Современное состояние и тенденции развития вибрационных гироскопов 

Инерциальные датчики ориентации являются одним из ключевых компонентов системы управления ориентацией космического аппарата. Гироскопы, как основные компоненты инерциальных датчиков ориентации, имеют решающее значение для их производительности и надежности.

Гироскопы по принципу действия можно разделить на четыре поколения: электромеханические, оптоэлектронные, микроэлектромеханические (MEMS) и атомные. Первое поколение инерциальных технологий в основном основано на классической механике Ньютона, представлено трехстепенными гироскопами и т. д., характеризуется высокой точностью и сложной структурой; второе поколение инерциальных технологий в основном основано на эффекте Саньяка, представлено лазерными и волоконно-оптическими гироскопами, характеризуется коротким временем запуска, большим динамическим диапазоном и сильной адаптивностью к окружающей среде; третье поколение инерциальных технологий в основном основано на эффекте Кориолиса и технологиях микро- и нанообработки, представлено микроэлектромеханическими гироскопами, полусферическими резонансными гироскопами (HRG) и т. д., характеризуется малым размером, низкой стоимостью и простотой массового производства; четвертое поколение инерциальных технологий в основном основано на квантовой механике, представлено гироскопами на ядерном магнитном резонансе, атомными спиновыми гироскопами, атомными интерференционными гироскопами, имеет большой потенциал в точности и в настоящее время находится на стадии лабораторных исследований.

Вибрационный гироскоп, также известный как гироскоп Кориолиса (CVG), имеет в своей основе вибрирующий элемент, также называемый резонатором. Вибрирующий элемент, возбуждающий механизм и детектор колебаний Кориолиса составляют чувствительный элемент вибрационного гироскопа. Когда возбужденный и находящийся в состоянии вибрации вибрирующий элемент вращается, он подвергается воздействию силы Кориолиса и производит колебания Кориолиса в ортогональном направлении. Амплитуда этих колебаний прямо пропорциональна величине угловой скорости вращения, а их фаза прямо пропорциональна направлению угловой скорости вращения. Путем измерения амплитуды сигнала колебаний Кориолиса в ортогональном направлении можно вычислить угловую скорость вращения гироскопа относительно инерциального пространства, тем самым реализуя функцию измерения углового движения объекта. В настоящее время типичными представителями применения технологии вибрационных гироскопов в космических аппаратах являются полусферические резонансные гироскопы и микроэлектромеханические гироскопы.

В последние годы технология вибрационных гироскопов постоянно развивается. По сравнению с традиционными электромеханическими и оптоэлектронными гироскопами, вибрационные гироскопы обладают тем преимуществом, что их точность не зависит от размера, они могут охватывать диапазон продуктов низкой, средней и высокой точности, а также обладают преимуществами миниатюризации, низкой стоимости, длительного срока службы и высокой надежности.