反作用輪，是航天器姿控飛輪的主流產(chǎn)品，是航天器姿態(tài)控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)之一，其利用反作用力原理，將自身角動量與航天器交換，從而實(shí)現(xiàn)姿態(tài)控制。反作用輪具有體積小、功耗低、可靠性高、使用壽命長等特點(diǎn)。
航天器運(yùn)行在太空中，受天體引力、太陽光壓以及自身部件運(yùn)動、對接操作等因素影響，姿態(tài)會發(fā)生變化。但航天器的太陽帆板、通信天線、觀測窗口等需要特定的面向，因此必須保持姿態(tài)穩(wěn)定，這時(shí)需要采用姿態(tài)控制系統(tǒng)。在姿控系統(tǒng)中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)是重要組成部分之一，作用是接收指令、完成航天器姿態(tài)調(diào)整。
根據(jù)動量距守恒原理，當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，對其施加反向動量矩，可以減緩其旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而使其停止旋轉(zhuǎn)或者逆轉(zhuǎn)，這是反作用輪的工作原理。當(dāng)航天器旋轉(zhuǎn)、姿態(tài)改變，反作用輪工作，對航天器產(chǎn)生反作用力，二者角動量交換，使航天器旋轉(zhuǎn)消除、姿態(tài)恢復(fù)，當(dāng)航天器姿態(tài)需要調(diào)整時(shí)，同樣利用反作用輪控制其姿態(tài)達(dá)到設(shè)定目標(biāo)。
航天器姿控執(zhí)行機(jī)構(gòu)按照原理來劃分，可以分為動量交換類、質(zhì)量噴射類兩種。反作用輪屬于動量交換類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，工作時(shí)無需推進(jìn)劑，消耗少量電能即可確保三軸姿態(tài)控制，而消耗的電能可由太陽帆板來補(bǔ)充，且控制精度高，更適用于長壽命衛(wèi)星以及微小型衛(wèi)星的姿態(tài)控制系統(tǒng)。
在航天器實(shí)際工作過程中，反作用輪需要與其他姿控執(zhí)行機(jī)構(gòu)搭配使用。雖然反作用輪優(yōu)點(diǎn)多，但其提供的扭矩小，當(dāng)姿態(tài)調(diào)整強(qiáng)度大時(shí)，難以完成任務(wù)，此時(shí)需要質(zhì)量噴射類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，例如推力器，也可采用磁力矩器。通常情況下，反作用飛輪與磁力矩器配合使用。
反作用輪可以廣泛應(yīng)用在包括衛(wèi)星、空間站、太空望遠(yuǎn)鏡等在內(nèi)的航天器中。從衛(wèi)星方面來看，商業(yè)航天時(shí)代已經(jīng)到來，由于研制及發(fā)射成本低，商業(yè)衛(wèi)星多采用微小衛(wèi)星，目前我國商業(yè)衛(wèi)星發(fā)射數(shù)量占比已經(jīng)接近一半；頻軌資源稀缺，發(fā)展低軌衛(wèi)星具有戰(zhàn)略意義，近年來我國大力建設(shè)低軌衛(wèi)星星座，預(yù)計(jì)“十四五”期間低軌衛(wèi)星發(fā)射量將達(dá)到萬顆左右。在此背景下，我國反作用輪市場空間正在不斷增大。
在海外市場中，反作用輪研發(fā)生產(chǎn)商主要有美國Rocket Lab、美國霍尼韋爾、德國Vectronic Aerospace、瑞士COMAT等。在我國市場中，反作用輪研制廠商主要是攬?jiān)聶C(jī)電。攬?jiān)聶C(jī)電是我國唯一一家專業(yè)研制衛(wèi)星反作用飛輪的民營企業(yè)，產(chǎn)品主要用于微小型商業(yè)衛(wèi)星領(lǐng)域。