由“潘興Ⅱ”到反艦彈道導彈（二）

作者：由思考發表于遊戲時間：2019-11-11

4，人類用幾千年學會找“北”

陀螺儀的作用和指南針有點類似。指南針是人類最早使用的用以辨別方向的工具。想象天空陰鬱，我們航行在茫茫大海上或是行走在沙漠中，視野空曠，我們能辨別方向嗎？

人類花了幾千年時間學會找到“北”。

從幼兒園開始，老師就告訴我們用指南針就可以辨別方向，在幾千年前古人就是這麼做的。人們根據羅盤的讀數和船行速度、時間計算出在某一方向上航行的路程，不斷畫下去跟蹤確定自己的位置。

土耳其海軍209型潛艇之訓練剪影

不過，僅有指南針還不足以涉足深海。輪船出發以後，根據羅盤的讀數和船行速度，只能推算出船位，如果沒有陸地或島嶼作為參照物修偏，就會出現偏差，要命的是這個偏差後期還不能修復，隨著時間不斷積累，越偏越大。所以儘管司南早在兩千多年前的春秋戰國就已經發明，甚至還有記載皇帝戰蚩尤時候就用過司南，但是直到近代人類才涉足深海大洋。

要想矯正修復地理位置，除了靠海島等地理標誌以外，還得觀天象。鄭和下西洋就是綜合利用指南針和星象導航（牽星術）。但是牽星術和司南確定位置都存在較大誤差，鄭和的航線仍然離海岸線不遠。

因此在很長一段時間內，人們只能透過觀察星星來確定行進的道路（後來的慣性導航也是基於同樣的想法，只是不用看星星了而已）。即便中世紀商人的航線遍佈地中海、北海和波羅的海，他們卻從不讓岸上的山脈在他們的視野裡消失超過幾天。商隊在航海時還會帶著鴿子，如果他們在大海里迷失了方向，他們就放飛鴿子，而鴿子能夠飛出抵達陸地的最近的路線。商船跟著鴿子飛走的方向，直至看到陸地上的山峰。到了1730年戈弗雷和約翰·哈德利發明了六分儀，如果你經常看海盜劇，肯定對它不陌生。

六分儀是一種光學儀器，可以測量遠方兩個目標之間的夾角——最常用的是測量天體與海（地）平線或天體與天體之間的夾角

測出夾角，再查得當天太陽直射點的緯度，就能確定觀測者所在的緯度。這對航海有重大意義。自18世紀面世以來，六分儀一直是重要的定位和導航工具。六分儀是繼“牽星術”後的第二種星光導航技術

直至上世紀，U-2高空偵察機上還裝有一臺六分儀（與偏航觀測器視野光學耦合）。不論是指南針還是六分儀，其作用就是協助領航員確定參考方向。時間進入19世紀中葉，另一種確定方向的工具也被髮明，這就是陀螺儀。

5，傅科擺

說來陀螺儀的發明和人類對地球自轉的探索緊密相連。實際上，地球本身就是個巨大的陀螺。

1851年，傅科進行了著名的傅科擺實驗。他選用直徑為30釐米、重28千克的擺錘，擺長為67米，將它懸掛在巴黎萬神殿圓屋頂的中央，使它可以在任何方向自由擺動。

這種擺慣性和動量大，因而基本不受地球自轉影響而自行擺動，並且擺動時間很長。在擺的下面放有直徑6米的沙盤和啟動栓。如果地球沒有自轉，則擺的振動面將保持不變；如果地球在不停地自轉，則擺的振動面在地球上的人看來將發生轉動。

實驗當天，成千上萬人來觀看這一奇妙的實驗。隨著時間一分一秒地流逝，人們發現了奇蹟，那就是擺在悄悄地發生著“移動”，並且是沿順時針方向發生旋轉。有的人在擺動開始時，明明看到擺球運動到自己眼前，又蕩了回去，可經過一段時間之後，擺球竟離自己越來越遠

當人們親眼看到擺每振動一次（週期為16。5秒），擺尖在沙盤邊沿畫出的路線移動約3毫米，每小時偏轉11°20'；（即31小時47分回到原處）時，許多教徒目瞪口呆。有人甚至在久久凝視以後說：“確實覺得自己腳底下的地球在轉動！”

由於傅科的實驗直接驗證了地球自轉，因此被授予榮譽騎士五級勳章。在研究地球自轉的基礎上，傅科又發現了地球自轉的天大秘密。1852年1月24日，傅科試製成功世界上第一臺陀螺儀——也就是現代航空、軍事領域使用的慣性制導裝置的前身。說起陀螺儀，那絕對是機械領域的另類：陀螺儀轉動起來的神奇力量讓它違背自然定律：

無人機的自穩定

自平衡車

防抖控制桿

4，陀螺儀

實際上地球就是個陀螺儀，或者說陀螺儀就是傅科由地球自轉得到啟發研製的。

地球在黃道面內旋轉，永遠指向北極星方向

基於地球自轉的研究，1852年1月24日，傅科試製成功世界上第一臺陀螺儀。

1852年，傅科利用高速旋轉剛體的空間穩定性，設計了一個儀表裝置，並按“轉動”和“觀察”的希臘文給它取名為Gyroscope，這就是實用陀螺儀的“鼻祖”，而且“陀螺儀”這個術語也一直沿用至今。傅科用這個裝置做了三個實驗：證明地球在晝夜旋轉，確定當地的地理緯度，找出地球上的南北方向。

傅科的陀螺儀實驗在理論上驗證了旋轉物體具有保持方向的特點，他將陀螺用於實踐的思想對後來陀螺儀的發展影響很大。可以說，傅科陀螺儀是慣性導航事業的發展史上的里程碑。

推動陀螺儀和慣性導航的另一個人就是安休茨和他的陀螺羅經。

1901年，29歲的德國青年海爾曼·安休茨（1872—1931）在維也納皇家地質協會報告了自己想乘潛水艇去北極冰層下探險的考察方案，但是這一報告立即遭到權威們的一致反對，理由之一就是在潛艇鋼鐵船體的遮蔽作用下，任何磁羅經在北極都將失靈

為了解決定位問題，安休茨想到了傅科的陀螺。於是安休茨放棄考察計劃，將全部精力投入慣性導航的研究中。

1905年安休茨帶著他製作的世界上第一臺陀螺羅經試航，此前安休茨在陸地上對這臺陀螺羅經測試效果非常好，然而航行中卻出現了弔詭的一幕：在船加速航行的時候陀螺羅經出現了巨大的誤差。

這也不能怪安休茨，當時汽車還沒發展起來，很難獲得使陀螺羅經產生明顯誤差的加速度。後來，安休茨用了三年時間，藉助當時剛剛出現的非同步電機和滾珠軸承技術，安休茨終於在1908年製造出了世界上第一臺能自動找北並穩定指示船舶航向的陀螺羅經，開創了陀螺儀在航海史上應用的新紀元。這種不依靠任何外界資訊，自動建立子午線方向的精密航海儀器，是陀螺技術應用中最精巧也是最重大的成就之一。