リアクションホイール:フライホイールflywheel(日本語では弾み車)の一種で
重量のある物体の回転の反力で各軸の姿勢制御を行う.
ホイール部とモーターが一体の構造になっている.
Reaction Wheel :A type of flywheel (called “Hazumiguruma” in Japanese)
It controls the attitude of each axis using the reaction force of the rotation of a heavy object.
The wheel and motor are integrated into one structure.


先のイラストで描くのを忘れたスラスターの無い宇宙機がどうなるかと調べたら
一般の人工衛星ははずみ車を応用した姿勢制御をしているのがわかりました.
そこでそれを宇宙機に応用してみました.
リアクションホイールを用いると姿勢制御用に燃料を用意する必要がなく
電気さえあればずっと制御可能です.
主推進器にだけ燃料(水素or水)を用意し、その他に制御はソーラーセルか
融合炉の熱で発電する原子力電池からの電力で賄います.
予備としてイオンエンジン/イオンスラスターも用意します.
融合炉の熱で、燃料の水素や水を加熱し推進力にする
熱核ジェットを使います.(なので特に酸化剤は必要ありません)
リアクションホイールは円筒を組み合わせるため、余るスペースができます
そこで重心部分になる球体を作り、その中に6軸の制御部と
隙間には燃料タンク・バッテリーを詰めてみました.
重いリアクションホイールを積むのがいいのか、
スラスターと燃料を積むのがいいのか、悩み所ではありますね.
発艦前に母艦の電力でリアクションホイールを事前に回転させておきます。
発進後、リアクションホイールを増速する場合は、バッテリーか原子力電池からの電力を使い
減速する時には、回生電力はバッテリーに充電させます。
このホイールの回転力は、ジャイロ効果をもたらすので
軸方向に非常に安定をもたらします.
加減速時でも進行方向は安定します。
一般に人工衛星は近傍の場合を除き
推進用に燃料を積んでいません。
ほとんどが地球からの発射の勢い、あるいは地球圏脱出用のブースターロケットの推力で加速し、加速が終わったらロケットは余分な重量なので切り離します
主だったスラスターはイオンエンジンです。
電気の力でガス/原料をイオン化し、その電気の反発力で推進力を得ます。
なので推力の数値はとても小さいです、
しかし燃料/プロペラントを使わないので、非常に長い時間つかえます。
電力の供給源は主に太陽電池ですが、太陽から遠ざかる進路の場合、原子力電池を使うば場合もあります。
(太陽系内の移動の場合、追加の加速/進路変更に惑星重力によるスイングバイを行います)
推進に燃料を使わないということは、姿勢制御にも使いたくないわけで、そこで活躍するのが
電気の力だけで動いてくれるリアクションホイールです。
I researched what a spacecraft without thrusters would look like without the thrusters I forgot to include in the previous illustration, and discovered that most satellites use flywheels for attitude control.
So I applied that to a spacecraft.
Using a reaction wheel eliminates the need for fuel for attitude control, allowing for continuous control with just electricity.
Only the main thruster requires fuel (hydrogen or water), while other control is powered by solar cells or nuclear batteries generated by the heat of the fusion reactor.
I also prepared an ion engine/ion thruster as a backup.
Thermonuclear jets are used to heat hydrogen or water fuel with the heat of the fusion reactor for propulsion (so no oxidizer is required).
Because reaction wheels are made by combining cylinders, there is extra space.
So I created a sphere to serve as the center of gravity, and placed a six-axis control unit inside it.
The gaps between them hold the fuel tank and battery.
It's a tough decision to decide whether to carry a heavy reaction wheel or thrusters and fuel.
Before takeoff, the reaction wheels are pre-spinned using power from the mother ship.
After takeoff, to accelerate the reaction wheels, power from a battery or nuclear battery is used.
When decelerating, regenerative power is used to charge the battery.
The rotational force of this wheel creates a gyroscopic effect,
providing excellent axial stability.
The direction of travel remains stable even during acceleration and deceleration.
Generally, artificial satellites do not carry propulsion fuel unless they are in the vicinity.
Most satellites accelerate using the momentum of launch from Earth or the thrust of booster rockets used to escape Earth's orbit. Once acceleration is complete, the rockets are detached due to their excess weight.
The main thruster is an ion engine.
It uses electrical power to ionize gas/raw materials, and the resulting electrical repulsion generates thrust.
As such, the thrust value is very small,
but since it does not use fuel/propellant, it can last for a very long time.
Power is mainly supplied by solar cells, but nuclear batteries may be used if the satellite is traveling away from the Sun.
(When traveling within the solar system, a swing-by using planetary gravity is used for additional acceleration/course change.)
Not using fuel for propulsion also means that it does not need to be used for attitude control, which is where reaction wheels, which run solely on electrical power, come in.
機構はIllustratorで描くのが楽なので、続けて外観も同じ書類で描いていましたが
手癖でIllustratorで描くのが楽な滑らかな曲線の形になってしまいました.
(実はもう一案もっと四角いデザインもあったのですが、挫けました)
SiSince it was easy to draw the mechanism in Illustrator, I continued to draw the exterior in the same document, but I ended up with a smooth, curved shape that's easy to draw in Illustrator.
(Actually, I had another idea for a more square design, but I gave up.)
機動戦士ガンダムの、連邦のボールRB-79の中身がこうなっていても不思議は無いですね。
元は作業ポッドでしたので微妙な姿勢制御が必要な場面もあったでしょう.
あと、あのでっかい球体の大きさもこの中身なら納得できるかも.
It wouldn't be surprising if the inside of Mobile Suit Gundam's ball RB-79 looked like this.
It was originally a work pod, so there must have been times when delicate attitude control was required.
Also, the size of that huge sphere might make sense if you look at what's inside.