中通常需要用到高時間分辨率甚至是實時的UT1參數(shù)。但UT1具有實時變化的特點，是地球定向參數(shù)(EOP，地球在空間的自轉(zhuǎn)角、地極坐標（x、y）、歲差等參數(shù))中最難精確預報的參數(shù)，需要通過連續(xù)不斷地觀測來獲取，其解算的關(guān)鍵在于高精度測量地球參數(shù)——地球自轉(zhuǎn)角速度的瞬時值。大型激光陀螺儀作為一種高精度測量世界時（UT1）的重要技術(shù)，可以提供更加簡潔獨立、實時性更好的手段，不僅在科學、技術(shù)、經(jīng)濟建設(shè)領(lǐng)域有廣泛用途，在國防和航天領(lǐng)域也具有戰(zhàn)略重要性。

在接到國內(nèi)某單位大型激光陀螺儀原型機的研制需求之后，二零八公司的研發(fā)團隊創(chuàng)造性的提出了基于模塊化組裝的大型激光陀螺儀構(gòu)建方案和基于長變焦成像的精密諧振腔準直系統(tǒng)，克服了超大尺寸材料加工和超長光路準直的難題。在經(jīng)費有限的情況下，自主搭建了超潔凈與隔振平臺，在狹小的實驗室內(nèi)盡最大可能先后完成邊長1 m、1.5 m、2 m、2.5 m大型激光陀螺儀原型機的搭建，實現(xiàn)了出光閾值小于1 mA、地速自主出鎖、短時精度保持等初步目標，積累了大型激光陀螺儀的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置、激光模式選擇等多個方面的重要數(shù)據(jù)。

實驗結(jié)果表明，基于模塊化組裝的大型激光陀螺儀構(gòu)建方案完全可以在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)各種邊長大型激光陀螺儀的諧振腔體構(gòu)建，制造成本遠低于國外已有方案，屬于原始創(chuàng)新，該方案及相關(guān)技術(shù)已獲得專利授權(quán)。

目前，二零八公司的技術(shù)方案，已可支持邊長3 m甚至更大尺寸的大型激光陀螺儀建造。

構(gòu)建研究—技術(shù)—產(chǎn)品完整鏈條，布局新一代慣性器件研發(fā)

總的來看，目前大型激光陀螺儀的研究仍需要克服眾多的困難。在過去的近三十年時間里，歐美等國家的研究團隊，先后花費了數(shù)十年的時間建設(shè)這一裝置。大型激光陀螺儀由于體積龐大、靈敏度高，與傳統(tǒng)小體積的激光陀螺相比，其制造方法和誤差機理均有天壤之別，進一步提高系統(tǒng)的性能任重道遠、意義重大。

在“導航戰(zhàn)”概念已經(jīng)提出若干年、美國國防部2021年又提出研發(fā)新的PNT 技術(shù)（Positioning, Navigation, and Timing Technologies）作為 GPS 的補充的大背景下，高端慣性器件作為重要支撐器件之一顯得尤為重要。同時，高精度慣性器件也是未來無人駕駛汽車、無人機、室內(nèi)導航、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的基礎(chǔ)性器件，眾多場景創(chuàng)新都將有賴于其在性價比和產(chǎn)能等方面的進一步提升。