리액션 휠

Kerbal Space Program를 이용한 리액션 휠 설명 영상.

인공위성에 주로 사용되는, 질량을 가진 물체의 운동에 의한 자세제어를 실시하는 자세제어 장치. 전기 모터를 써서 플라이휠 디스크의 회전속도를 높이거나 낮춰서 그 반작용으로 인공위성의 방향을 바꾸는 원리이다.

리액션 휠은 각운동량 보존법칙을 이용한 것으로, 인공위성의 전체 각운동량이 보존되는 것을 이용하여 원하는 자세방향과 반대되는 회전방향으로 운동량 변화를 발생시켜 리액션 휠을 제외한 나머지 기체의 자세를 변화시키는 구조다. 바꿔 말하면 국소부위의 운동량이 변화한 상태를 유지되지 못한다면 나머지 부위의 운동량 변화도 유지되지 못하며 기체 전체의 운동량은 변하지 않는다.

이러한 원리 때문에 리액션 휠은 고정된 위치에서 단지 자세만 바꾸면 그만인 인공위성에서는 적합해도,[1] 자세의 변경만이 아니라 위치 자체의 변경도 행할 필요가 있는 우주왕복선과 같은 유인우주선이나 우주탐사선 등에는 다소 부적합한 면이 있기도 하다. 따라서 유인우주선이나 우주탐사선의 경우에는 자세제어 장치로서 RCS 등의 분사 추진 시스템이 탑재되고 있다. 게다가 리액션 휠은 발생시킬 수 있는 토크가 매우 약하기 때문에, 무게가 몇십톤씩이나 나가는 유인우주선 자세 제어에는 무리가 있다.[2]우주탐사선 같은 경우에는 자세제어 장치로서 사용하는 것 외에도, 일종의 자이로스코핑 장치로서 리액션 휠을 사용하기도 한다.[3]

다만 리액션 휠만 가지고는 자세를 제대로 제어 할 수 없다. 시간에 지남에 따라 기체에는 외력이 작용해서 조금씩 회전하게 되는데, 이를 보정하기 위해 리액션 휠을 돌리더라도 리액션 휠의 rpm이 무한대로 올라갈수는 없으므로 시간이 지남에 따라 결국에는 리액션 휠로 커버할 수 없는 시점이 온다. 이를 해결하기 위해서 위성은 지구의 자기장으로 자세를 안정화하는 Magnetorquer를 사용하거나 별도의 자세제어 로켓을 달아야 한다. 전자는 주로 소형 위성에 쓰이는 편.