小小陀螺儀是如何為飛機導航的？

高速陀螺有什麼特性

我們都玩過陀螺，它在快速旋轉時不會倒下，這是陀螺一個特性，就是定軸性。根據角動量守恆，陀螺在高速旋轉不受外力時，它的旋轉軸將指向一個方向保持不變。我們的地球也可以算是一個大陀螺，它的軸也是向著北極星的方向基本不變。

陀螺

飛機的慣性導航就是利用陀螺的這個特性，在飛機上安裝三個陀螺，飛機朝不同方向運動，由於陀螺的定軸性，那麼我們就可以利用陀螺測出飛機在繞機身滾轉、上下俯仰和左右偏航三個方向的運動角度。當然了，利用陀螺只能測出角度，還不能實現導航，因此真正的導航還需要有加速計。飛機上也安裝了三個加速計，可以測出飛機在上下、左右、前後的加速度。

飛機慣導裡的陀螺儀和加速計

學過高中物理我們都知道位移求導是速度，再次求導就是加速度，因此我們對加速度一次積分就可以得到速度，二次積分就可以得到位移。這樣我們在各個方位的方向和位移都知道，那麼只要我們給一個飛機初始的位置，就能計算出飛機的實時位置。初始位置都是以經緯度指示，因此每次起飛前飛行員都會校準慣導，輸入出發機場的位置經緯度。我們可以看到飛機的停機位的指示牌上都有經緯度，飛行員就是根據這個校準慣導。

機場機位標牌顯示經緯度

當然了，由於機械陀螺對製造精度要求很高，並且機械陀螺本身精度易受外界因素影響，因此目前飛機上裝備的都是鐳射陀螺儀，它的原理是在閉合光路中，由同一光源發出的沿順時針方向和逆時針方向傳輸的兩束光發生干涉，利用檢測干涉條紋的變化，可以測出閉合光路旋轉角速度，由此就可以計算出飛機的轉動角度。

鐳射陀螺儀

也許有人會說目前的GPS精度已經很高了利用GPS不就可以了嘛。實際中飛機也確實主要利用GPS導航，但是慣性導航是不能不配備的。因為GPS導航畢竟是要靠衛星的，衛星訊號不好或者其它因素會影響導航（銀河號事件）。而慣性導航屬於不依靠外來裝置的導航方式，自己給自己導航，靠人不如靠己，自己才是可靠的。因此像一些導彈、空間探測器等都是配備慣導的。