汽车在城市中穿行，可以依靠地标、地图，还可以依靠卫星来导航，那火箭在空中精准飞行依靠什么呢？答案就是大名鼎鼎的惯性导航。那么问题来了，火箭用惯性导航，是因为惯性吗？

“惯性导航”和“惯性”傻傻分不清？首先我们来了解一下什么是惯性。牛顿第一定律指出，一个物体在没有受到外力的情况下，会继续保持原来的运动状态，这就是惯性。

惯性导航就复杂些，它是利用惯性传感器（加速度计和陀螺仪）来测量运动体的加速度和角速度，再计算出其位置、速度和姿态等运动状态的技术。

在牛顿第二定律F=ma中，加速度a是关键，它可以决定物体的运动状态，包括位置、速度等，这些可以通过加速度计传感器测量得出。而人们要想确定三维空间中运动体的状态，只知道加速度a还不够，还需要知道运动体的角速度。测量角速度的传感器叫陀螺仪，它的发明源于牛顿对高速旋转刚体力学问题的研究。

惯性导航帮助火箭精准飞行。

陀螺仪和加速度计，就是惯性导航的传感器部分。正因为它们是利用物体的惯性来实现测量的，所以被称为惯性器件，惯性导航也因此得名。

那么，惯性导航是怎么实现的呢？

惯性导航技术依靠惯性导航设备（简称“惯导”）来实现。常见惯导的核心，是三组正交安装的陀螺仪和加速度计，用于测量载体在三维空间的角运动和线运动。此外，惯导内部还有通信、供电、支撑、计算等组部件。

加电后，惯导能够在初始运动状态基础上，不断测量运动体的角速度和加速度，一步一步递推出运动体在各个时刻的姿态、速度和位置。

举个例子，假设你在走迷宫，并且知道自己在地图上的位置。这时给你一个神器——惯导，它就能通过加速度计和陀螺仪测量出你在运动时的加速度和角速度，然后根据一系列公式推算出你的当前位置和方向，还能随着你的运动将整个路径完整算出。就问你，惯导牛不牛？

火箭要想在空中精准飞行，也是类似的道理。当火箭要进入太空这个大迷宫时，惯导神器自然也是要带上的，它是实现高精度的导航和姿态控制、将载荷精准送入预定轨道的重要保障。根据任务要求的不同，长征系列运载火箭用到的惯导有多种类型，有动调陀螺四轴平台惯导、捷联式惯导、气浮陀螺平台惯导等。它们各具优势，最终目的都是为了让火箭能够圆满完成任务。

在导航界，惯导可以算是元老了，但其江湖地位至今依旧不可动摇。不管是卫星导航还是无线电导航，都需要外界设备的辅助，连天文导航也得看天体的“脸色”，因此它们都有受制于“人”时候。

惯导就不一样了，它不借助其他设备，不受外界干扰，不向外界发送信号，主打独立自主。同时，它还能连续、全面地输出导航信息，可谓技能点满满。

历经数百年，从液浮陀螺惯导到光学陀螺惯导再到MEMS惯导、原子陀螺惯导，从火箭到飞机、自动驾驶汽车甚至体感游戏机，惯性导航依然在人类生活的方方面面焕发着勃勃生机。

火箭用惯性导航，虽然确实“习惯”了，却也真是因为牛顿所说的“惯性”。火箭每一次腾跃长空精确入轨，都离不开其中惯性导航设备的默默努力。让我们为惯性导航这个幕后英雄点赞！

来源/《中国航天报·飞天科普周刊》

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