Введение

Устройство управления ориентацией, используемое в космических аппаратах.

Реакционное колесо (RW) в основном используется космическими аппаратами для трехосевого управления ориентацией и не требует ракет или внешних устройств для создания момента силы. Они обеспечивают высокую точность наведения и особенно полезны, когда космический аппарат необходимо поворачивать на очень малые углы, например, для удержания телескопа, направленного на звезду. Реакционное колесо иногда работает (и называется) маховиком, поддерживая постоянную (или близкую к постоянной) скорость вращения, чтобы обеспечить спутник значительным запасом углового момента. Это изменяет динамику вращения космического аппарата таким образом, что возмущающий момент силы, перпендикулярный одной из осей спутника (ось, параллельная оси вращения маховика), не вызывает непосредственного углового движения космического аппарата вокруг той же оси, что и возмущающий момент; вместо этого он вызывает (обычно меньшее) угловое движение (прецессию) этой оси космического аппарата вокруг перпендикулярной оси. Это способствует стабилизации этой оси космического аппарата, ориентируя её в почти фиксированном направлении. Реакционные колеса могут вращать космический аппарат только вокруг его центра масс (см. момент силы); они не способны перемещать космический аппарат из одного места в другое (см. сила тяги).

Реализация

Для трехосевого управления реакционные колеса должны быть установлены как минимум по трем направлениям, а дополнительные колеса обеспечивают резервирование системы управления ориентацией. Резервная схема установки может состоять из четырех колес, расположенных по вершинам тетраэдра, или из дополнительного колеса, используемого в дополнение к трехосевой конфигурации. Как правило, конструкторы используют "системы реактивного управления" – массивы небольших химических ракетных двигателей, которые включаются по мере замедления колес для компенсации момента, который колеса передают космическому аппарату при замедлении. Цель – посадка на Луну. Аппарат "Берешит" использует метод низкоэнергетического перехода для экономии топлива. После четвертого маневра на эллиптической орбите, для предотвращения колебаний при низком уровне жидкого топлива, потребовалось использовать реакционное колесо.

Космический телескоп Джеймса Уэбба

Космический телескоп Джеймса Уэбба оснащён шестью реактивными колёсами, изготовленными компанией Rockwell Collins Deutschland.

Лайтселл 2

LightSail 2 был запущен 25 июня 2019 года и основан на концепции солнечного паруса. LightSail 2 использует систему маховых колёс для изменения ориентации на очень малые углы, что позволяет ему получать разное количество импульса от света, отражённого от паруса, и, как следствие, достигать большей высоты.

Неудачи и влияние миссии

Неисправность одного или нескольких реакционных колес может привести к потере космическим аппаратом способности поддерживать ориентацию и, как следствие, к потенциальному провалу миссии. Недавние исследования показывают, что эти неисправности могут быть связаны с воздействием космической погоды. Вероятно, эти явления вызывали сбои, индуцируя электростатический разряд в стальных шариковых подшипниках реакционных колес Ithaco, что ухудшало плавность работы механизма.

Космический телескоп Хаббл

Две миссии по обслуживанию космического телескопа Хаббл заменили реакционное колесо. В феврале 1997 года вторая миссия по обслуживанию (STS 82) заменила одно колесо из-за "электрических аномалий", а не механической неисправности. Изучение возвращенного механизма дало редкую возможность исследовать оборудование, проработавшее в космосе длительное время (семь лет), в частности, влияние вакуума на смазочные материалы. Обнаружено, что смазка находилась в "отличном состоянии".

Хаябуса

В 2004 году, во время миссии космического аппарата "Хаябуса", вышел из строя маховик реакции по оси X. В 2005 году вышел из строя маховик по оси Y, что вынудило аппарат использовать химические двигатели для поддержания ориентации.

Обсерватория Свифта

Вечером во вторник, 18 января 2022 года, возможное отключение одного из реакционных колёс обсерватории "Свифт" вынудило группу управления миссией выключить подозреваемое колёсо и перевести обсерваторию в безопасный режим в качестве меры предосторожности. Это был первый случай отказа реакционного колёса на "Свифте" за 17 лет. 17 февраля 2022 года "Свифт" возобновил научные наблюдения.