洲際里的慣性傳感器長什么樣？美國民兵III型核制導系統及內部拆解！

洲際彈道是五常重要的國防力量，此前美國、俄羅斯、法國、英國以及我國，均先后試射過一輪洲際彈道。

民兵于 1962 年推出，是美國核威懾力量的重要組成部分。民兵 III 是目前美國的陸基洲際彈道 (ICBM)，共有 400 枚隨時準備發射，分布在五個中部州。該包含一個精確制導系統，能夠將彈頭發射到 13000 公里（8000 英里）外的目標， 精度為 200 米（660英尺）。

下圖顯示了民兵 III （1970 年）的制導系統。該制導系統包含 17000 多個電子和機械部件，價值510000 美元（按當前美元計算約為450萬美元）。制導系統的核心是陀螺穩定平臺，它使用陀螺儀傳感器和加速度計傳感器來測量的方向和加速度。計算機使用平臺的測量值來確定的位置并引導沿其軌跡飛向目標。其他關鍵組件是制導裝置控制器，其中包含用于支持陀螺穩定平臺的電子設備，以及將計算機與其余部分連接的放大器。本文中，仔細研究了2000年代初之前使用的制導系統的組件。

從根本上講，制導計算機會不斷將位置與預期軌跡進行比較，并生成適當的轉向命令以使保持在軌道上。下圖顯示了如何引導發動機噴嘴使圍繞其三個軸旋轉：滾轉、俯仰和偏航。在發射井中，滾轉角（方位角）與目標方向一致。垂直起飛，然后逐漸沿俯仰軸旋轉以向目標傾斜。在飛行過程中，沿所有三個軸的調整可使保持在目標上。民兵 III 有四個火箭級，因此制導計算機會拋棄每個火箭級并按順序點燃下一個火箭級。

穩定平臺

慣性導航的原理是通過不斷測量的加速度來跟蹤的位置。通過對加速度進行積分，可以得到速度。通過對速度進行積分，可以得到位置。慣性導航是獨立的，這對來說是一個很大的優勢，因為敵人無法干擾你的導航。困難的部分是極其精確地測量加速度和角度，因為即使是微小的誤差也會在飛行過程中成倍增加。更詳細地說，民兵的慣性制導是圍繞陀螺穩定平臺構建的，該平臺保持固定方向，平臺安裝在兩個萬向節上。陀螺儀的反饋來驅動三個力矩電機旋轉萬向節，無論如何旋轉，都能使穩定平臺保持相同的方向。

下圖顯示了穩定平臺的組件，其方向與上圖大致相同。穩定平臺上安裝了三個加速度計來測量加速度。加速度計沿三個垂直軸定向，因此每個加速度計沿一個軸測量加速度。（加速度計軸與平臺軸不對齊；這會將加速度（大部分“向上"）分布在加速度計上，從而提高準確性。）兩個對準鏡使穩定平臺能夠與稱為自準直儀的精密設備對準，如下所述。陀螺羅盤利用地球自轉精確確定北方，提供備用對準技術。對準鏡和陀螺羅盤都可以旋轉到精確的角度，最后由解析器解碼報告。

發射時必須在發射井內旋轉，使其與目標對齊，這個角度稱為發射方位角。這個角度必須非常精確，因為即使是微小的角度誤差也會在的飛行過程中被大大放大。對準是一個繁瑣的過程，需要使用北極星來確定北方。由于在發射井內看不到北極星，因此采用了一種復雜的測量技術，使用測量員的經緯儀測量北極星與發射井外三個混凝土之間的角度。在發射井內，可以通過瞄準管看到最近的，從而可以將精確的角度測量結果傳輸到發射井。在發射井內進行多次測量后，將一種稱為自準直儀的特殊裝置精確地定位在所需發射方位角的 90° 處。自準直儀通過側面的窗口發射一束光，光束從穩定平臺上的鏡子上反射回來，然后返回自準直儀。如果返回的光束不平行，自準直儀就會向發送信號，使穩定平臺根據需要旋轉。這個過程的結果是穩定平臺與目標的角度對齊。

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