千年前的这个发明,竟能给火箭导航

发布时间 : 2017-07-25     来源 : 中国运载火箭技术研究院新闻中心

  运载火箭、航天飞行器是现代科学技术的结晶。不过,你或许不知道,中国人千年前发明的指南针,竟然也能给火箭导航。

  中国运载火箭技术研究院(以下简称“火箭院”)研发中心设计人员告诉记者,严格地讲,给火箭、飞行器导航的并不是传统的指南针,而是以指南针所利用的地磁导航原理,研制“电子指南针”,进行导航。

  为什么要用“指南针”给火箭、飞行器导航呢?

  “火箭、飞行器主要采用惯性导航系统,虽能‘自顾自’地工作,不依赖外界的信息,但工作时间越长,导航误差积累越大。所以,对火箭导航进行修正的辅助导航定位手段必不可少,如卫星导航、地形匹配导航、天文导航等。”研发中心设计人员介绍,现有的辅助导航方式各有千秋,也各有弱点。卫星导航精度高、覆盖面广,但信号弱,易受干扰;地形信息既稳定又容易测量,可遇到海面等广袤而又没特征的地形,就“路盲”了;天文导航能提供位置信息和高精度的姿态信息,但也存在着输出信息不连续、星光信号易受气候影响等问题。这时候,“指南针”,即地磁导航的优势就显现出来了。

△资料图:地磁场

  “在地磁场,同一方向上每一点的磁力大小都不一样,磁力大小相同的每一点方向都不同。总之,每一点都是独一无二的。以地磁场为参照,不仅能知道朝哪飞,还能知道飞了多远,获得的信息比地形匹配导航等方式丰富得多。”研发中心设计人员说,“地磁导航不受位置和环境的影响,能够全天候、全地域工作。在工作中,地磁导航采用匹配定位算法,不会随时间的流逝而积累误差;不需要向外界发出电磁信号,从而不会影响火箭、飞行器的隐蔽性、安全性。因此,地磁导航特别适合与惯性导航等系统‘强强联手’,优势互补,实现火箭、飞行器、低轨卫星的导航与自主定轨定姿,减少对地面站的依赖,提高生存能力。即使其它导航方式失效,或地面跟踪测量中断,地磁导航也可作为后备独立系统,延续飞行任务。”

  地磁导航优势明显,而且已经在航空等领域得到了初步应用,但火箭、飞行器应用起来并非易事。首先,必须建立庞大的地磁场数据库,这不仅要开展大量的地面测绘、航空磁测、卫星测量等工作,还要在磁场模型、磁场插值、磁场延拓等方面开展研究。地磁场非常微弱,其随空间位置产生的变化量更微弱,这就需要研制高精度磁传感器。此外,还需设计地磁匹配导航算法等等。“不过,在应用前景的驱动下,这些难题将被逐步攻克。”研发中心设计人员介绍,目前,火箭院研发中心已开始研究地磁导航技术,并取得了一定的进展,为未来的应用打下了基础。

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