Une roue à réaction est un volant d’inertie entraîné par un moteur électrique, qui permet à un satellite de tourner et de maintenir son orientation sans consommer d’ergols. En accélérant ou en freinant la roue, le satellite pivote dans le sens opposé, en vertu de la conservation du moment cinétique.
Le principe : la conservation du moment cinétique
Dans l’espace, il n’y a rien sur quoi s’appuyer pour tourner. En l’absence de couple extérieur, le moment cinétique total de l’ensemble satellite et roue reste constant. Quand le moteur applique un couple à la roue, un couple égal et opposé s’exerce sur le corps du satellite. Si la roue accélère dans un sens, le satellite tourne dans l’autre. C’est le même effet qu’une personne assise sur un tabouret pivotant qui fait tourner une roue de vélo entre ses mains.
Ce qu’il y a dans une roue à réaction
- Le volant d’inertie, dont la masse est concentrée en périphérie pour maximiser l’inertie à masse donnée.
- Le moteur sans balais, qui accélère ou freine le volant avec précision.
- Les roulements et leur lubrification, éléments déterminants pour la durée de vie.
- L’électronique de pilotage, qui contrôle la vitesse ou le couple et renvoie la télémesure.
- Le boîtier, qui protège l’ensemble et maintient un environnement maîtrisé autour des roulements.
Son rôle dans le système de contrôle d’attitude (AOCS)
Les roues à réaction sont les actionneurs du AOCS. Des capteurs (senseurs stellaires, senseurs solaires, gyromètres, magnétomètres) mesurent l’orientation du satellite. L’ordinateur de bord calcule la correction nécessaire et commande les roues, qui l’exécutent.
C’est ce qui permet de pointer avec précision une caméra, une antenne ou un instrument scientifique.
Saturation et désaturation
Au fil des orbites, les perturbations extérieures font progressivement monter la vitesse des roues. Lorsqu’une roue atteint sa vitesse maximale, elle est saturée et ne peut plus corriger l’attitude. Le satellite évacue alors ce moment excédentaire grâce à des magnétocoupleurs, en orbite basse, ou à des propulseurs.
Quelles missions utilisent des roues à réaction ?
Pratiquement tous les satellites stabilisés trois axes au-delà de quelques kilogrammes : observation de la Terre, télécommunications, science et exploration, et désormais les grandes constellations, qui en consomment des centaines d’unités.
Les limites à connaître
La roue à réaction est un équipement mécanique en rotation permanente. Ses principales limites sont la durée de vie des roulements, les microvibrations transmises à la plateforme, le comportement autour de la vitesse nulle, où les frottements deviennent non linéaires, et la consommation électrique à haute vitesse. Ce sont précisément ces points qui distinguent un fournisseur d’un autre.
Le savoir-faire de Comat
Comat conçoit et fabrique des mécanismes spatiaux près de Toulouse depuis 1977, avec plus de 200 équipements en orbite. Sa gamme de roues à réaction Momentum couvre de 1 à 50 Nms, et chaque modèle est conçu et testé pour durer plus longtemps que la mission.
Découvrez la gamme :
Questions fréquentes
Une roue d’inertie (momentum wheel) tourne en permanence autour d’une vitesse nominale élevée pour apporter de la rigidité gyroscopique. Une roue à réaction fonctionne sur une plage de vitesse variable, autour de zéro, pour piloter finement l’attitude. Le matériel est souvent très proche, c’est l’usage qui diffère.
Non. Elle fonctionne à l’électricité fournie par les panneaux solaires du satellite, ce qui en fait une solution durable pour le pointage tout au long de la mission.
Généralement jusqu’à plusieurs milliers de tours par minute, selon la conception et le moment cinétique visé.
