반작용휠 (Reaction Wheel)
쉽게 풀면
반작용휠은 위성 안에 들어 있는 작은 회전 바퀴로, 이 바퀴를 빠르게 돌리거나 천천히 돌리면 뉴턴의 작용 반작용 법칙에 따라 위성 본체가 그 반대 방향으로 회전하는 원리를 이용합니다. 회전의자에 앉아 무거운 바퀴를 손으로 돌리면 몸이 반대 방향으로 살짝 돌아가는 현상을 경험해본 적이 있다면 같은 원리라고 이해하면 됩니다. 연료를 소모하는 추진기와 달리 전기 모터로 바퀴 속도만 조절하면 되기 때문에 정밀하고 반복적인 자세 제어에 적합합니다. 보통 위성 한 대에는 여러 축을 제어하기 위해 세 개 이상의 반작용휠이 탑재됩니다.
왜 중요한가
연료 없이도 정밀한 자세 제어가 가능해 위성의 수명을 늘리고 운용 비용을 줄일 수 있기 때문에, 자세 제어 관련 논문에서 가장 널리 다루어지는 구동장치 중 하나입니다.
논문에서는 이렇게 쓰입니다
위성의 세 방향 회전을 각각 조절하기 위해 반작용휠을 서로 다른 축에 배치했다는 의미입니다.
바퀴 회전 속도가 한계에 다다랐을 때 이를 낮춰주는 방법을 연구했다는 뜻입니다.
조금 더 깊게 보면
반작용휠은 평소 낮은 속도 근처에서 작동하며 필요할 때마다 회전 속도를 가감해 토크를 발생시키는 방식으로 동작합니다. 외부에서 지속적으로 작은 토크가 가해지면 반작용휠의 회전 속도가 점점 한쪽으로 쌓여 포화 상태에 이를 수 있는데, 이를 해소하기 위해 자기토커나 추진기 같은 외부 토크원을 이용해 쌓인 각운동량을 덜어내는 모멘텀 덤핑 과정이 필요합니다.
주의할 점
반작용휠은 외부 힘 없이 위성 내부의 각운동량만 재분배하는 장치이므로, 시스템 전체의 각운동량을 근본적으로 바꾸지는 못하며 결국 별도의 방법으로 쌓인 각운동량을 배출해야 합니다.