Une roue de réaction est un dispositif utilisé pour effectuer des ajustements précis dans l’orientation d’un vaisseau spatial. Il fonctionne selon le principe de conservation du moment angulaire : l’accélération d’une roue de réaction entraîne une réponse proportionnelle du reste d’un engin spatial. De cette façon, l’orientation d’un vaisseau spatial peut être contrôlée avec le même niveau de précision élevé que les roues de réaction elles-mêmes. Les roues Momentum, quant à elles, sont utilisées pour stabiliser un vaisseau spatial en mouvement.
Dans un système isolé, la quantité totale de moment cinétique doit rester la même. Le moment angulaire est analogue au moment linéaire, sauf qu’il concerne le mouvement de rotation plutôt que le mouvement linéaire. Si un patineur sur glace pousse un autre patineur stationnaire, ils s’écartent tous les deux pour conserver l’élan linéaire net. De même, si une partie d’un système commence à tourner dans une direction, le reste du système doit tourner dans la direction opposée. Sinon, le moment cinétique total changerait.
Dans le cas d’un vaisseau spatial, une roue de réaction peut être mise en rotation pour induire une réponse du reste de l’engin spatial. Sans cette réponse induite, le moment cinétique total changerait. Cependant, la vitesse de rotation finale de l’engin spatial ne sera généralement pas la même que la vitesse de la roue de réaction. En effet, le moment cinétique doit être conservé et non la vitesse angulaire. Le vaisseau spatial se déplacera plus lentement s’il est beaucoup plus massif que la roue de réaction.
La technologie des roues de réaction est généralement bien développée. Les roues en métal sont utilisées depuis plus d’un siècle dans les trains. L’électronique et l’équipement pour effectuer des réglages fins sur les roues de réaction ont également de nombreuses applications terrestres. Les petits propulseurs de fusée, en revanche, ont une histoire limitée de développement et de raffinement.
Parfois, les roues de réaction doivent être «déchargées» si elles tournent trop vite. Dans une mission imprévisible, les ingénieurs peuvent ne pas savoir dans quelle direction un vaisseau spatial devra être pointé ; par conséquent, une méthode de ralentissement des roues de réaction sans induire de réponse est nécessaire. Des propulseurs de fusée peuvent être déclenchés pour contrer la réponse de ralentissement d’une roue de réaction.
Une roue de moment utilise également le principe de conservation du moment cinétique. Son but dans un vaisseau spatial, cependant, est de maintenir une certaine orientation plutôt que de la changer. Diverses forces sur un engin spatial, y compris la friction de l’air et des champs gravitationnels et magnétiques variables, peuvent produire des couples qui perturbent l’orientation d’un engin spatial. Ceci est expérimenté sur le télescope spatial Hubble, qui dépend d’une orientation stable pour se concentrer sur des objets distants. Lorsqu’elles tournent rapidement, les roues dynamiques peuvent résister à de telles perturbations et aider à maintenir une orientation stable.