前面兩篇文章提到，衛星導航系統在實際應用中還是存在不可靠因素的，尤其是在軍事衝突中，衛星導航訊號被幹擾甚至導航衛星被摧毀的風險的存在，僅僅依靠衛星導航的武器系統或可帶來戰鬥力的直線下降，本來打擊精度能到米級的導彈武器，一下子成了瞎子成了擺設。
那麼說，有沒有一種導航系統可以完全自主可控且不受外界因素的干擾呢？有，這種導航系統就是慣性導航系統。
提到慣性導航系統，朋友們可能比較陌生，但提到大家玩過的一款玩具——陀螺儀，可能就比較好理解了。
陀螺儀
陀螺儀這個玩具非常有意思。一般說來，日常生活中我們碰到的系統都是靜態容易穩定而動態難穩定，而陀螺儀不走尋常路，屬於靜態不穩定而動態穩定的系統，不轉起來的時候是不穩定的，怎麼立都立不住，一旦轉起來就成了“不倒翁”，怎麼碰都不倒。陀螺儀高速旋轉起來成為“不倒翁”即是陀螺儀的定軸性。
陀螺儀的定軸性指的是陀螺儀高速旋轉起來後，它的空間指向是恆定的。朋友們，記住陀螺儀這個特性，非常重要。因為無論是飛機還是導彈在空中飛行的時候，都需要準確知道自己的飛行方向和飛行姿態，不然想打西太平洋某島國的導彈不小心打到自己家某島上可咋整？而高速旋轉的陀螺儀就是指示飛機或導彈飛行方向和水平姿態的精密儀表。
下面是飛機上常用的陀螺地平儀和航向指示表，他們都是利用了陀螺儀高速旋轉的定軸性來實現水平姿態和航向指示的航空儀表。
陀螺地平儀
航向指示表
看陀螺地平儀，上面是藍天，下面是褐土，飛行員透過刻度線即可知道飛機的飛行姿態，到底是抬頭10度還是低頭20度，左傾5度還是右傾25度，這些引數對於飛機的安全駕駛來說至關重。
當然，上面是早期的陀螺地平儀和航向指示儀，隨著技術的發展，現在飛機上基本上都淘汰掉了，僅有的一些也是作為備份應急儀表來用的。下圖為現代飛機波音777機型駕駛艙圖片，用綜合顯示大螢幕替代了早期的數量眾多的航空儀表。
波音777駕駛艙畫面
慣性導航的原理，說簡單非常簡單，簡單到學了初中物理知識就可以理解。但造一套慣導系統很難，難到全國高校本科生課程不再開設慣性導航專業，只有到了研究生階段才開設，真正體現了在大多數事物上，我們大家普遍眼高手低知易行難的客觀規律。
接下來嘗試著介紹一下慣性導航的原理，不求朋友們全都掌握，知道個大概就行，畢竟隔行如隔山，也不要全都掌握，都掌握了還讓那些個從事這一行的朋友們吃啥飯啊？根據初中物理學知識牛頓第二定律，物體的加速度與施加在物體上的合外力成正比，與物體的質量成反比。F=ma，其中，F為合外力，m為物體質量，a為物體的運動加速度。
我們以固定發射井發射的洲際導彈為例進行慣性導航原理的說明。發射前，洲際導彈的經度緯度高度均為已知量，初始速度為零，只要知道了導彈實時的加速度，根據加速度的一次積分得到運動速度，再次積分得到實時位置的原理，彈上計算機實時解算任意時刻洲際導彈在空間的精確位置，慣導系統的陀螺儀實時給出導彈飛行姿態和航向，透過控制導彈的飛行姿態和航向，按設定的飛行軌跡飛向預先設定的目標。當然，前提是洲際導彈獲取的運動加速度資訊需要分解到經度方向、維度方向和高度方向，而運動加速度分解的準不準主要看陀螺儀的精度水平了。
加速度積分得到速度和位置的原理圖
我們大家都知道，地球24小時自轉一圈360度，大約是每小時轉15度。而現在的高精度陀螺能達到什麼水平呢？可以說，遠超大家的想象。
以美國的民兵三洲際戰略導彈為例進行說明，先看看民兵三戰略導彈的技術引數。
民兵三洲際戰略導彈發射圖
彈長：18.2米
彈徑：1.84米
動力系統：三級固態和液態燃料
發動機最大射程：12500公里
命中精度：圓機率誤差116米
發射方式：發射井發射
制導方式：純慣性制導
各位朋友，大家看到民兵三戰略洲際導彈的制導方式了吧：純慣性制導。所謂純慣性制導，就是導彈的飛行控制用導航系統僅僅依賴慣性導航系統來實現。其上用到的改良型NS-20慣性平衡導引控制系統或N-50全慣性系統，陀螺儀精度達到每小時萬分之一度量級，這個精度比地球自轉角速度要低6個數量級。打個比方吧，相當於用望遠鏡觀察1公里外的鋼尺，需要能分辨出毫米刻度線！這是一個非常震撼且恐怖的精度指標，不要說是在上個世紀七八十年的美國，就是放到現在，這麼高精度的陀螺儀也是鳳毛麟角，實現難度巨大無比。
高精度平臺慣導系統內部結構圖
當然，這麼高精度的陀螺儀構成的慣性制導系統，價格也是非常驚人的。據美國軍方披露的資料，上世紀70年代，一枚民兵三洲際導彈的價格為七千多萬美元，考慮到物價上漲因素，現在一枚怎麼著也得超過1億美元。而慣性制導系統佔全彈的價格大約是20%，即為2000萬美元。誰讓民兵三洲際導彈跟俄羅斯的白楊M洲際導彈和中國的東風41洲際導彈一樣，都是宇宙三大真理呢，一發導彈過去，一個大型城市就沒了，對於一些小國來說，一發入魂國家就沒有了。
既然慣性導航系統對於武器系統來說如此重要，那以美國為首的西方發達國家對中國嚴格禁運跟慣性導航相關的產品和技術就是順理成章的事情了。也不要怪美國對我們國家禁運，就是我們的親密合作夥伴比如俄羅斯對我們也藏著掖著。這個也不難理解，國之重器怎麼能隨便轉讓給別人？事實上，我們也不指望他們，在發展我們國家自己的慣性技術上，還是遵循獨立自主自力更生髮展策略。借用毛主席當年的一句話： “封鎖吧！封鎖它十年八年，中國的一切問題都解決了。” 至今聽來依然讓人熱血沸騰。
提到慣性導航系統的發展歷史，還得要說一下希特勒同學，是希特勒同學第一次將慣性導航技術應用到了V-2火箭上。V-2火箭是納粹德國在第二次世界大戰中佩愉明德研究中心的韋恩赫·馮·布勞恩博士帶領下研製的，本來是希特勒同學被打急眼後復仇的利器，也是世界上最早投入實戰使用的彈道導彈。其採用慣性制導方式制導，給周邊國家例如英國人民帶來了巨大的災難。
二次世界大戰期間德國製造的V-2火箭
V-2火箭對英國人民造成的災難不僅僅是物質層面的，更重要的是精神層面的。要知道，V-2火箭的飛行速度達到4馬赫以上，這個速度即使放到現在的導彈或戰機上也是非常先進的存在，更不要說是在上個世紀40年代！V-2火箭呼嘯著飛向倫敦和曼徹斯特等大城市，英國的雷達防空系統只有瞪眼看的份。不瞪眼也沒用，V-2火箭這麼快的速度，雷達防空系統根本抓不著。英國人索性只能祈禱上帝保佑V-2火箭別長眼。還別說，他們還祈禱對了，受限於當時的陀螺儀精度水平和V-2火箭的低劣的製造水平，V-2火箭的命中精度實在是差強人意，經常偏離目標數公里以上。但偶有瞎貓碰到死耗子的V-2火箭擊中目標，已經足以讓英國人頭大了。據統計，自1944年6月V-2火箭投入實戰後的十個月內，給英國造成了上萬人傷亡，建築物的破壞也相當驚人。
韋恩赫·馮·布勞恩博士
各位朋友，上面提到了韋恩赫·馮·布勞恩博士，這個名字是不是有點熟悉？沒錯，他就是美國火箭技術和空間技術的奠基人之一。他原來給希特勒同學打工，後來怎麼又跳槽到美國去了呢？ 要知道，識時務者為俊傑，在1945年，就在希特勒同學徹底敗亡前，布勞恩和400餘名火箭專家向美軍投誠，後成為美國大名鼎鼎的火箭技術和空間技術頂級專家。蘇聯人緊趕慢趕還是衝進來晚了，知名火箭專家沒撈到，但收穫也不小，繳獲了大量V-2火箭成品和部件，並俘虜了一些非知名火箭專家，要知道，對百廢待興的蘇聯來說，管他專家知名不知名，統統拉回本部，開始著手自己的火箭和空間計劃。
後來美國和蘇聯兩個超級大國開啟了冷戰模式，在太空探索和火箭技術上你追我趕。先是蘇聯的第一顆衛星進入太空，第一位宇航員加加林進入太空，後來美國在阿波羅登月計劃上掰回一局等等。最終的結果朋友們都知道了，還是以布勞恩火箭專家帶領的美國隊戰勝了蘇聯隊，這說明啥？這說明人才是決定競爭成敗的關鍵因素。拉長時間軸看，上下幾千年以來，無論是國內還是國外，影響一個企業、一個團體、一份事業乃至一個國家成敗的關鍵因素還是人。所以各位朋友，時刻惦記著自身增值和用好人才是第一要務。正如《亮劍》電視劇之中李雲龍率領的部隊，啥事都能放下不抓，但有一樣東西什麼時候都抓得很緊，就是擴充隊伍和裝備。簡而言之，有人就有了一切。
既然如此，那我們國家下定決心發展好慣性導航系統不就一勞永逸了嗎，所有的飛機導彈火箭等武器系統，統統裝上慣導系統，反正慣導系統是自主式導航系統，誰也干擾不了它，它也不向外輻射訊號，不用看任何人的臉色行事。各位朋友，要真這麼簡單，我們在武器系統的制導技術上早就稱霸全球了。要知道，慣性導航系統工程實現起來困難重重，要想提高精度絕非一朝一夕三年五載就能完成的任務。我們國家的科研人員前仆後繼一代接一代的起草貪黑追趕了世界先進水平幾十年，目前仍然存在一定的差距。另外，慣性導航系統有一項致命的缺點，這項缺點無論是國內的慣導系統還是國外的，童叟無欺都一樣，就是導航定位誤差隨時間是發散的。
所謂誤差隨時間發散，就是隨著慣導系統工作時間的變長，慣性導航系統的定位誤差是二次曲線增長的。這個也好理解，因為位置是加速度的二次積分，簡單來說，隨著時間的累積，一個小小的加速度誤差造成的位置誤差將會急速增長。假設加速度的測量誤差為0.01m/s/s，公道評價這個精度還是挺高的，僅僅是重力加速度9.8m/ s/s值得千分之一左右，這個精度比我們現在用在手機、無人機、pad等智慧裝置上的慣性感測器——加速度計精度要高多了。我們來看看經過1分鐘，10分鐘，1個小時時位置誤差能大到什麼程度吧，分別是18米，1800米，64800米。當然，實際的慣性導航系統位置誤差估計比這個要麻煩得多，這裡也只是近似說明一下，1個小時的位置誤差可以到60多公里！這個精度的導彈武器系統按純慣性制導飛行10分鐘的話，偏離目標都快2公里了。
因此，靠純慣性導航系統來實現導彈全程制導的話很多時候精度上是欠缺的。精度上不欠缺的慣性導航系統是有，例如可以比肩美國民兵三洲際導彈用的某型超高精度慣導系統，單套產品成本雖然比不上N-50全慣性系統，但也是非常驚人的價格，試問哪款常規導彈武器用得起？前文中提到，衛星導航系統的特點是定位誤差不隨時間累積。自然，將這兩款導航系統的優點結合起來取長補短，豈不是可以實現更高效能的導航系統？
跟戀愛中的情侶一樣，慣導系統和衛導系統系統一見鍾情，迅速進入熱戀狀態。現實中也的確如此。將慣性導航系統與衛星導航系統組合在一起，形成慣性衛星導航系統，該系統比單一系統的效能有了巨大提升，既充分利用了慣性導航系統短期精度好抗干擾能力強的優點，又利用了衛星導航系統定位誤差不隨時間發散的優點，形成了不怕干擾且高精度的慣性衛星組合導航系統。
下面是慣性衛星組合導航系統的實物圖。
慣性衛星組合導航系統
另外，慣性衛星組合導航系統還可以大大減輕對慣性導航系統中核心儀表——陀螺儀和加速度計的精度壓力，往往能降低兩到三個數量級。要知道，陀螺儀和加速度計的價格與精度強相關，要是每小時千分之一度精度的陀螺儀售價幾十萬塊錢的話，每小時一度精度的陀螺儀估計也就是買萬把塊錢而已。這樣，用便宜的低精度陀螺儀和加速度計一樣可以實現組合導航系統的高精度和高效能。
這種好事哪裡找啊，因此，全球範圍內，慣性導航系統與衛星導航系統深度組合幾乎成了組合導航系統的標配。
慣性導航系統與衛星導航系統兩者的結合，充分實現了1+1>2的實用效果，某些情況下可以實現1+1>11的效果。二者深度融合後的結晶——慣性衛星組合導航系統，以其優異的效能和高性價比在各類武器平臺上得到廣泛應用。
當然，2020年，我們自己的北斗衛星導航系統全球組網完成後，毋容置疑，慣性衛星組合導航系統中採用的衛星導航系統肯定是我們自己的北斗衛星導航系統。只有用自己的北斗衛星導航系統，才能舒心+放心。
朋友們，為我們國家的強大自豪吧，我們每一個人屬於這個時代，中華民族偉大復興夢需要我們每一個人的努力！
