Una técnica de control de actitud en la que los tres ejes (eje del cuerpo) de la nave espacial perpendiculares entre sí tienen la dirección deseada en el espacio con respecto a un determinado marco de referencia. Generalmente se utiliza el método de control de actitud activo (ver control de actitud de la nave espacial).

El control de actitud de tres ejes es adecuado para naves espaciales tripuladas o no tripuladas que operan en varias órbitas con varios requisitos de puntería, y también se utiliza para el retorno, encuentro y atraque de naves espaciales y cambios de órbita. El satélite de observación de la Tierra requiere que sus tres ejes sean estables con respecto a la Tierra.

El sistema de control de actitud de tres ejes es un dispositivo para lograr el control de actitud de tres ejes. Incluye un sensor de actitud (ver sensor de actitud de la nave espacial), un controlador de actitud y un actuador de control de actitud (ver actuador de control de actitud de la nave espacial). De acuerdo con el método de generación de par de control, se puede dividir en dos tipos: sistema de control de actitud de tres ejes de chorro y sistema de control de actitud de tres ejes basado en el volante.

Se requieren al menos 6 boquillas para el sistema de control de actitud de tres ejes del chorro. No se necesitan otros medios de control auxiliares y es adecuado para naves espaciales de corta duración en órbitas bajas y medias.

El índice de rendimiento comúnmente utilizado en el diseño de sistemas es minimizar el tiempo del proceso de transición y el consumo de combustible bajo la condición de satisfacer la precisión de control dada.

Las naves espaciales que utilizan este tipo de sistema de control incluyen la nave espacial estadounidense “Mercury”, la nave espacial “Gemini”, la nave espacial “Apollo” y los transbordadores espaciales, y los satélites retornables de detección remota de China.

Dado que el sistema de control de actitud de tres ejes basado en el volante necesita saturar el volante, por lo general utiliza par de chorro, par magnético o par de gradiente de gravedad como medios auxiliares.

Este tipo de sistema es adecuado para naves espaciales de larga duración con alta precisión de puntería en órbitas medias y altas. El control de actitud basado en el volante se divide en un sistema de control de impulso de sesgo y un sistema de control de impulso cero.

El primero es un sistema de control de volante que tiene un momento angular promedio constante (llamado momento de polarización) en un eje (como el eje de paso de un satélite orientado a la tierra). Este tipo de sistema puede eliminar el sensor de guiñada.

Este último es un sistema de control de volante con un momento angular promedio igual a cero. Por lo general, se utilizan tres ruedas de reacción instaladas a lo largo del eje del cuerpo de la nave espacial. Para mejorar la confiabilidad del sistema, a veces se agrega una rueda de reacción inclinada como respaldo. El sistema de control de momento cero debe utilizar un sensor de guiñada.

Otro sistema de control de actitud de tres ejes basado en un volante es un sistema que utiliza un giro de momento de control, pero el sistema es más complicado. Al diseñar un sistema de control de actitud de tres ejes basado en un volante, el error de actitud mínimo y el menor consumo de energía son a menudo los indicadores de rendimiento.

El Landsat de los Estados Unidos, el Skylab, el satélite astronómico holandés y el satélite internacional de telecomunicaciones V (véase “Satélite internacional de telecomunicaciones”) son ejemplos típicos de este tipo de control de actitud de tres ejes.