Žiroskopi i inercijalni sustavi

    Uvod

Povijest inercijalnih sustava seže od početka prošlog stoljeća. Prvi inercijalni instrumenti pojavili su se još davne 1900. godine. Bili su to žiroskopi ugrađeni u automobile i prvi Sparryjevi (airborn) žiroskopi. Korjene inercijalne navigacije nalazimo 20-ih godina prošlog stoljeća u Njemačkoj u razvoju sustava navođenja balističkih projektila. Prvi inercijalni navigacijski sustav (INS) za letjelice konstruirao je Charles S. Draper s Massachusetts Institute of Technology 1950. godine. U istom desetljeću u SAD-u počinje razvoj bespilotnih raketa i letjelica. Jedan od takvih projekata bio je NAVAHO sa ciljem nošenja atomskih bojnih glava na udaljenostima većim od 5.500 milja te pogađanjem cilja u krugu radijusa 500m(Karabatić 2005).

Inercijalna geodezija, zasniva se na ustanovljavanju momenta inercije, koji nastaje kao rezultat sastavljenih gibanja. Inercijalne metode i inercijalni sustavi služe za čitav niz primjena u geodeziji, a posebno u rudarskim mjerenjima te za vojne namjene(Marijanović Kavanagh 2008).

Važnost inercijalnih navigacijskih sustava u geodeziji je u tome što nam oni pomažu u pridruživanju prostorne komponente podacima unutar neke baze podataka, te nam služi za navigaciju, odnosno, usmjeravanje mjernih instrumenata tamo gdje geodetski instrumenti, kao što je npr. GPS, ne funkcioniraju (u tunelima, pri prekidima signala, i dr.). Osim što pomažu pri navođenju, inercijalni instrumenti su svojevrsna kontrola GPS-u, jer za kratke destinacije daju visokotočne podatke. Za razliku od te lokalne točnost koju posjeduju inercijalni instrumenti, GPS ima globalnu točnost (Karabatić 2005).

Klasična definicija kaže da su inercijalni sustavi oni sustavi u kojima vrijede Newton-ovi aksiomi. Pri tome je potrebno objasniti pojmove inercije i Newton-ovih aksioma. Prvi Newtonov zakon definiran je kao svojstvo tijela da zadrži stanje mirovanja ili da se jednoliko giba sve dok na njega ne djeluje neka vanjska sila. Drugi Newton-ov zakon ide dalje i kaže kako je ta vanjska sila koja djeluje na tijelo proporcijonalna ubrzanju. Konstanta proporcionalnosti je poznata kao masa tijela, koja je zapravo numerička vrijednost inercije; što je masa tijela veća, to je akceleracija ili ubrzanje manje. U trećem aksiomu Newton kažeda svakoj sili akcije odgovara jednakovrijedna, alisuprotna po smjeru, sila reakcije (Karabatić 2005).

 
Žiroteodoliti

Žiroskop ili zvrk je mehaničko osnosimetrično brzo torirajuće tijelo relativno velike mase čija je osnova postavljena u ležajevima na jednom čvrstom ili više pomičnih okvira. Svaki žiroskop karakteriziraju sljedeća svojstva: žiroskopna inercija, žiroskopni moment i reakcije ležajeva precesija (promjena smjera osi rotirajućega tijela) i nutacija (kratko periodičko osciliranje).
Ako se žiroskopu ograniči jedan stupanj slobode i uređaj se objesi o tanku nit, to će nakon stavljanja u pogon motora žiroskopa, os njegove rotacije nastojati zauzeti smjer prema polu i oko tog smjera će se polako njihati (Marijanović Kavanagh 2008).

Žiroteodolit je instrument koji pojednostavljuje zadatak određivanja sjevera u rudnicima. Lagan je i samoodržavajuć, te daje precizne rezultate u kratkom vremenu.
Osnovna jedinica sastoji se od preciznog žiroskopa obješenog na kratku i tanku metalnu vrpcu. Žiroskop „sjedi“ na metalnom kučištu na vrhu teodolita. Struja se dobavlja iz prijenosne baterije spojene na ispravljač izmjeničnog napona koji pokreče žiromotor (Hartman 1984).

Nakon što žiroskop utvrdi smjer sjevera prema polovima Zemlje i orijentira horizontalni limb sva ostala mjerenja teodolitom se nastavljaju kao da se mjeri na površini zemlje. Nakon što je bila određena orijentacija (Marijanović Kavanagh 2008).