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Ringlasergyroskope (RLGs) haben sich seit ihrer Entwicklung rasant weiterentwickelt und spielen eine zentrale Rolle in modernen Navigations- und Transportsystemen. Dieser Artikel beleuchtet die Entwicklung, das Funktionsprinzip und die Anwendungen von RLGs und hebt deren Bedeutung für Trägheitsnavigationssysteme sowie ihren Einsatz in verschiedenen Transportmechanismen hervor.
Die historische Reise der Kreisel
Vom Konzept zur modernen Navigation
Die Geschichte der Kreiselkompass-Technologie begann 1908 mit der gemeinsamen Erfindung des ersten Kreiselkompasses durch Elmer Sperry, den „Vater der modernen Navigationstechnik“, und Herman Anschütz-Kaempfe. Im Laufe der Jahre wurden Kreiselkompass-Systeme erheblich verbessert, wodurch ihre Einsatzmöglichkeiten in Navigation und Transportwesen deutlich erweitert wurden. Diese Fortschritte ermöglichten es, dass Kreiselkompass-Systeme entscheidende Hinweise zur Stabilisierung von Flugzeugen und zum Betrieb von Autopiloten liefern. Eine bemerkenswerte Demonstration von Lawrence Sperry im Juni 1914 verdeutlichte das Potenzial des gyroskopischen Autopiloten, indem er ein Flugzeug stabilisierte, während er im Cockpit stand – ein bedeutender Fortschritt in der Autopilot-Technologie.
Übergang zu Ringlasergyroskopen
Die Entwicklung setzte sich mit der Erfindung des ersten Ringlasergyroskops durch Macek und Davis im Jahr 1963 fort. Diese Innovation markierte den Übergang von mechanischen Gyroskopen zu Lasergyros, die eine höhere Genauigkeit, geringeren Wartungsaufwand und niedrigere Kosten boten. Heute dominieren Ringlasergyroskope, insbesondere in militärischen Anwendungen, den Markt aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz in Umgebungen mit gestörten GPS-Signalen.
Das Funktionsprinzip von Ringlasergyroskopen
Den Sagnac-Effekt verstehen
Die Kernfunktionalität von Ringlasergeneratoren (RLGs) liegt in ihrer Fähigkeit, die Orientierung eines Objekts im Inertialraum zu bestimmen. Dies wird durch den Sagnac-Effekt erreicht, bei dem ein Ringinterferometer Laserstrahlen nutzt, die sich in entgegengesetzter Richtung auf einer geschlossenen Bahn bewegen. Das von diesen Strahlen erzeugte Interferenzmuster dient als stationärer Referenzpunkt. Jede Bewegung verändert die Weglängen dieser Strahlen und bewirkt somit eine Änderung des Interferenzmusters, die proportional zur Winkelgeschwindigkeit ist. Dieses ausgeklügelte Verfahren ermöglicht es RLGs, Orientierungen mit außergewöhnlicher Präzision zu messen, ohne auf externe Referenzen angewiesen zu sein.
Anwendungen in Navigation und Transport
Revolutionierung von Trägheitsnavigationssystemen (INS)
RLGs spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung von Trägheitsnavigationssystemen (INS), die für die Steuerung von Schiffen, Flugzeugen und Raketen in GPS-freien Umgebungen unerlässlich sind. Ihre kompakte, reibungslose Bauweise macht sie ideal für solche Anwendungen und trägt zu zuverlässigeren und präziseren Navigationslösungen bei.
Stabilisierte Plattform vs. Strap-Down INS
INS-Technologien haben sich weiterentwickelt und umfassen nun sowohl stabilisierte Plattform- als auch Strapdown-Systeme. Stabilisierte Plattform-INS bieten trotz ihrer mechanischen Komplexität und Verschleißanfälligkeit eine robuste Leistung durch analoge Datenintegration.Andererseits profitieren fest montierte INS-Systeme von der kompakten und wartungsfreien Bauweise der RLGs, was sie aufgrund ihrer Kosteneffizienz und Präzision zur bevorzugten Wahl für moderne Flugzeuge macht.
Verbesserung der Raketennavigation
RLGs spielen auch eine entscheidende Rolle in den Leitsystemen intelligenter Munition. In Umgebungen, in denen GPS unzuverlässig ist, bieten RLGs eine verlässliche Alternative zur Navigation. Ihre geringe Größe und Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Kräften machen sie geeignet für Raketen und Artilleriegeschosse, wie beispielsweise bei Systemen wie dem Marschflugkörper Tomahawk und der M982 Excalibur.
Schema einer beispielhaften kardanisch aufgehängten, trägheitsstabilisierten Plattform mit Lagern. Mit freundlicher Genehmigung von Engineering 360.
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Veröffentlichungsdatum: 01.04.2024