Ein Reaktionsrad ist ein Gerät, das verwendet wird, um präzise Einstellungen in der Ausrichtung eines Raumfahrzeugs vorzunehmen. Es funktioniert nach dem Prinzip der Drehimpulserhaltung – die Beschleunigung eines Reaktionsrads bewirkt eine proportionale Reaktion des restlichen Raumfahrzeugs. Auf diese Weise kann die Ausrichtung eines Raumfahrzeugs mit der gleichen Präzision wie die Reaktionsräder selbst gesteuert werden. Schwungräder hingegen werden verwendet, um ein Raumfahrzeug in Bewegung zu stabilisieren.
In einem isolierten System muss der Gesamtdrehimpuls gleich bleiben. Der Drehimpuls ist dem Linearimpuls analog, außer dass es sich eher um eine Drehbewegung als um eine Linearbewegung handelt. Wenn ein Eisläufer einen anderen stationären Eisläufer abstößt, bewegen sich beide auseinander, um den linearen Nettoimpuls zu erhalten. Wenn sich ein Teil eines Systems in eine Richtung zu drehen beginnt, muss sich der Rest des Systems in die entgegengesetzte Richtung drehen. Andernfalls würde sich der Gesamtdrehimpuls ändern.
Im Fall eines Raumfahrzeugs kann ein Reaktionsrad gedreht werden, um eine Reaktion des Rests des Raumfahrzeugs auszulösen. Ohne diese induzierte Reaktion würde sich der Gesamtdrehimpuls ändern. Die endgültige Rotationsgeschwindigkeit des Raumfahrzeugs wird jedoch typischerweise nicht die gleiche wie die Geschwindigkeit des Reaktionsrads sein. Dies liegt daran, dass der Drehimpuls erhalten werden muss, nicht die Winkelgeschwindigkeit. Das Raumfahrzeug wird sich langsamer bewegen, wenn es viel massiver als das Reaktionsrad ist.
Die Reaktionsradtechnologie ist im Allgemeinen gut entwickelt. Metallräder werden seit über einem Jahrhundert in Zügen verwendet. Die Elektronik und die Ausrüstung zur Feineinstellung von Reaktionsrädern haben ebenfalls viele terrestrische Anwendungen. Kleine Raketentriebwerke hingegen haben eine begrenzte Entwicklung und Verfeinerung.
Gelegentlich müssen Reaktionsräder „entladen“ werden, wenn sie sich zu schnell drehen. Bei einer unvorhersehbaren Mission wissen Ingenieure möglicherweise nicht, in welche Richtung ein Raumfahrzeug ausgerichtet werden muss; daher ist ein Verfahren zum Verlangsamen von Reaktionsrädern ohne Herbeiführen einer Reaktion erforderlich. Raketentriebwerke können abgefeuert werden, um der Reaktion der Verlangsamung eines Reaktionsrads entgegenzuwirken.
Ein Schwungrad verwendet auch das Prinzip der Drehimpulserhaltung. Sein Zweck in einem Raumfahrzeug besteht jedoch darin, eine bestimmte Ausrichtung beizubehalten, anstatt sie zu ändern. Verschiedene Kräfte auf ein Raumfahrzeug – einschließlich Luftreibung und variierende Gravitations- und Magnetfelder – können Drehmomente erzeugen, die die Ausrichtung eines Raumfahrzeugs stören. Dies wird auf dem Hubble-Weltraumteleskop erlebt, das von einer stabilen Ausrichtung abhängt, um auf entfernte Objekte zu fokussieren. Bei schneller Drehung können Schwungräder solchen Störungen widerstehen und helfen, eine stabile Ausrichtung beizubehalten.