反作用轮,是航天器姿控飞轮的主流产品,是航天器姿态控制的执行机构之一,其利用反作用力原理,将自身角动量与航天器交换,从而实现姿态控制。反作用轮具有体积小、功耗低、可靠性高、使用寿命长等特点。
航天器运行在太空中,受天体引力、太阳光压以及自身部件运动、对接操作等因素影响,姿态会发生变化。但航天器的太阳帆板、通信天线、观测窗口等需要特定的面向,因此必须保持姿态稳定,这时需要采用姿态控制系统。在姿控系统中,执行机构是重要组成部分之一,作用是接收指令、完成航天器姿态调整。
根据动量距守恒原理,当物体旋转时,对其施加反向动量矩,可以减缓其旋转速度,进而使其停止旋转或者逆转,这是反作用轮的工作原理。当航天器旋转、姿态改变,反作用轮工作,对航天器产生反作用力,二者角动量交换,使航天器旋转消除、姿态恢复,当航天器姿态需要调整时,同样利用反作用轮控制其姿态达到设定目标。
在航天器实际工作过程中,反作用轮需要与其他姿控执行机构搭配使用。虽然反作用轮优点多,但其提供的扭矩小,当姿态调整强度大时,难以完成任务,此时需要质量喷射类执行机构,例如推力器,也可采用磁力矩器。通常情况下,反作用飞轮与磁力矩器配合使用。
新思界
行业分析人士表示,反作用轮可以广泛应用在包括卫星、空间站、太空望远镜等在内的航天器中。从卫星方面来看,商业航天时代已经到来,由于研制及发射成本低,商业卫星多采用微小卫星,目前我国商业卫星发射数量占比已经接近一半;频轨资源稀缺,发展低轨卫星具有战略意义,近年来我国大力建设低轨卫星星座,预计“十四五”期间低轨卫星发射量将达到万颗左右。在此背景下,我国反作用轮市场空间正在不断增大。
在海外市场中,反作用轮研发生产商主要有美国Rocket Lab、美国霍尼韦尔、德国Vectronic Aerospace、瑞士COMAT等。在我国市场中,反作用轮研制厂商主要是揽月机电。揽月机电是我国唯一一家专业研制卫星反作用飞轮的民营企业,产品主要用于微小型商业卫星领域。