Reaktionsräder vs. Schwungräder

Ich habe eine großartige Antwort auf Ihre Frage von Robert Frost, Ausbilder und Fluglotse bei der NASA, gefunden !

Es scheint, dass der Unterschied darin besteht, dass ein Gerät einen doppelten Zweck der Stabilisierung sowie der Lagekontrolle hat. Der andere hat keine aktive Stabilisierungsfähigkeit.

Beide dienen der Lageregelung. Beides sind schwere Schwungräder. Beide arbeiten, indem sie ein Drehmoment erzeugen, indem sie ihren Impuls ändern.

Ein Reaktionsrad wird nach oben oder unten gedreht, um das Drehmoment zu erzeugen und das Fahrzeug zu zwingen, sich zu drehen. Ein Schwungrad dreht sich immer mit sehr hoher Geschwindigkeit, was eine Stabilisierung des Raumfahrzeugs bewirkt und es gegen eine Änderung seiner Fluglage widerstandsfähig macht.

Ein Control-Moment-Gyroskop (CMG) ist eine Art Hybrid aus beidem. Es dreht sich mit hoher Geschwindigkeit, um sich zu stabilisieren, aber es hat auch kardanische Aufhängungen, die die Achse des Rads drehen können, um Manövrierdrehmomente zu erzeugen.

Wir verwenden CMGs auf der ISS. Hubble hat Schwungräder und Kepler hat Reaktionsräder.

Es macht wenig Sinn zu bedenken, dass ein Reaktionsrad auf den Betrieb nur auf der Nickachse beschränkt wäre. Der Verweis auf die Hybridversion, das Rad auf Gymbals zu stellen, ist für eine Kombination aus Stabilitätskontrolle und Einstellungsänderung sinnvoll. Ich wette, die Software ist ein komplexes Paket für diesen einen.

Ich bin etwas verwirrt über den Unterschied zwischen Reaktionsrädern und Schwungrädern.

Reaktionsrad und Schwungrad sind nahezu Synonyme. Hersteller von Reaktionsrädern / Schwungrädern (z. B. Collins Aerospace ; andere Hersteller sind ähnlich) unterscheiden normalerweise nicht zwischen den beiden, da dasselbe Gerät für beide Zwecke verwendet werden kann.

Der Unterschied zwischen den beiden liegt darin, wie das Rad verwendet wird. Reaktionsräder haben eine nominale Rotationsgeschwindigkeit, die null oder nahezu null ist. Durch die kleinen Drehzahlen agieren mehrere Reaktionsräder nahezu unabhängig voneinander. Schwungräder hingegen haben eine nominelle Rotationsrate, die deutlich von Null verschieden ist. Die große Rotationsrate fügt dem Raumfahrzeug außeraxiale Stabilität hinzu, jedoch mit der zusätzlichen Komplikation von Wechselwirkungen zwischen Schwungrädern. In beiden Anwendungsfällen ist die Rotationsachse des Rads in Bezug auf das Fahrzeug fixiert, und Drehimpuls wird zwischen dem eigentlichen Raumfahrzeug und dem Rad übertragen, indem die Rotationsrate des Rads geändert wird.

Wie in der anderen Antwort erwähnt, stellen Steuermomentkreisel (CMGs) eine weitere Möglichkeit dar, die Lage von Raumfahrzeugen mithilfe rotierender Teile zu steuern. CMGs rotieren mit einer nahezu konstanten und sehr hohen Geschwindigkeit, typischerweise viel höher als die Nennrotationsrate eines Schwungrads, und die Rotationsachse ist in Bezug auf das Fahrzeug nicht fixiert. CMGs nutzen die Seltsamkeit des Rotationsverhaltens voll aus: Das Drücken auf ein rotierendes Objekt in einer Richtung orthogonal zur Rotationsachse führt zu einem Drehmoment in der dritten orthogonalen Richtung. Da CMGs mit sehr hohen Drehzahlen arbeiten, kann das Drehmoment, das aus einem kleinen orthogonalen Schub resultiert, sehr groß sein.

CMGs sind jedoch im Vergleich zu Reaktions- / Schwungrädern mit ziemlich hohen Kosten verbunden. Die sehr hohe Drehzahl erfordert eine äußerst präzise Fertigung, um das Unwucht-Waschmaschinen-Syndrom zu vermeiden. Dass die Rotationsgeschwindigkeit konstant sein soll, erfordert präzise Steuerungen und Sensoren. Dass die Rotationsachse nicht fixiert ist, erfordert noch mehr Raffinesse. Diese zusätzlichen Komplexitäten führen dazu, dass CMGs nur auf sehr großen Raumfahrzeugen wie der Internationalen Raumstation verwendet werden.