1、航天航空儀器,三組吳犇寅,激光測距儀,激光測距儀，是利用激光對目標(biāo)的距離進(jìn)行準(zhǔn)確測定的儀器。激光測距儀在工作時向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計時器測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出從觀測者到目標(biāo)的距離。激光測距儀重量輕、體積小、操作簡單速度快而準(zhǔn)確，其誤差僅為其它光學(xué)測距儀的五分之一到數(shù)百分之一。,激光測距儀原理,利用紅外線測距或激光測距的原理 測距原理基本可以歸結(jié)為測量光往返目標(biāo)所需要時間，然后通

2、過光速c =299792458m/s 和大氣折射系數(shù)n 計算出距離D。由于直接測量時間比較困難，通常是測定連續(xù)波的相位，稱為測相式測距儀。當(dāng)然，也有脈沖式測距儀，典型的是WILD的DI-3000。 需要注意，測相并不是測量紅外或者激光的相位，而是測量調(diào)制在紅外或者激光上面的信號相位。建筑行業(yè)有一種手持式的激光測距儀，用于房屋測量，其工作原理與此相同。2.測物體平面必須與光線垂直通常精密測距需要全反射棱鏡配合，而房屋量測用的測

3、距儀，直接以光滑的墻面反射測量，主要是因為距離比較近，光反射回來的信號強(qiáng)度夠大。與此可以知道，一定要垂直，否則返回信號過于微弱將無法得到精確距離。3.可以測物體平面為漫反射通常也是可以的，實際工程中會采用薄塑料板作為反射面以解決漫反射嚴(yán)重的問題。4.超聲波測距精度比較低，使用比較少。5.激光測距儀精度可達(dá)到1毫米誤差，適合各種高精度測量用途。,激光陀螺儀,現(xiàn)代陀螺儀是一種能夠精確地確定運(yùn)動物體的方位的儀器，它是現(xiàn)代航空，航海，航

4、天和國防工業(yè)中廣泛使用的一種慣性導(dǎo)航儀器，它的發(fā)展對一個國家的工業(yè)，國防和其它高科技的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。傳統(tǒng)的慣性陀螺儀主要是指機(jī)械式的陀螺儀，機(jī)械式的陀螺儀對工藝結(jié)構(gòu)的要求很高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，它的精度受到了很多方面的制約。我國成為繼美法俄后，世界上第四個具備獨立研制激光陀螺能力的國家，為我國打破國際壟斷，在精確打擊武器的導(dǎo)航定位、姿態(tài)測量與控制、精確制導(dǎo)、平臺穩(wěn)定等方面全面趕超世界強(qiáng)國奠定了重要基礎(chǔ)。,激光陀螺及其軍事應(yīng)用,近

5、日，國內(nèi)媒體報道了國防科技大學(xué)激光陀螺創(chuàng)新團(tuán)隊的先進(jìn)事跡。該團(tuán)隊矢志不渝，三代人攻關(guān)43載，終于使我國成為繼美法俄后，世界上第四個具備獨立研制激光陀螺能力的國家，為我國打破國際壟斷，在精確打擊武器的導(dǎo)航定位、姿態(tài)測量與控制、精確制導(dǎo)、平臺穩(wěn)定等方面全面趕超世界強(qiáng)國奠定了重要基礎(chǔ)。不過，小陀螺如何與國防科技聯(lián)系在了一起，激光陀螺是什么，許多人未必了解。,“陀螺原理”及傳統(tǒng)陀螺,先從陀螺說起。許多人小時候一定玩過一種玩具陀螺“冰猴”。腳尖身

6、圓的“冰猴”放在地上，用一根繩子做的鞭子猛抽“冰猴”，“猴身”就能轉(zhuǎn)起來，用鞭子抽得越狠，它就轉(zhuǎn)得越飛快，不會倒下。在日常生活中，我們也發(fā)現(xiàn)：如果一個物體旋轉(zhuǎn)時速度很快，它就會穩(wěn)定地立在一個地點不動，轉(zhuǎn)速足夠快的時候，即使平板傾斜一些，它仍然不會倒，并且轉(zhuǎn)軸始終指向一個固定方向。這就是物體的“定軸特性”?？茖W(xué)家利用“定軸特性”制造出能定向和定位的陀螺儀，通過將陀螺定軸方向與運(yùn)載體的軸心相比對，就能得出運(yùn)載體的正確方向和瞬時位置。而以陀

7、螺儀為核心部件，進(jìn)而組裝出慣性導(dǎo)航系統(tǒng)或制導(dǎo)系統(tǒng)。因此，陀螺是航天、航空、航海裝備及很多武器裝備在作戰(zhàn)中不可缺少的定位和導(dǎo)航裝置。傳統(tǒng)的慣性陀螺主要是指機(jī)電陀螺，但其穩(wěn)定性以及定向與定位精度不夠，不能滿足現(xiàn)代武器精確打擊的要求?？蒲腥藛T一直希望能找到更好的陀螺儀，幫助運(yùn)載體精確定位與定向、穩(wěn)定運(yùn)行，更好地發(fā)揮武器的效能，激光陀螺無疑是一種很好的替代品。,何為激光陀螺?,科技名詞定義：激光陀螺，學(xué)名“環(huán)形激光器”。實際上是一種無質(zhì)量的光

8、學(xué)陀螺儀，利用環(huán)形激光器在慣性空間轉(zhuǎn)動時正反兩束光隨轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生頻率差的效應(yīng)，測定敏感物體相對于慣性空間的角速度或轉(zhuǎn)角，進(jìn)而測定物體方向等。原理：一束光經(jīng)分光器被分成完全相同的兩束光后，進(jìn)入同一環(huán)形光回路，分別沿順時針方向和逆時針方向相向傳播。如果讓光回路繞垂直于自身的軸旋轉(zhuǎn)起來，這兩束光之間會產(chǎn)生相位差，利用光的干涉性能測出相位差，進(jìn)而得出光回路旋轉(zhuǎn)的角速度。如果光回路被制成一個環(huán)形激光器，其中傳播的光就是方向性好、聚束性強(qiáng)、相干性優(yōu)

9、的激光，因此就形成了一個能通過敏感角速度來測定方向與姿態(tài)并具有快速尋北與穩(wěn)定作用的激光陀螺。主要作用：主要用于精確打擊武器的導(dǎo)航定位、姿態(tài)測量與控制、平臺穩(wěn)定，為它們有效完成作戰(zhàn)任務(wù)提供更好的保障。,在軍事上的主要應(yīng)用,首先，激光陀螺用于為各類戰(zhàn)機(jī)和精確打擊武器提供導(dǎo)航和制導(dǎo)所需要的實時航向、速度、高度、姿態(tài)等空間位置信息。使戰(zhàn)機(jī)能可靠飛行和靈活進(jìn)行高速戰(zhàn)術(shù)機(jī)動，并使精確打擊武器的射程和命中精度得到很大提升。同時，它還為機(jī)動發(fā)射的彈道

10、導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈尋北提供方位基準(zhǔn)，使它們能實現(xiàn)快速定向定位，準(zhǔn)確地命中目標(biāo)。　　其次，為艦艇、潛艇和制導(dǎo)魚雷提供航向、航深、航速和位置等基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。使它們不依賴于任何外部信息，就能獨立地進(jìn)行實時導(dǎo)航。　　第三，作為穩(wěn)定調(diào)節(jié)系統(tǒng)的重要組成部分。使坦克、裝甲車等陸地戰(zhàn)車在行進(jìn)中，實時感知車體上仰和下俯等動作，自動將火炮和機(jī)槍等武器穩(wěn)定在原定方向和位置，保證武器瞄準(zhǔn)和射擊時不受車體行進(jìn)過程的影響?！　〉谒模鳛楹教炱髯藨B(tài)和軌道控制系統(tǒng)的重要

11、組成部分，協(xié)助衛(wèi)星保持正確姿態(tài)，使其天線波束始終能對準(zhǔn)地球覆蓋區(qū)，準(zhǔn)確完成對地面轉(zhuǎn)發(fā)和傳播信號以及對地面目標(biāo)的探測。　　第五，用于運(yùn)載火箭的慣性制導(dǎo)系統(tǒng)中。簡化導(dǎo)引和控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小火箭的控制難度，增強(qiáng)火箭的飛行穩(wěn)定性，同時降低火箭的發(fā)射重量，增大火箭的運(yùn)載能力，提高航天器的入軌精度以及機(jī)動性和變軌能力,激光陀螺儀工作原理,陀螺儀基本上就是運(yùn)用物體在高速旋轉(zhuǎn)時，角動量會很大，旋轉(zhuǎn)軸會一直穩(wěn)定指向一個方向的性質(zhì)為依據(jù)，用它來保持一定的

12、方向，制造出來的定向儀器。不過它必需轉(zhuǎn)得夠快，或者慣量夠大（也可以說是角動量要夠大）。不然，只要一個很小的力矩，就會嚴(yán)重影響到它的穩(wěn)定性，所以設(shè)置在飛機(jī)、飛彈中的陀螺儀是靠內(nèi)部所提供的動力，使其保持高速轉(zhuǎn)動的。,1986年,挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)解體，所有的航天飛機(jī)停飛兩年。2003 年，此前剛執(zhí)行過第4 次維修哈勃空間望遠(yuǎn)鏡任務(wù)的哥倫比亞號航天飛機(jī)在返回時失事，所有的航天飛機(jī)再次停飛兩年停飛兩年。,,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡,哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，（Hu

13、bble Space Telescope，縮寫為HST）[1] ，是以天文學(xué)家愛德溫?哈勃為名，在軌道上環(huán)繞著地球的望遠(yuǎn)鏡，它的位置在地球的大氣層之上，因此影像不會受到大氣湍流的擾動，視相度絕佳又沒有大氣散射造成的背景光，還能觀測會被臭氧層吸收的紫外線。它于1990年成功發(fā)射，彌補(bǔ)了地面觀測的不足，幫助天文學(xué)家解決了許多天文學(xué)上的基本問題，使得人類對天文物理有更多的認(rèn)識。是天文史上最重要的儀器之一。2011年11月，借助哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，

14、天文學(xué)家們首次拍攝到圍繞遙遠(yuǎn)黑洞存在的盤狀構(gòu)造。2013年12月，天文學(xué)家利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡在太陽系外發(fā)現(xiàn)5顆行星，它們的大氣層中都有水存在的跡象，是首次能確定性地測量多個系外行星的大氣光譜信號特征與強(qiáng)度，并進(jìn)行比較。,原理,大氣層中的大氣湍流與散射，以及會吸收紫外線的臭氧層，這些因素都限定了地面上望遠(yuǎn)鏡做進(jìn)一步的觀測。太空望遠(yuǎn)鏡的出現(xiàn)使天文學(xué)家成功地擺脫地面條件的限制，并獲得更加清晰與更廣泛波段的觀測圖像。一架蘇聯(lián)A-60機(jī)載激光

15、武器試驗機(jī)上的徽標(biāo)，明確顯示出以激光武器攻擊哈勃空間望遠(yuǎn)鏡的圖像。因而引發(fā)對哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是否單純用于和平用途的爭論，以及反對太空軍事化的抗議。更有陰謀論者進(jìn)一步指出：哈勃空間望遠(yuǎn)鏡初期的“近視”缺陷乃有意為之，直至蘇聯(lián)解體后兩年才加以修正。,光學(xué)系統(tǒng),望遠(yuǎn)鏡的光學(xué)部分是整個儀器的心臟。它采用卡塞格林式反射系統(tǒng)，由兩個雙曲面反射鏡組成，一個是口徑2.4米的主鏡、另一個是裝在主鏡前約4.5米處的副鏡，口徑0.3米。投射到主鏡上的光線首先反

16、射到副鏡上，然后再由副鏡射向主鏡的中心孔，穿過中心孔到達(dá)主鏡的焦面上形成高質(zhì)量的圖像，供各種科學(xué)儀器進(jìn)行精密處理，得出來的數(shù)據(jù)通過中繼衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)回地面。,高速光度計,高速光度計是安裝在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)儀器之一，他被設(shè)計得能夠快速的測量天體的光度變化和偏極性。它可以在紫外線、可見光和近紅外線的波段上，每10微秒測量一次光度。新穎的設(shè)計使它能透過各種濾鏡和孔徑去觀察，卻沒有任何運(yùn)動的機(jī)件。高速光度計是隨著哈勃太空望遠(yuǎn)鏡一起升空的儀器之

17、一，但因為主鏡的光學(xué)問題而未能成功的使用。在1993年12月，第一次的哈勃維護(hù)任務(wù)中，就被為矯正其他儀器的光學(xué)問題的太空望遠(yuǎn)鏡光軸補(bǔ)償校正光學(xué)（COSTAR）替換掉,廣域和行星照相機(jī)（WFPC）,廣域和行星照相機(jī)（WFPC）（發(fā)音如同wiffpick）是安置在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡上的一架照相機(jī)。他是在哈勃發(fā)射時就安裝在上面的儀器之一，但是他的功能因為主鏡的光學(xué)瑕疵而被嚴(yán)重的削弱。而即使在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡有像差的情況下，仍然有一定數(shù)量的發(fā)現(xiàn)。他在

18、明亮天體的觀測上產(chǎn)生可貴且有價值的高解析力圖像。廣域和行星照相機(jī)是由任教于加州理工學(xué)院的行星科學(xué)家詹姆斯 A. 韋士伐提議的，并且在噴射推進(jìn)實驗室的管理下完成設(shè)計和制造。在他提議的年代，1976，CCD（CCD是一種半導(dǎo)體器件，能夠把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 CCD上植入的微小光敏物質(zhì)稱作像素（Pixel）。）幾乎未曾用在天文學(xué)的影像處理上，但是他的高解析力，讓天文學(xué)家強(qiáng)烈的建議應(yīng)該考慮在哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的儀器上使用。廣域和行星照相機(jī)

19、包含了兩架獨立的相機(jī)，每架都有四片德州儀器的800X800畫素CCD，構(gòu)成了相鄰接的視野。廣域照相機(jī)的每個畫素視野為0.1弧秒，在犧牲角解析力的情況下可以對光度微弱的天體進(jìn)行全景觀測。行星照相機(jī)每個畫素的解析力為0.043弧秒，用于高分辨率的觀測。利用一個可以轉(zhuǎn)動45度的四面體的金字塔來選擇使用的相機(jī)。,WFPC2,3,在1993年12月STS-61的維修任務(wù)中，廣域和行星照相機(jī)被新的第二代替換，為了避免混淆，通常WFPC就是第一代的廣

20、域和行星照相機(jī)，新機(jī)稱為WFPC-2。 WFPC-2 是由原先的備用機(jī)改良的，主要是修正了主鏡的像差。WFPC3 使用的是當(dāng)年從哈勃上帶下來的 WFPC 的殼（真會廢物利用啊 ），使用兩個 2048x4096px 的 CCD 在可見光／紫外線波段進(jìn)行觀測，再加上另外的一個紅外線感光器，專司紅外線波段。紅外線感光器是 James Webb 太空望遠(yuǎn)鏡（哈勃的「后繼者」）將使用的設(shè)備的開路先鋒。,黑匣子,什么是黑匣子？黑匣子學(xué)名航空飛行

21、記錄器，是飛機(jī)專用的電子記錄設(shè)備之一。它能把飛機(jī)停止工作或失事墜毀前半小時的語音對話和兩小時的飛行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林尼治時間，還有飛機(jī)系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機(jī)工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來，需要時把所記錄的內(nèi)容解碼，供飛行實驗、事故分析之用。,黑匣子發(fā)展歷程,黑匣子伴隨著飛行安全的迫切需求以及飛機(jī)制造水平的不斷進(jìn)步而快速發(fā)展，一般行業(yè)內(nèi)比較認(rèn)同將黑匣子從誕生到眼下發(fā)展分為四代,第一代（鉑帶記錄

22、器）,第一代黑匣子：誕生于上世紀(jì)50年代初，是在飛機(jī)設(shè)計試飛記錄設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的，其工作原理為通過在金屬箔帶上用針留下劃痕來反映數(shù)據(jù)變化曲線，僅能記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等5個飛行參數(shù)。已淘汰。,第二代（磁帶記錄器）,第二代黑匣子：出現(xiàn)于上世紀(jì)50年代末，其工作原理類似于普通磁帶機(jī)，但在磁帶機(jī)外面加裝了具有抗沖擊、耐火燒等能力的保護(hù)外殼，按照美國聯(lián)邦航空局當(dāng)時頒布的第一個黑匣子標(biāo)準(zhǔn)TSO-C51，要求黑匣子能夠承受10

23、0g（重力加速度）、持續(xù)11ms的沖擊，以及1100℃、30分鐘的火燒。1966年標(biāo)準(zhǔn)更新為TSO-C51a，將抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)提高到1000g，并增加了抗穿透、靜態(tài)擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡等要求。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數(shù)，并同時出現(xiàn)了座艙音頻記錄器。已基本淘汰。,第三代（半導(dǎo)體固態(tài)記錄器）,第三代黑匣子：出現(xiàn)于上世紀(jì)90年代。隨著微電子技術(shù)的突飛猛進(jìn)，黑匣子開始采用半導(dǎo)體存儲器記錄數(shù)據(jù)，隨著對飛機(jī)墜毀時黑匣子破壞情況的不

24、斷深入認(rèn)識，黑匣子的抗墜毀能力標(biāo)準(zhǔn)更新為TSO-C124，抗強(qiáng)沖擊指標(biāo)提高到3400g，1100℃高溫火燒時間提高到60分鐘，耐海水浸泡時間由36小時增加到30天，增加了耐6000米深海壓力要求。1996年，美國聯(lián)邦航空局發(fā)布了TSO-C124a標(biāo)準(zhǔn)，增加了抗260℃、10小時的火燒要求。第三代黑匣子記錄參數(shù)一般在幾百個，功能已從飛行事故調(diào)查，逐漸延伸到日常飛行員監(jiān)控、飛機(jī)故障診斷與維護(hù)。目前部分型號仍在使用。,第四代（增強(qiáng)型半導(dǎo)體固態(tài)