10月31日，是我国杰出科学家、中国航天事业奠基人钱学森先生逝世15周年，新华网、央视网等多家权威媒体纷纷发表纪念内容。

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有人说，钱学森让中国「两弹一星」提前了 20 年，在问答平台知乎的一个热门问题【钱学森放在现在是什么水准？】中，一个高赞回答是：

我记得看过一个院士的采访，当年有一个领域国内完全是空白，但是又想搞，钱学森自己事情太多没精力弄，就把其中的精要写成一页纸，其他人靠这一页纸建立并发展了整个理论和技术体系，几乎算是一门完善的学科了，这个技术至今全世界也没几个国家有。

这项学问，是一项尖端传感器技术——激光陀螺仪，如今激光陀螺是洲际导弹、航天器等核心导航设备。

激光陀螺是一种高精度惯性传感器，严格来说是角速度传感器——常称为陀螺仪，是根据近代物理学原理制成的具有陀螺效应的传感器。

激光于1960 年在世界上首次出现。1962 年，美、英、法、前苏联几乎同时开始酝酿研制用激光来作为方位测向器，称之为激光陀螺仪。1970年代，激光陀螺正式用于指导武器上。

随后，激光陀螺成为现代惯性导航系统的核心部件，是一个国家工业、国防、高科技实力的重要体现。

目前全世界能够做出高精度激光陀螺的国家不超过4个——美、俄、法、中——我国是世界上第四个自主研发出激光陀螺的国家，这个数字远小于五常国家和拥核国家的数量！

民兵 III 导弹是目前美国唯一的陆基洲际弹道导弹 (ICBM)，其制导系统的核心就是陀螺稳定平台，它使用陀螺仪传感器和加速度计传感器来测量导弹的方向和加速度。计算机使用平台的测量值来确定导弹的位置并引导导弹沿其轨迹飞向目标。相关信息参看《洲际导弹里的惯性传感器长什么样？》

在1960年代，国际主要军事强国掀起激光陀螺研究热潮的时候，我国就已跟进该项研究，然而因为基础落后，当时我国已经两次受挫——研发失败。

时任国防科工委副主任的钱学森看到了激光陀螺这项传感器技术对我国航天航空和国防军事事业的重要意义，这是关系重大的关键技术啊！钱学森不甘心放弃。

1971年，钱学森将用两张用英文书写着公式的照片，交给了国防科技大学的前身——长沙工学院，将这一国之重器的研发希望寄托在了这里。而这两张照片，就是当时中国对于激光陀螺的全部资料。

▲钱学森

在钱学森的指导下，国防科技大学成立激光教研室，开始了艰难的探索之路。同期，我国有十多家单位开展这项研究，最后绝大多数都因基础工艺过不了关而放弃。

此时，中国对激光陀螺的所有资料只有这两张照片，没有任何实物。而且中国当时的经济条件落后，各种技术设施、技术手段都是各大国垫底的存在。加上彼时西方国家对中国的技术封锁已经开始，无法从外国获得技术协助——事实上这一重要技术任何国家也不会轻易外露。

在此环境下，根据两页纸造出激光陀螺，无异于让一个从未见过火箭的人拿着锤子造个火箭出来。

这时候，天选之子出现了，他就是中国激光陀螺奠基人、中国工程院院士高伯龙，外号“背心院士”。

▲穿军装的中国激光陀螺奠基人、中国工程院院士高伯龙

▲穿背心的中国激光陀螺奠基人、中国工程院院士高伯龙

1975年，全国撤销基础课部，高伯龙离开讲台，被304激光教研室“收容”，我们上文说过，该室主要就是搞激光陀螺研究的。

从此高伯龙跟激光陀螺耗上了，接下来用了40载岁月，一举推动我国激光陀螺事业发展，与美国缩小了20年差距。

高伯龙数理功底深厚，通过大量计算，结合实验对激光陀螺进行了深入理论研究，竟被他从两张纸里反推出激光陀螺的若干关键理论认识和结论，破译了钱学森留下的“密码”。

1976年，在全国激光陀螺学术交流会上，进入该领域不到一年的高伯龙一鸣惊人——提出了我国独有、完全没有任何成功经验可借鉴的四频差动陀螺研制方案，并认为，仿制美国十年内都不可能成功，因为我国基础材料科学和工艺技术太落后了，只有四频差动陀螺因为降低了工艺难度，因此更容易实现。

▲激光陀螺技术分类

在高伯龙院士的带领下，国防科技大学激光陀螺研究团队历经20载岁月，终于在1994年11月，造出我国第一台激光陀螺工程化样机，并通过国家专家团队验收，让我国继美俄法后，成为世界上第四个能够独立研制激光陀螺的国家。

而这一局面，到今天依然如此，中国之后再无听说国际上有其他国家独立掌握激光陀螺技术，这一技术的难度由此可见！

根据人民网报道描述：

美国经过二十多年的研究，将激光陀螺的镀膜技术推广到多色氦氖激光器的反射镜制备，终于在1985年推出了全内腔绿光氦氖激光器产品，一年后德国也推出了相关产品。俄罗斯亦曾研制过全内腔绿光氦氖激光器，由于“技术太复杂”，没有成功。我国多家单位在1987年也实现绿光氦氖激光振荡，但都是外腔式结构，不便在实际使用。虽然之后经多个单位努力攻关，但一直没有实现全内腔氦氖激光器的绿光输出，更谈不上商品化。

在1994年，激光陀螺反射膜的攻关取得重大突破，在积累相当的工艺经验后，立即用相同的镀膜工艺，按理论设计方案制备极低损耗的绿光反射镜，一举研制出全内腔绿光氦氖激光器，其主要技术指标达到国际先进水平，使我国成为继美、德之后第三个拥有这种高性能激光器制造技术的国家。

▲研发激光陀螺时期的高伯龙院士（中间白衣人物，来自国防科技大学《激光陀螺诞生记》）

▲高伯龙院士改造废弃食堂当实验室（来自国防科技大学《激光陀螺诞生记》）

没有地方，高伯龙院士带队亲自改造校园里的废弃食堂作为实验室；制造激光陀螺的“关键技术之首”——镀膜，工艺不过关，高伯龙带头改进设备，造高精度的反射率透射率测量仪；夏天没有空调，甚至连风扇都没有，工作室密封，高伯龙带领团队穿着背心就在这个“大闷罐”里干活……

失败、重来，失败，重来……用二十载岁月去研究一个东西，其中的挫折艰难，远不是短短数百字所能表达。然而高伯龙院士团队做到了，中国做到了！

之后，高伯龙院士团队又用了将近10年时间，力排众议研制出国内精度第一的基于激光陀螺仪的“旋转式惯性导航系统”，并大规模应用于现役武器系统，逐渐发展出今天航天、航空和国防科技系统中的激光陀螺应用体系，这才有了今天我国航空、航天事业百花齐放的局面！

什么是激光陀螺？

我们知道，陀螺仪（角速度传感器）有许多种：滚珠轴承自由陀螺仪、液浮陀螺仪、静电陀螺仪、挠性陀螺仪、MEMS陀螺仪、光纤陀螺等，为什么激光陀螺这么被各国看重？

我们先来看看激光陀螺的工作原理，其基于萨格奈克(Sagnac)效应，当环形激光器相对于惯性空间转动时，顺、逆时针方向运转的光将产生与转动线性相关的光程差。依据对环形激光器输出光相位的实时检测，获得物体相对于惯性空间的转动角速率。因此，激光陀螺有时也叫做环形激光陀螺。

▲一种环式激光陀螺

可以看到，激光陀螺的工作原理区别于传统的机械式陀螺仪，而传统机械式陀螺仪是根据旋转物体的旋转轴所指的方向受外力影响时的变化来制作，激光陀螺是一种特色鲜明的角速率传感器。

1960年世界上第一个宝石激光器诞生。1963年，美国Sperry公司首次报道了激光陀螺原理试验，利用边长1 m的正方形闭合光路首次测得50º/h的低转速，引起了惯性技术领域的轰动。

▲1963年美国Sperry公司展示第一台激光陀螺演示装置

之后，美国、前苏联、法国等军事大国，看到了激光陀螺在航天航空、国防军事领域的巨大前景，纷纷跟进研究。1964年，世界各国有几十家研究机构相继开展了激光陀螺研究，轰轰烈烈的激光陀螺热潮涌起，随后各种激光陀螺相继出现，技术不断进步、性能不断提高。

1970年代末，美国正式将激光陀螺列装到现役武器中，1991年，海湾战争中，美国“战斧”导弹一战成名，世人瞩目，其惯导系统核心部件就是激光陀螺。同时，美国也将空中轰炸堡垒——B-52轰炸机等导航系统更新为环形激光陀螺系统，激光陀螺重要性可见一斑。

▲美国B-52战略轰炸机

与传统机械式依靠转子高速旋转的陀螺仪相比，激光陀螺的主要优势在于：没有转子活动部件，受震动、冲击等影响小，精度高、长期精度稳定性好、测试重复性极好、寿命长。

同时，与一样是光学陀螺仪的光纤陀螺相比，激光陀螺的标度因数非常稳定，且动态特性好。

总之，到目前为止，虽然各种新型陀螺仪不断出现，但是还没有出现一种在实际环境下综合性价比、环境适应性能和激光陀螺媲美的惯性传感器！

2010年国外某权威惯性技术专家评价说：“对标度因数稳定性要求极高的中等精度应用中，零锁区激光陀螺应是首选”。

因此，激光陀螺在各种陀螺仪中脱颖而出，成为各个大国争先投入巨资研发的重要传感器技术。

结语

新中国成立，无数杰出的科学家、工程师纷纷回国参与建设，但只有钱学森等极少数科学家被称为战略科学家。

钱老的伟大之处，不仅在于其科学素养，更在于其为百废待兴的新中国建立起了一整套科学工程体系，埋下了一颗颗种子，从而有一棵棵科学大树的茁壮成长。

高伯龙院士肩负钱学森期望攻克的激光陀螺难题，正是其中的缩影。