PENERBANGAN ANGKASA LUAR PENERBANGAN ANGKASA LUAR

Abdullah Agus Ma’rufiPT. Dirgantara Indonesia

Indonesian Aerospace (IAe)Telp. : 022-6054289 ; HP : 081573136950

e-mail : marufi@indonesian-aerospace.com

Lokakarya Pengembangan Pembelajaran Lokakarya Pengembangan Pembelajaran Ilmu Pengetahuan Bumi dan AntariksaIlmu Pengetahuan Bumi dan Antariksa

Planetarium dan ObservatoriumPlanetarium dan Observatorium Dinas Pendidikan Menengah dan Tinggi Dinas Pendidikan Menengah dan Tinggi

Propinsi DKI JakartaPropinsi DKI Jakarta

Jakarta, 13 November 2006Jakarta, 13 November 2006

Hai jama'ah jin dan manusia, jika kamu sanggup menembus (melintasi) penjuru langit dan bumi, maka lintasilah, kamu tidak dapat menembusnya kecuali dengan kekuatan.

Q. S. Ar-Rahmaan : 33

PENDAHULUANPENDAHULUAN

• Eksplorasi ruang angkasa dimulai pada saat terjadi perang dingin antara Amerika Serikat dan Uni Sovyet (setelah tahun 1957).

• Missi-missi awal wahana antariksa dimulai dengan peluncuran wahana antariksa tak berawak otomatis (proba), dilanjutkan dengan pengiriman berbagai missi wahana antariksa berawak

• Penerbangan angkasa luar telah membawa suatu lompatan besar dalam pengetahuan dan pemahaman manusia mengenai Bumi dan planet-planet tetangganya di tata surya kita pada khususnya, maupun alam semesta pada umumnya.

ALASAN PELUNCURAN WAHANA ANTARIKSA

Alasan Utama : mengumpulkan data-data dan informasi scientific serta engineering mengenai ruang angkasa.

FASE PENGEMBANGAN WAHANA ANTARIKSA

• Fase Desain Konsep (Conceptual Design)

• Fase Desain Pendahuluan (Preliminary Design)

• Fase Definisi (Definition)

• Fase Desain dan Pengembangan (Design and Development)

• Fase Operasi (Operation)

         PRIMARY MISSION

         EXTENDED MISSION

Operations Phase MO&DA

(Mission Ops & Data Analysis)

         FLIGHT READINESS REVIEW

         TEST READINESS REVIEW

         CRITICAL DESIGN REVIEW

         PRELIMINARY DESIGN REVIEW Phase C/D Design & Development ATLO (Assembly, Test, Launch, and Operation)

         NON-ADVOCATE REVIEW

         SYSTEM DESIGN REVIEW

         SYSTEM REQUIREMENTS REVIEW Phase BDefinition

  Phase A

Preliminary Analysis

  Pre-Phase A

Conceptual Study

FASE PENGEMBANGAN WAHANA ANTARIKSA

PERTIMBANGAN DESAIN WAHANA ANTARIKSA

• Budget

• Perubahan Desain

• Keterbatasan Viewperiod

• Kemampuan Tracking

• Pemrosesan Data

Budget

PERTIMBANGAN DESAIN WAHANA ANTARIKSA

Lintasan (trajectory) wahana antariksa dibatasi oleh kaedah-kaedah mekanika benda langit, sedangkan ketersediaan dana yang ada akan menjadi kendala bagi proyek peluncuran wahana tersebut.

Peluncuran wahana yang menggunakan lintasan langsung atau dengan memanfaatkan bantuan gaya gravitasi benda-benda langit lainnya (gravity assist).

Optimasi kaedah mekanika benda langit sehingga dapat dilakukan penghematan dari segi biaya sesuai dengan missi wahana yang diinginkan.

Perubahan Desain

PERTIMBANGAN DESAIN WAHANA ANTARIKSA

• Tujuan, ruang lingkup, waktu peluncuran, serta prediksi biaya harus ditentukan sebelum desain wahana antariksa diproduksi.

• Berbagai perubahan terjadi meski desain (berikut jumlah budget yang dianggarkan) sudah disetujui (approved).

• Perubahan desain dapat terjadi pada setiap fase desain. Makin lambat dilakukan perubahan desain, maka akan semakin menambah biaya.

PERTIMBANGAN DESAIN WAHANA ANTARIKSA

Keterbatasan Viewperiod

Waktu peluncuran berbagai missi wahana antariksa dipengaruhi oleh geometri sistem tata surya yang mengharuskan untuk memilih waktu peluncuran yang paling optimal. Hal ini berkaitan dengan bagian langit mana yang akan dilalui oleh wahana antariksa dan berapa banyak wahana yang harus dikendalikan oleh antena stasiun bumi

Viewperiod : waktu yang diperlukan oleh stasiun bumi untuk melakukan observasi pada suatu wahana antariksa tertentu di atas horizon lokal-nya.

Viewperiod biasanya adalah sekitar 8 – 12 jam perhari.

PERTIMBANGAN DESAIN WAHANA ANTARIKSA

Kemampuan TrackingDesain on-board storage, telemetry, lintasan wahana (trajectory), dan perioda peluncuran wahana antariksa harus mempertimbangkan kemampuan stasiun bumi dan data handling • High Gain Antenna

• On-board Storage untuk penyimpanan data• Pemantauan oleh stasiun bumi selama 24 jam • Downlink data-data scientific ke bumi

Pemrosesan Data

PERTIMBANGAN DESAIN WAHANA ANTARIKSA

Tingkat kompleksitas dan volume telemetry dari missi akan berpengaruh terhadap biaya pemrosesan data di stasiun bumi

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Diagram Alir Proses Desain Sistem Wahana Antariksa

Aplikasi dan Misi Ruang Angkasa (Space Missions And Applications). Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa (Space Environment And Spacecraft Interaction).

Mekanika Orbit dan Desain Missi (Orbital Mechanics And Mission Design)

Geometri Missi Ruang Angkasa (Space Mission Geometry)

Desain Missi Wahana Antariksa (Spacecraft Mission Design)

Sistem Pendukung Missi (Mission Support System)

Penentuan dan Pengendalian Sikap Satelit (Satellite Attitude Determination And Control)

Sistem Propulsi Wahana Antariksa (Spacecraft Propulsion System)

Sistem-sistem Peluncur (Launch Systems)

Komunikasi Ruang Angkasa (Space Communications)

Sistem Daya Wahana Antariksa (Spacecraft Power Systems)

Sistem Kendali Panas (Thermal Control System)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Aplikasi dan Misi Ruang Angkasa (Space Missions And Applications).

Science, Exploration, Commercial, National Security, Customers. Science, Exploration, Commercial, National Security, Customers.

Eksplorasi Ruang Angkasa(Space Exploration)

Satelit dan Wahana Antariksa Tak-Berawak(Satellite and Unmanned Spacecraft)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Wahana Antariksa Berawak (Manned Spacecraft)

Eksplorasi Ruang Angkasa(Space Exploration)

Perjalanan ke ruang angkasa dimungkinkan jika suatubenda dapat melawan gaya gravitasi bumi.

Wahana antariksa harus mempunyai kecepatan lepas (v-escape)sebesar : 11.1 km/det (7 miles/det), or 39,600 km/jam

Manusia sudah tertarik dengan berbagai fenomena yang ada di alam semesta sejak jaman purba, namun mereka belum mempunyaiKemampuan teknis untuk menguak rahasia alam

Eksplorasi ruang angkasa dimulai semenjak akhir PD-II. Amerika dan UniSovyet saling berlomba untuk memainkan peranan penting pada penerbangan ruang angkasa.

Aplikasi dan Misi Ruang Angkasa (Space Missions And Applications).

- Didisain tidak untuk mengangkut awak pesawat - Tidak dilengkapi dengan peralatan sistem pendukung kehidupan (life support system). - Dapat melakukan perjalanan lebih lama di daerah-daerah berbahaya dengan resiko yang lebih kecil - Wahana melakukan fungsinya melalui : * Pengendalian jarak jauh dari Bumi (Robotik) * Seluruhnya otomatis melalui onboard computer * Kombinasi antara kedua cara tersebut di atas.

Wahana Antariksa Tak Berawak atau Robotik(Unmanned or Robotic Spacecraft)

Aplikasi dan Misi Ruang Angkasa (Space Missions And Applications).

Contoh :

- Uni Sovyet : Sputnik-1 (satelit pertama), Luna (ke bulan), Veneera (ke Venus)- Amerika : Explorer-1, Ranger, Lunar Orbiter, Surveyor (ke bulan)- Jepang dan Eropa : Sakigake, Suisei, Giotto (komet Halley)- Hubble Space Telescope- Ulysses dan ACE (untuk mempelajari matahari)- NEAR (asteroid EROS)- Deep Space-1, Cassini, Mars Exploration Rovers, Mars Express, Stardust- dll

- Berisi satu atau lebih awak pesawat yang berfungsi sebagai pengemudi wahana atau sebagai pelaksana peneliti maupun tugas-tugas khusus tertentu lainnya.

- Dilengkapi dengan sistem pendukung kehidupan untuk tempat tinggal para awak. Misalnya : cockpit, cabin, rest system, dsb.

- Biasanya didesain untuk dapat bekerja pada modus otomatis, sehingga dapat berfungsi sebagai wahana tak berawak.

Wahana Antariksa Berawak(Manned Spacecraft)

Aplikasi dan Misi Ruang Angkasa (Space Missions And Applications).

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Lingkungan ruang angkasa dan atmosfer bumi sangat berpengaruh terhadap wahana antariksa.

Interaksi wahana antariksa dengan lingkungan di ruang angkasa akan membatasi kemampuan wahana antariksa tersebut (malfunctions atau loss of components/subsystems).

Beberapa Faktor Lingkungan Ruang Angkasa adalah : Pancaran Sinar Matahari dan Pantulan Cahaya dari Bumi (Sunlight and Earthshine) Gaya-gaya Gravitasi (Gravity) Medan Magnet dan Listrik (Magnetic and Electric Fields) Gas Netral (Neutral Gases) Plasma (Plasmas) Partikel-partikel Bermuatan Cepat (Fast Charged Particles) Meteorid dan Sampah Ruang Angkasa (Meteoroids and Debris) Lingkungan yang Diturunkan dari Sistem (System Generated Environment)

Faktor LingkunganFaktor Lingkungan Efek yang DitimbulkanEfek yang Ditimbulkan

Sunlight and Earthshine Heating, Thermal Cycling, Material Damage, Sensor Noise, Drag, Heating, Thermal Cycling, Material Damage, Sensor Noise, Drag, Torques Photoemission, [Power]Torques Photoemission, [Power]

GravityGravity Acceleration, Torques, [Stabilization]Acceleration, Torques, [Stabilization]

PlasmasPlasmas Charging, Arcing, Parasitic Currents, System Potentials, Charging, Arcing, Parasitic Currents, System Potentials, Sputtering, Enhanced Contamination, ES & EM Waves (Noise), Sputtering, Enhanced Contamination, ES & EM Waves (Noise), Plasma Waves & Turbulence, Change of EM Refractive IndexPlasma Waves & Turbulence, Change of EM Refractive Index

Magnetic and Electric FieldsMagnetic and Electric Fields Torques, Drag, Surface Changes, PotentialsTorques, Drag, Surface Changes, Potentials

Neutral GasesNeutral Gases Drag, Torques, Material Degradation, Vacuum, Contamination, Drag, Torques, Material Degradation, Vacuum, Contamination, High Voltage BreakdownHigh Voltage Breakdown

Fast Charged ParticlesFast Charged Particles Radiation Damage, Internal Charging, Single Event Upsets, Radiation Damage, Internal Charging, Single Event Upsets, Arcing, NoiseArcing, Noise

Meteoroids and DebrisMeteoroids and Debris Mechanical Damage, Enhanced Chemical & Plasma Interactions, Mechanical Damage, Enhanced Chemical & Plasma Interactions, Local Plasma Production, Induced ArcingLocal Plasma Production, Induced Arcing

System Generated EnvironmentSystem Generated Environment System Dependent:Neutrals, Plasma, Fields, Forces & Torques, System Dependent:Neutrals, Plasma, Fields, Forces & Torques, Particles, RadiationParticles, Radiation

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

Pancaran Sinar Matahari dan Pantulan dari Bumi(Sunlight and Earthshine)

Flux Level radiasi matahari pada panjang gelombang pendek (sinar-Gamma, sinar-X, dan Ekstrim UV) dan panjang gelombang radio memperlihatkan variasi yang kuat terhadap aktifitas matahari (100x)

Bumi dan atmosfernya memantulkan cahaya matahari dan memancarkanradiasi panas. Spektrum panas yang terlihat dari orbit satelit adalahberasal dari spektrum permukaan bumi (288oK) dan atmosfer (218oK)

Akibatnya terjadi efek pemanasan pada permukaan wahana antariksa, Diperlukan sistem kendali temperatur (thermal control). Pada satelit LEO (Low Earth Orbit), pengaruh Earthshine lebih dominan.

Pengaruh siklus thermal akibat dari perioda gerhanasaat wahana mengalami masa gerhana, ketika tertutupoleh pancaran sinar matahari.

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

Gravitasi (Gravity)

Adanya medan gravitasi (bumi, bulan, matahari, planet)berpengaruh terhadap penentuan orbit satelit.

Pengaruh medan gravitasi terhadap wahana antariksa :

- Perubahan arah sumbu panjang wahana antariksa ke arah radial- Menghasilkan tegangan struktur wahana antariksa sepanjang arah radial - Menghasilkan torsi yang menyebabkan perubahan akselerasi wahana antariksa- Mengganggu stabilisasi wahana antariksa

Interaksi antara angin matahari dan medan magnet bumi menyebabkan medan magnet bumi di sisi malam terdorongdengan struktur sangat panjang yang disebut magnetotail.

Panjang magnetotail ini bisa mencapai 1000 kali radius bumiyang membentang paralel dengan aliran kecepatan anginmatahari.

Energi kinetik angin matahari berubah menjadi energi magnetik di dalam magnetotail yang menyebabkan terjadinya badai magnetik yang menghasilkan semburan “plasma” (5 – 20 keV) ke arah bumi.

Plasma panas ini dapat menembus sampai ketinggian orbit Geosynchronous. Plasma akan menyebabkan permukaan satelit menjadi bermuatan listrik dengan voltage tinggi

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

Plasma dan Magnetosphere

Di dekat permukaan bumi (beberapa ribu km), medanmagnet bumi (magnetosphere) adalah dipolar, namunsemakin jauh dari permukaan bumi, medan menjadi terdistorsi. Bentuk magnetosphere ditentukan oleh interaksi antara medan magnet bumi, angin matahari, Dan arus plasma di dalam magnetosphere

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

Medan Magnet dan Listrik (Magnetic and Electric Field)

Efek Medan Magnet terhadap wahana antariksa :- Adanya torsi magnetik akibat aliran arus dan momen magnetik (mengganggu stabilisasi sikap)- Induksi elektromagnetik akibat dari gerakan wahana antariksa melalui medan magnet bumi- Terjadi momen dipole, aliran arus, dan permukaan wahana yang bermuatan listrik.

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

Gas Netral (Neutral Gases)

Kerapatan dan tekanan atmosfer berkurang terhadap ketinggian wahana antariksa dari permukaan bumi. Temperatur kinetik gas diorbit lebih tinggi daripada di permukaan bumi. Komposisi atmosferdi kedua tempat tersebut pun berbeda.

Kerapatan, temperatur, dan komposisi atmosfer bervariasi harian terhadap tingkat aktivitas matahari. Atom Oksigen (O)merupakan unsur dominan pada ketinggian < 500 km dan >1000 km (selama perioda aktivitas matahari yang tinggi). Unsur lain adalah , He, N2, O2, dan Ar.

Pada satelit LEO, kecepatan sepanjang orbit (along-track) lebih besar dibandingkan dengan kecepatan thermal atom dan molekul. Sehingga terbentukdaerah “ram and wake” semburan material gas netral dengan kerapatan tinggi di ruang angkasa yang dapat menjadi sumber contaminant bagi operasi thruster wahana antariksa (untuk kendali sikap - attitude control dan reboost ), serta persediaan air untuk manned S/C.Menyebabkan gaya “Atmospheric Drag” dan torsi yang berpengaruh pada lifetime satelit.

Partikel-partikel energetik yang terdapat di lingkungan bumi berasal dari : elektron dan ion (trapped particles) yang ada di dalam sabuk radiasi Van Allen, proton dari solar flare, dan radiasi sinar kosmik galaktik. Partikel-partikel tersebut akan memberikan penetrasi pada material wahana antariksa

Trapped particles adalah bagian integral dari magnetosphere bumi, gerakannya didominasi oleh medan magnet bumi berbentuk spiral mengelilingi garis-garis medan magnetik.

Aktivitas solar flares menghasilkan proton-proton energetic (10 MeV – 1 GeV) yang mengganggu magnetosphere bumiSecara sporadis. Wahana antariksa yang mengorbit bumimasih terlindungi oleh magnetosphere, tetapi bagi wahanayang mempunyai inklinasi tinggi atau yang mempunyaiAltitude tinggi akan terkena efek dari partikel ini.

Sinar kosmis galaktik berasal dari luar sistem tata surya.Terdiri dari Proton, partikel alpha, dan inti berat. Energi : 100 MeV

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

Partikel-partikel Bermuatan dan Bergerak Cepat (Fast Charged Particles)

Meteorid adalah partikel-partikel padat yangBerasal dari ruang antar planet (extraterestrial)di sekitar bumi.

Meteorid menyatakan distribusi kecepatan dalamarah isotropic, namun mempunyai perubahan kecepatan antara bumi danruang antar planet. Range kecepatan mulai dari 11.1 km/det (v_escape) sampai sekitar 72.2 km/det di atas atmosfer bumi, rata-rata sekitar 16.9 km/det. Di ruang antar planet, kecepatan semakin berkurang menjadi nol.Kecepatan rata-rata menjadi sekitar 12-13 km/det.

Debris adalah partikel padat yang berasal dari materialbuatan manusia (wahana antariksa yang sudah tidak aktif dan dibuang karena berakhir “life-time” – nya sehingga menjadi sampah di ruang angkasa).

Efek : mechanical damage, Enhanced Chemical & Plasma Interactions, Enhanced Chemical & Plasma Interactions, Local Plasma Production, Induced ArcingLocal Plasma Production, Induced Arcing

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

Meteorid dan Sampah Ruang Angkasa(Meteoroid and Debris)

Interaksi Wahana Antariksa dan Lingkungan Ruang Angkasa(Space Environment And Spacecraft Interaction)

Lingkungan yang Disebabkan oleh Sistem di dalam Wahana(System Generated Environment)

System Dependent:Neutrals, Plasma, Fields, Forces & Torques, Particles, Radiation

Kontribusi sistem terhadap lingkungan lokalnya tergantung pada karakteristik sistemTersebut, seperti : ukuran, tingkat power/voltage, type operasi, payload, dsb.

Faktor lingkungan yang dipengaruhi adalah : gas netral, plasma berenergi rendah, dan medan (listrik – magnet).

Sistem juga berpengaruh pada lingkungan gas netral melalui populasi netral ambientmenghasilkan fenomena ram and wake. Hal ini berkontribusi terhadap populasi jumlahgas netral via outgassing, operasi thruster, gas kimia yang dilepas, dll.

Populasi plasma juga dipengaruhi oleh medan listrik-magnet yang diturunkan olehsistem tenaga (power system), arus permukaan, dan/atau gerakan wahana antariksa.

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Hukum Kepler :

a : setengah sumbu panjang (semimajor axis)e : eksentrisitas (eccentricity) i : inklinasi (inclination, 0 < i < 180 deg) Ω : right ascension of the ascending node ω : argumen perigee (argument of perigee)M : anomaly rata-rata (mean anomaly, or M0, mean anomaly at epoch t0)

Parameter Orbit Satelit

(a, e, i, Ω, ω, M)

Elemen Keplerian

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Gangguan Orbit Satelit (Satellite Orbit Perturbation)

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Pada kenyataannya, satelit mengalamiberbagai macam gangguan selamamelintas di orbitnya. Sehingga terjadideviasi terhadap elemen orbitnya.

Gangguan berasal dari :

- GRAVITASIONAL- ATMOSPHERIC- RADIASI MATAHARI- Space Debris, dll.

Satellite Command and Control

System

Ground Station

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Ditinjau Dari Segi Daerah Jelajah

a. Wahana Antariksa di Sekeliling Bumi (Near Earth Spacecraft)

b. Wahana Antariksa Antar Planet (Interplanetary Spacecraft)

c. Wahana Antariksa Antar Bintang (Interstellar Spacecraft)

Voyager

Orbit Bumi Rendah (Low Earth Orbit - LEO)- Orbit mengelilingi bumi yang terletak antara atmosfer dan sabuk radiasi Van Allen,- Altitude antara 200 - 2000 km di atas permukaan bumi. - Pada ketinggian ini, satelit akan mengalami orbital decay akibat atmospheric drag dalam bentuk gas di thermosphere (kira-kira 80-500 km) atau exosphere (kira-kira > 500 km), tergantung pada ketinggian orbit. Misal : Space Shuttle, Soyuz, satelit-satelit militer/mata-mata (Big Bird dan Cosmos), satelit komunikasi masa depan (misal : Iridium, Orbcom), Teleskop Hubble, Space Station

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa di Sekeliling Bumi (Near Earth Spacecraft)

Orbit Bumi Rendah (Low Earth Orbit - LEO)

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa di Sekeliling Bumi (Near Earth Spacecraft)

Sun-Synchronous OrbitSatelit pada orbit sunsynchronous bergerak mengelilingi bumi dari kutub-ke-kutub dengan bidang orbit membentuk sudut tertentu yang sama (a) terhadap arah matahari. Satelit pada orbit ini dapat melihat semua daerah di permukaan bumi selama beberapa kali dalam satu hari.

Misal : Satelit Cuaca Global

Orbit Kutub (Polar Orbit), orbit satelit melintas kutub utara dan selatan bumi). Satelit dapat melaksanakan pengamatan dalam waktu lama pada daerah belahan bumi utara - selatan

Misal : Satelit Militer (mata-mata).

Medium Earth Orbit (MEO), adalah orbit dengan ketinggian 2.000 – 20.200 km

Type satelit di orbit ini adalah konstelasi satelit navigasi :- GPS (Global Positioning System)- GLONASS (Global Orbiting Navigation Satellite System)- GALILEO

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa di Sekeliling Bumi (Near Earth Spacecraft)

Orbit Bumi Menengah (Medium Earth Orbit - MEO)

High Earth Orbit (HEO) – adalah orbit dengan ketinggian di atas 20.200 km sampai dengan 36.000 km (Orbit Geosynchronous).

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa di Sekeliling Bumi (Near Earth Spacecraft)

Orbit Bumi Tinggi (High Earth Orbit - HEO)

Orbit Geosinkron mempunyai perioda revolusi orbit sama dengan perioda sideris rotasi bumi. Jarak ”setengah sumbu panjang” adalah 42.264 km dari pusat bumi.

Pada jarak ini perioda orbit satelit adalah sebesar 24 jam, sehingga bila dipandang dari permukaan bumi posisi satelit di dalam ruang relatif tetap.

Misal : satelit komunikasi (Palapa).

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa di Sekeliling Bumi (Near Earth Spacecraft)

Orbit Geosinkron (Geosynchronous Orbit - GSO)

Orbit Molniya adalah suatu orbit yang mempunyai elliptisitas tinggi dengan inklinasi sebesar 63.4° dan perioda orbit sekitar 12 jam dimana gangguan pada agumen perigee adalah nol. Satelit yang ditempatkan di orbit ini akan menghaiskan sebagian besar waktunya pada daerah di permukaan bumi yang sudah didesain sebelumnya (apogee dwell)

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa di Sekeliling Bumi (Near Earth Spacecraft)

Orbit Molniya

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa Antar Planet (Interplanetary Spacecraft)

Planetary Fly-by

Wahana masuk ke dalam bola pengaruh (sphere of influence) untuk terbang melintas dalam jarak yang relatif dekat dengan planet tersebut

Tujuan : - Penelitian singkat pada planet tujuan - Manuver Swing-by- Melepas wahana Planetary Lander- Menjemput wahana Planetary Ascent

Planetary Orbiter

Galileo (Jupiter Mapping)

Wahana masuk ke dalam bola pengaruh planet tujuan dan mengorbit planet tersebut untuk melakukan penelitian pada planet tujuan

Tujuan :- Penelitian dalam jangka waktu lama pada planet tujuan- Melepas planetary lander dan me-relay data komunikasi antara planetary lander ke stasiun bumi- Menerima kembali sampel dari wahana planetary ascent

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa Antar Planet (Interplanetary Spacecraft)

(Atmospheric)Planetary LanderUntuk melakukan

penelitian atmosfer di planet tujuan (kalau ada)

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa Antar Planet (Interplanetary Spacecraft)

(Geology)Planetary Lander

Mars Pathfinder

Didesain untuk melakukan pendaratan di planet tujuan dan mampu bertahan hidup cukup lama untuk melakukan telemetry data-data hasil penelitian permukaan planet ke bumi

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa Antar Planet (Interplanetary Spacecraft)

Planetary Rover

Wahana yang bertujuan untuk melakukan penelitian dan penjelajahan di permukaan planet pendaratan.

Planetary Rover didesain untuk bisa semi-otomatis. Dalam arti, wahana dapat dikendalikan dari bumi, namun apabila terjadi delay pada komunikasi radio, maka wahana harus dapat melakukan pengambilan keputusan sendiri pada saat pergerakannya.

Tujuan : untuk mengambil foto-foto dan melakukan analisa tanah / geologi pada permukaan planet, serta mengumpulkan berbagai sample untuk dibawa pulang ke bumi.

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa Antar Planet (Interplanetary Spacecraft)

Planetary Ascent

Wahana yang digunakan untuk naik dari suatu permukaan planet ke orbit di sekitar planet tersebut atau langsung ke garis lintasan pulang ke bumi.

Tujuan dari wahana ini adalah untuk membawa hasil-hasil penelitian permukaan / atmosfer planet seperti sampel tanah, gas, atau mineral kembali ke bumi.

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Wahana Antariksa Antar Planet (Interplanetary Spacecraft)

Wahana Antariksa Antar Bintang (Interstellar Spacecraft)

Wahana antariksa antar bintang adalah wahana antariksa yang digunakan dalam missi penjelajahan antar bintang. Sampai saat ini belum ada proyek resmi untuk missi ini. Masalah yang masih dipelajari dan belum terpecahkan untuk wahana antar bintang ini adalah bagaimana mengatasi jarak yang sangat astronomik dalam jangkauan teknologi yang ada saat ini maupun masa depan.

Sebagai contoh : jarak bintang terdekat dengan matahari, yaitu Alpha Centaury adalah sekitar 4 tahun cahaya atau sebesar 3.7325 x 1.013 km. Bila ditempuh dengan wahana antar planet, contoh yang tercepat adalah voyager-2 dengan kecepatan 27,000 km/jam, maka wahana ini akan sampai di bintang Alpha Centaury dalam waktu 160,000 tahun. Suatu hal yang tidak mungkin dilakukan dengan keterbatasan teknologi yang ada saat ini.

Golden Record from Earth

Mekanika Orbit Satelit dan Desain Missi (Satellite Orbital Mechanics and Mission Design)

Satellite Ground TracksSatellite Horizon

Space Mission Engineering – adalah proses pendefinisian parameter-parameter dan perbaikan requirements untuk memenuhi obyektif dari missi-missi ruang angkasa dengan meminimalkan biaya dan resiko.

Analisis penerbangan ruang angkasa memerlukan pengetahuan tentang posisi saatini dan gerakan obyek seperti yang terlihat oleh wahana antariksa. Hal ini dalam upaya untuk mengetahui bagaimana mengarahkan wahana dan bagaimana menginterpretasikan apa yang berhasil diamati oleh kamera maupun antena wahana antariksa. Untuk itu diperlukan pengetahuan mengenai geometri missi ruang angkasa sistem koordinat

Geometri Missi RuangAngkasa(Space Mission Geometry)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Geometri Missi RuangAngkasa(Space Mission Geometry)

Swath :

Swath adalah daerah di permukaan bumi di sekitar ground trace yang dapat diobservasi oleh satelit pada saat satelit melintas di atasnya.

Pointing :

Pointing adalah orientasi wahana antariksa, sensor, kamera, atau antena ke arah suatu target yang memiliki posisi geografis atau arah inertial yang spesifik.

Mapping :

Mapping adalah penentuan posisi geografis dari titik pandang kamera, sensor, atau antena

Desain Missi Wahana Antariksa(Spacecraft Mission Design)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Sistem Pendukung Missi Wahana Antariksa(Spacecraft Mission Support)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Deep Space Network Radio astronomy mempelajari planet-planet, bintang, galaksi, dan obyek astronomis menggunakan gelombang radio yang dipancarkan.

Karena panjang gelombang radio lebih panjang daripada gelombang cahaya, maka radio astronomy memerlukan antena yang besar, seperti yang digunakan oleh DSN untuk berkomunikasi dengan wahana antariksa yang mengeksplorasi sistem tata surya.

Deep Space Network (DSN)

radiometry

Interferometry

VLBISpectroscopy

Spaceflight Tracking Data

Network (STDN)

Sistem Pendukung Missi Wahana Antariksa(Spacecraft Mission Support)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Mission Profile

Kennedy Space Center

Sistem-sistem Peluncur (Launch Systems)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Delta Space ShuttleTitanAriane Spacecraft

Sistem Kendali Sikap Wahana Antariksa(Spacecraft Attitude Control System)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Satelit memerlukan akurasi tinggi dalam pointingantena, kamera, atau sensor sehingga mereka memberikan coverage permukaan bumi yang diinginkan.

Requirement ini dapat dicapai melalui attitude controlsystem. Fungsi : untuk memelihara sikap wahanaantariksa, orientasinya di dalam ruang angkasa, tetap berada pada limit yang diperbolehkan, dan memberikan sikap wahana antariksa yang diinginkanUntuk melakukan manuver orbit.

Attitude control system terdiri dari sensor-sensor untuk attitude determination dan aktuator untuk memberikan torsi koreksi.

Beberapa torsi gangguan yang mungkin berasal dari :Tekanan radiasi matahari, gradient gravitasi, dan kesalahan Penyalaan thruster.

Sistem Propulsi Wahana Antariksa(Spacecraft Propulsion System)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Sistem propulsi mulai berfungsi sesaat setelah pemisahan wahana antariksa dari sistem peluncurnya.

Fungsi utama :- Mempertahankan stabilitas three-axis- Control spin- Eksekusi manuver- Reorientasi wahana pada saat apogee injection (Orbit Geosinkron)- Koreksi error orbit - Akuisisi dan kendali sikap satelit- Station keeping dan repositioning

Komponen sistem propulsi : tangki bahan bakar, plumbing systems, tangki helium (untuk supply tekanan ke tangki bahan bakar)

Bahan bakar wahana antariksa : solid propellant, liquid propellant(mono-propellant & bi-propellant), dan electric propulsion.

Tanks

Pressurizing System

Propellant Main EnginesThrust and ΔV’s

Spaceship Data Bus

Power Processing Units

Switch Boxes

Digital Control Interface

Propulsion

Functional Block Functional Block DiagramDiagram

Sistem Propulsi Wahana Antariksa(Spacecraft Propulsion System)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Sistem Komunikasi dan Pelacakan Wahana Antariksa (Spacecraft Communication and Tracking Systems)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Sistem komunikasi dan pelacakan memberikan command-link komunikasi dua-arah antara wahana antariksa dan stasiun bumi melalui transmisi telemetri, sinyal pelacakan Radar, dan recovery aids.

Typical sub-sistem komunikasi satelit terdiri dari : - Telemetry : memberikan transmisi real-time, delayed time, dan standby antara astronaut (atau wahana antariksa) dan stasiun bumi.- Tracking : memberikan respons pelacakan untuk menginterogasi sinyal dari stasiun bumi- Voice Communication : memberikan komunikasi antar astronaut, antar wahana dengan pusat komando pada saat peluncuran sampai re-entry, serta saat landing dan postlanding. - Digital Command : menerima dan men-decode-kan transmisi command dari stasiun bumi dan mentransformasikannya ke dalam format digital.- Antenna : memberikan daerah liputan sistem komunikasi selama missi wahana- Recovery Aids : memberikan informasi penentu arah untuk recovery pada saat landing serta indikasi visible untuk recovery pada saat operasi di malam hari

Sistem Daya Wahana Antariksa(Spacecraft Power System)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Power System (Sistem Daya) wahana antariksa bertugas untuk memberikan tenagalistrik pada missi wahana antariksa.

Power System pada wahana antariksa terdiri dari : Sumber-sumber Energi (Power Generation) : - Matahari (photovoltaic, thermoelectric, thermionic, or dynamic) - Baterai dan fuel cells - Nuklir (radio-isotop, fisi, fusi) - Lain-lain (antimatter, angin, kimia) Penyimpanan Energi (Energy Storage) : - Baterai, fuel cells, flywheels, kapasitor, superkonduktor Penanganan Daya (Power Handling) : - Conditioning, control, packaging, enhancement, and conversion Transmisi Daya (Power Transmission) : - Laser, microwave, millimeter waves, kabel dan/atau fiber optik

Sistem Kendali Thermal Wahana Antariksa(Spacecraft Thermal Control System)

DESAIN SISTEM WAHANA ANTARIKSA

Wahana antariksa mengalami kondisi temperatur yang ekstrim di ruang angkasa (terutama untuk interplanetary S/C)

Gravity-assist telah membantu menahan wahana untuk tetap berada didekat matahari. Wahana antariksa harus mampu menahan efek matahari lebih kuat daripada di bumi, ketika melintas planet Venus. Dan ketika missiMelintas Yupiter dan Saturnus, desain wahana harus mampu melindungi sistem wahana dari temperatur yang ekstrim dingin.

Passive Thermal Control : Multi-Layer Insulation (MLI)Merefleksikan Infra Merah, membantu melindungiwahana dari pengaruh pemanasan matahari (overheating), dan menahan panas internal agar jangan terlalu dingin.

Active Thermal Control dikontrol dari bumi- Autonomous- Thermostatically controlled resistance - Electric heater

Optical Solar Reflector (OSR)

MLI

Louvers

KESIMPULAN• Pengembangan desain wahana antariksa memerlukan integrasi berbagai bidang keahlian (spesialis missi, komunikasi, struktur material, mekanika orbit, lingkungan, teknik kimia, teknik fisika, listrik, elektronika, sistem kontrol, sistem propulsi, dll)

• Seiring dengan era globalisasi, memasuki abad ke-21 ini kehidupan manusia akan semakin bergantung pada teknologi berbasis satelit.

• Dibutuhkan sumber daya manusia yang handal dan mampu mengantisipasi setiap tantangan akibat kemajuan tersebut.

• Peran para guru dalam hal ini sangat besar dalam memberikan wawasan ke depan kepada para siswa agar mereka mempunyai motivasi yang tinggi untuk menghadapi tantangan perkembangan TEKNOLOGI RUANG ANGKASA di masa depan.

TERIMA KASIH