Развитие нового вида гироскопической техники
Моё увлечение магнитными подвесами началось в 1963 г. со встречи в НИИ-10 с академиком В.И. Кузнецовым, который мне показал трофейные материалы, из которых следовала невозможность создания таких подвесов. Как я выяснил через несколько лет, в 1937 г. в одном университете США удалось подвесить иголку в магнитном поле. Эта информация как-то не попала к немецким учёным.
Через пару месяцев после встречи с В.И. Кузнецовым у меня уже начались эксперименты с подвешенными в магнитном поле ферромагнитными телами массой от нескольких грамм до 13 кг.
Стальной ротор шарового гироскопа диаметром 152 мм, подвешенный в поле электромагнита магнитодинамического подвеса. Фото из личного архива автора
В подвесе, показанном на рисунке, практически отсутствуют моменты сопротивления вращению подвешенного тела вокруг вертикальной оси. Такие подвесы применяются в центрифугах для разделения изотопов радиоактивных веществ. Исследовалось взаимодействие большого количества тел различной формы с магнитными полями различной конфигурации.
Высокочувствительный физический маятник. Фото из личного архива автора
На рисунке показан высокочувствительный физический маятник. Подвесы такого типа в дальнейшем были применены в гирокомпасе «Меридиан» и в артиллерийских наземных гирокомпасах.
Естественно, хотелось применить эту технику для создания гироскопа, способного работать при любой ориентации относительно направлений гравитационного поля и сил инерции, возникающих при маневрировании подвижных объектов. В 1965 г. для исследования возможности создания такого гироскопа в НИИ-303 была вначале открыта НИР, а в дальнейшем – и ОКР.
В процессе исследований различных принципов построения гироскопов был разработан подвес переменного тока магниторезонансного типа, отличающийся конструктивной и схемотехнической простотой. Для работы в переменном магнитном поле такого подвеса необходим был сферический ротор, изготовленный из магнитного материала с большим удельным сопротивлением, т.е. обладающего свойствами изолятора. Таким материалом принципиально мог быть феррит, но он не имел в то время необходимых электрических и механических свойств.
Для решения такой задачи были привлечены специалисты Министерства Электротехнической промышленности. Там по нашим заданиям был выполнен большой объём работ по созданию феррита и улучшению его физико-механических и электромагнитных параметров. Эти работы проводились по 5 темам и завершились в 1973 г. Работы вначале выполнялись в НИИ-56 под руководством начальника отдела Н.Н. Шольц, а затем, под её же руководством, – в НИИ Магнитодиэлектриков, где она стала Главным инженером.
Необходимо отметить заметный вклад в создание гироскопа коллектива специально созданного подразделения в НИИ Прикладной Математики и Кибернетики при Горьковском университете. Этим подразделением вначале руководил д.ф.м.н. Ю.И. Неймарк – известный математик. НИИПМК являлось соисполнителем наших работ. Необходимо также отметить большое творческое участие в разработке гироскопа моего сотрудника – к.т.н. М.В. Баркана.
Результаты испытаний экспериментальных образцов гироскопов подтвердили состоятельность принятых технических решений. Постоянные времени гироскопов доходили до 6000 с, в то время как у применявшихся тогда шаровых гироскопов с аэродинамическим подвесом они едва достигали 150 с. Уходы гироскопов на длительных интервалах времени (70 часов) находились в пределах 0,0003 – 0,001 градуса в час. Это всё – рекордные результаты.
Гироскоп МСГ и его блоки демпфирования. Фото из личного архива автора
Две опытных партии гироскопов к 1970 г. успешно прошли стендовые испытания и позволили приступить к разработке соответствующих гироскопических приборов. На рисунке изображён гироскоп МСГ и его блоки демпфирования, содержащие конденсаторы магниторезонансного подвеса и обеспечивающие его устойчивость.
Сферический ротор гироскопа, изготовленный из феррита, имеет диаметр 25 мм. Сердечники электромагнитов подвеса также изготовлены из феррита. Внутри гироскопа миниатюрным насосом создаётся глубокий вакуум. Вакуум сохраняется в корпусе гироскопа в течение нескольких лет его хранения.
Гироскоп выгодно отличался от известного в то время гироскопа США с электростатическим подвесом большей перегрузочной способностью, наличием датчиков моментов для управления его движением, а также простотой и технологичностью конструкции.