Reaktionsräder

Reaktionsräder sind elektromotorisch betriebene Massen, die in Raumfahrzeugen zur Einstellung der Ausrichtung (Attitude) verwendet werden. Sie speichern Drehimpuls, indem ein Rotor mit hoher Geschwindigkeit rotiert. Durch gezielte Beschleunigung oder Verzögerung dieses Rotors übersteuert der dadurch erzeugte Gegenmoment das Raumfahrzeug, sodass sich die Orientierung ändert. Das System arbeitet im Kreislauf mit Trajektorienfeedback aus Lage- und Geschwindigkeitsmessungen.

In der Regel besteht ein Reaktionsradensatz aus drei oder vier Rädern, die orthogonal zueinander angeordnet sind, um eine dreidimensionale Regelung zu ermöglichen. Die Räder werden vom ADCS (Attitude Determination and Control System) der Raumsonde gesteuert und arbeiten oft zusammen mit Sensoren wie Sternsensoren, Gyroskopen und Sonnenreflektoren, um Fehlableitungen zu korrigieren.

Ein zentrales Merkmal ist die Sättigung des Drehimpulses: Lang anhaltende oder starke Störungen können die Gesamtmenge an gespeicherter Drehimpuls erhöhen, sodass weitere Drehmomente nicht mehr wirksam übertragen werden können. Desaturationsmaßnahmen sind daher erforderlich, etwa durch magnetische Torquersysteme, die das Drehimpulsstückeln über das Magnetfeld der Erde ableiten, oder durch kleine Triebwerke (RCS), die gezielt Gegendrehmomente erzeugen.

Vorteile der Reaktionsräder liegen in hoher Reaktionsgeschwindigkeit, Präzision und dem Wegfall von Treibstoff für die Attitude-Kontrolle. Nachteile sind mechanischer Verschleiß, Energiebedarf, potenzielle Vibrationen und das Risiko der Sättigung. Varianten wie Momentumräder und Unterschiede zu gelenkgetriebenen Gyroskopen (CMGs) unterscheiden sich vor allem in der Art der Impulsübertragung und der erreichbaren Drehmomente.