Bagaimana Satelit Bekerja di Ruang Angkasa ?

Salah satu pertanyaan sains yang populer belakangan ini adalah bagaimana cara kerja satelit? Yah tentu saja pertanyaan ini berkaitan erat dengan booming-nya topik kontroversial bumi datar. Kali ini aku akan coba mengupas bagaimana satelit bekerja.

Bagaimana Cara Kerja Satelit?

Pembahasan kali ini akan terpusat pada cara peluncuran satelit hingga satelit tersebut mengorbit bumi. Jadi mengenai penggunaan satelit sebagai alat untuk GPS, penelitian dan fotografi luar angkasa tidak akan aku bahas disini, mungkin akan ada di postingan berikutnya.

Yang akan aku bahas ialah struktur roket peluncur satelit, bahan bakar roket peluncur, bagaimana roket mampu menembus mesosfer yang sangat dingin dan thermosfer yang sangat panas, alasan kenapa satelit harus melaju 28.000 km/jam dan bagaimana satelit bisa mengorbit bumi?

Struktur Roket

Berbicara mengenai bagaimana satelit bisa mengorbit bumi, maka pasti akan membahas mengenai cara peluncuran satelit. Teman-teman pasti sudah tahu kan kalau satelit selalu diluncurkan menggunakan roket?

Ada beragam jenis satelit dengan berbagai macam tujuan dan desainnya, oleh karena itu pada peluncurannya diperlukan jenis roket yang spesifik juga. Akan sangat sulit untuk menjelaskan seluruhnya tentang kombinasi struktur roket dan satelit ini, tetapi NASA memberikan gambaran sederhana-nya di webnya. Contohnya roket peluncur untuk satelit berjenis Kepler ialah seperti ini:

Contoh lainnya bisa kalian coba di link berikut: Aplikasi website NASA Roket Science. Di web tersebut kalian juga bisa melihat proses peluncurannya.

Dari gambaran ini bisa kita lihat bahwa cara kerja satelit ialah selama peluncuran di atmosfer bumi, posisi satelit berada di bagian dalam roket yang terlindung dari kondisi luar sebelum roket mencapai luar angkasa. Setelah di luar angkasa barulah permukaan roket dibuang dan satelit melaju tanpa pelindung.

Material Roket

Setiap bagian pada roket menggunakan material yang berbeda-beda, yang pasti desainnya berlapis-lapis dan dirangkai untuk bersifat tahan panas dan insulator (tidak menyalurkan panas).

Bagian luar-depan dari roket menggunakan reinforced carbon-carbon (RCC). Sifat material ini ialah mampu menahan temperatur hingga 2000 ^oC dan tekanan mencapai 700 MPa. Densitas material ini ialah 1.6-1.9 gr/cm³ lebih ringan 4 kali lipat dibandingkan besi yang massa jenisnya 7.9 gr/cm³.

Material penting lainnya yang digunakan sebagai dinding roket ialah High-temperature Reusable Surface Insulation (HRSI). Material ini memberikan perlindungan pada bagian dalam roket. Penggunaan bahan ini mampu membuat material bagian dalam bertahan dari perubahan temperatur yang ekstrim (-270 ^oC hingga 1600 ^oC). Kemudian jika roket membawa manusia (Space Shuttle) material lainnya yang digunkan ialah LRSI, FRCI dan TUFI.

Material roket ini harus tahan dingin dan panas yang ekstrim. Ini karena fakta bahwa lapisan atmosfer yang menyelimuti bumi memiliki karakter yang ekstrim panasnya dan ekstrim dinginnya. Lapisan Mesosphere pada ketinggian 50-100 km dari permukaan bumi memiliki temperatur mencapai -143 ^oC, sedangkan Thermosphere yang berada di ketinggian 85-500 km dari permukaan bumi mampu mencapai temperatur 2000 ^oC.

Baca Juga: Bagaimana Satelit Bertahan di Termosfer

Bahan Bakar Roket

Tidak seperti pesawat yang memiliki standard Avtur sebagai bahan bakarnya, roket memiliki banyak sekali pilihan bahan bakar tergantung dari sistem peluncurannya (propulsion method). Beberapa metode peluncuran roket yang telah dikembangkan dapat dilihat pada: tabel cara peluncuran roket Wikipedia.

Solid Fuel Rocket

Salah satu metode yang sudah pernah digunakan untuk penerbangan luar angkasa ialah Solid-fuel Rocket dengan menggunakan bahan bakar Solid Rocket Boosters campuran dari Amonium perklorat (sebagai pengoksidasi, 69.6% dari berat bahan bakar), Alumunium (sebagai bahan bakar, 16%), Besi Oksida (sebagai katalis, 0.4%), polibutadiena akrilonitril (PBAN) polimer (bahan bakar kedua, 12.04% dan epoxy (pengeras bahan bakar, 1.96%. Jadi jangan dikira ini semudah bahan bakar pesawat ataupun kendaraan bermotor.

Electrostatic Ion Thruster

Saat aku mengunjungi K-Computer kemarin, salah satu fasilitas yang bisa aku nikmati ialah penggunaan Virtual Reality (VR) dalam simulasi pelepasan ion dari roket yang sistem pendorongnya ialah Electrostatic Ion Thruster. Dalam simulasi itu mereka mencoba melihat pergerakan dari ion-ion ketika telah dilepaskan dari shuttle space/roket.

Nah Elektrostatic Ion Thruster ini biasanya menggunakan Xenon sebagai atom propelant-nya (warna hijau). Xenon masuk ke dalam chamber yang kemudian di bombardir dengan elektron(warna kuning), hasilnya ialah terbentuknya plasma. Elektron yang ada pada katode ditingkatkan kecepatannya menuju anoda(postitife gride), sehingga dapat menghasilkan elektron dengan energi tinggi. Sementara ion yang kehilangan elektron akan bermuatan positif(warna biru) dan bergerak menuju plasma yang terbentuk, hasilnya ialah gaya tolakan antara ion positif dan negatif yang sangat kuat. Gaya tolakan ini digunakan sebagai pendorong roket berdasarkan hukum ke-3 Newton.

Jadi bagi yang merasa sudah cukup pintar dan mengira kalau bahan bakar satelit itu kelasnya masih bensin atau senyawa hidrokarbon, harap minggir dulu yah. Proses ini menggunakan teknologi yang sangat advance dan melibatkan perhitungan yang sangat rumit. Melihat simulasinya saja aku sudah seperti orang kampungan apalagi teknologi aslinya.

Bagaimana Satelit Mengorbit Bumi?

Proses penempatan satelit pada orbitnya ini persis seperti yang digambarkan dalam animasi NASA yang sudah kalian lihat di sini. Pendorong satelit yang terakhir harus memiliki cukup energi untuk mendorong satelit mencapai kecepatan minimum 8 km/s atau sekitar 28.000 km/jam, sebelum kemudian melepaskan satelit tersebut. Kesalahan sedikit saja pada sudut peluncuran ataupun kecepatan peluncuran akan menyebabkan misi pengiriman satelit gagal.

Satelit yang bentuknya tidak aerodinamis mampu melaju dengan kecepatan 28.000 km/jam. Kecepatan ini memang lebih tinggi dari kecepatan suara yang hanya 1.236 km/jam. Fakta bahwa satelit yang bentuknya tidak aerodinamis ini dapat melaju puluhan kali lipat kecepatan suara hanya bisa terjadi karena lingkungannya berada di luar angkasa. Di luar angkasa kerapatan jenisnya ialah 6x10^-27 dari kerapatan jenis udara bumi. Ini sangat-sangat jauh berbeda dengan kondisi normal yang setiap hari kita alami

Kecepatan satelit sendiri harus mencapai 8 km/s atau 28.000 km/jam berdasarkan perhitungan hukum Newton dan Kepler tentang orbital satelit. Pembahasan mengenai ini bisa kalian baca di bagian: Ide Newton Untuk Membuat Satelit.

Sumber:

http://www.mystupidtheory.com/2016/09/bagaimana-satelit-bekerja.html

https://en.wikipedia.org/wiki/Reinforced_carbon%E2%80%93carbon#Mechanical_properties
http://www.swri.org/3pubs/ttoday/fall03/LeadingEdge.htm
https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Shuttle_thermal_protection_system#High-temperature_reusable_surface_insulation_.28HRSI.29
http://web.archive.org/web/20050330130012/http://www.cpia.jhu.edu:80/pdfs/cptrs/CPTR_96-65.pdf
http://wikipedia.org
http://www.nasa.gov/externalflash/RocketScience101/RocketScience101.html
http://nasa.gov