Penerbangan antariksa orbital

Penerbangan antariksa orbital (atau penerbangan orbital) adalah penerbangan antariksa di mana wahana antariksa ditempatkan pada lintasan di mana ia dapat tetap berada di luar angkasa selama setidaknya satu orbit. Untuk melakukan ini di sekitar Bumi, wahana harus berada di lintasan bebas yang memiliki ketinggian di apsis (ketinggian pada pendekatan terdekat) sekitar 80 kilometer (50 mi); ini adalah batas ruang seperti yang didefinisikan oleh NASA, Angkatan Udara AS dan FAA. Untuk tetap mengorbit pada ketinggian ini membutuhkan kecepatan orbit ~7,8 km/s. Kecepatan orbit akan lebih lambat untuk orbit yang lebih tinggi, tetapi untuk mencapainya membutuhkan delta-v yang lebih besar. Fédération Aéronautique Internationale telah menetapkan garis Kármán di ketinggian 100 km (62 mi) sebagai definisi kerja untuk batas antara aeronautika dan astronautika. Hal ini digunakan karena pada ketinggian sekitar 100 km (62 mi), seperti yang dihitung Theodore von Kármán, sebuah kendaraan harus bergerak lebih cepat dari kecepatan orbit untuk mendapatkan gaya angkat aerodinamis cukup dari atmosfer untuk menopang dirinya sendiri.^[1]^[2]

Karena gaya hambat atmosfer, ketinggian terendah di mana sebuah objek dalam orbit melingkar dapat menyelesaikan setidaknya satu putaran penuh tanpa propulsi adalah sekitar 150 kilometer (93 mi).

Ungkapan "penerbangan antariksa orbital" sebagian besar digunakan untuk membedakan dari penerbangan luar angkasa suborbital, yang merupakan penerbangan di mana puncak wahana antariksa mencapai luar angkasa, tetapi apsisnya terlalu rendah.^[3]

Peluncuran orbital

Penerbangan antariksa orbital dari Bumi hanya dicapai dengan meluncurkan kendaraan yang menggunakan mesin roket sebagai propulsinya. Untuk mencapai orbit, roket harus memberikan delta-v kepada muatan sekitar 9,3–10 km/s. Angka ini terutama (~7.8 km/s) untuk percepatan horizontal yang diperlukan untuk mencapai kecepatan orbit, tetapi memungkinkan kompensasi akan adanya gaya hambat atmosfer (sekitar 300 m/s dengan koefisien balistik kendaraan berbahan bakar padat sepanjang 20 m), gaya hambat akibat gravitasi (tergantung pada waktu pembakaran dan detail lintasan dan kendaraan peluncuran), dan kenaikan ketinggian.

Teknik utama yang telah terbukti melibatkan peluncuran hampir secara vertikal selama beberapa kilometer saat melakukan putaran gravitasi, dan kemudian secara bertahap meratakan lintasan pada ketinggian 170+ km dan mempercepat pada lintasan horizontal (dengan roket miring ke atas untuk melawan gravitasi dan mempertahankan ketinggian) untuk pembakaran 5-8 menit sampai kecepatan orbit tercapai. Saat ini, diperlukan 2–4 tahap untuk mencapai delta-v yang diperlukan. Sebagian besar peluncuran dilakukan dengan sistem peluncur sekali pakai.

Ada banyak metode yang diusulkan untuk mencapai penerbangan antariksa orbital yang berpotensi jauh lebih terjangkau daripada roket. Beberapa dari ide-ide ini seperti elevator ruang angkasa, dan rotovator, membutuhkan material baru yang jauh lebih kuat daripada yang dikenal manusia saat ini. Gagasan lain yang diusulkan termasuk akselerator darat seperti loop peluncuran, pesawat antariksa terbantu roket seperti Reaction Engines Skylon, pesawat antariksa bertenaga scramjet, dan pesawat antariksa bertenaga RBCC. Peluncuran berbasis meriam telah diusulkan untuk meluncurkan kargo.

Sejak 2015 SpaceX telah menunjukkan kemajuan signifikan dalam pendekatan mereka yang lebih bertahap untuk mengurangi biaya penerbangan antariksa orbital. Potensi pengurangan biayanya terutama berasal dari pendaratan propulsif perintis dengan tahap pendorong roket pakai ulang serta kapsul Dragon, tetapi juga mencakup penggunaan kembali komponen lain seperti penutup muatan dan penggunaan percetakan 3D dari superalloy untuk membangun mesin roket yang lebih efisien, seperti SuperDraco. Tahap awal peningkatan ini dapat mengurangi biaya peluncuran orbital hingga sebesar satu tingkat besaran atau sepuluh kali lebih murah.^[4]

Orbit

Ada tiga "pita" utama orbit di sekitar Bumi: orbit Bumi rendah (LEO), orbit Bumi sedang (MEO), dan orbit geostasioner (GEO).

Menurut mekanika orbital, orbit terletak pada bidang tertentu yang sebagian besar tetap di sekitar Bumi, yang bertepatan dengan pusat Bumi, dan mungkin miring terhadap khatulistiwa. Gerakan relatif wahana antariksa dan gerakan permukaan bumi, saat Bumi berputar pada porosnya, menentukan posisi wahana antariksa itu muncul di langit dari sudut pandang Bumi dan bagian Bumi mana yang terlihat dari wahana antariksa.

Dimungkinkan untuk menghitung sebuah jalur darat yang menunjukkan bagian Bumi mana yang berada tepat di bawah wahana antariksa, ini berguna untuk membantu memvisualisasikan orbit.

Manuver orbit

Dalam penerbangan antariksa, manuver orbital adalah penggunaan sistem propulsi untuk mengubah orbit wahana antariksa. Untuk wahana antariksa yang jauh dari Bumi—misalnya yang mengorbit di sekitar Matahari—manuver orbit disebut manuver antariksa dalam (DSM-Deep Space Maneuver).

Deorbit dan masuk atmosfer kembali

Wahana antariksa yang kembali (termasuk semua wahana yang berpotensi berawak) harus menemukan cara untuk memperlambat sebanyak mungkin saat masih berada di lapisan atmosfer yang lebih tinggi dan menghindari menabrak tanah (lithobraking) atau terbakar. Untuk banyak penerbangan ruang angkasa orbital, perlambatan awal disediakan oleh retrofiring mesin roket pesawat, mengganggu orbit (dengan menurunkan apsis ke dalam atmosfer) ke lintasan suborbital. Banyak wahana antariksa di orbit rendah Bumi (misalnya, satelit nano atau wahana antariksa yang telah kehabisan bahan bakar untuk memelihara orbitnya atau justru nonfungsional) memecahkan masalah perlambatan dari kecepatan orbital melalui menggunakan gaya hambat atmosfer (pengereman udara) untuk memberikan perlambatan awal. Dalam semua kasus, sekali deselerasi awal telah menurunkan apsisnya orbital ke mesosfer, semua wahana antariksa kehilangan sebagian besar kecepatan yang tersisa, dan karenanya energi kinetik, melalui efek hambatan atmosfer dari pengereman udara.

Pengereman udara yang disengaja dicapai dengan mengarahkan wahana antariksa yang kembali sehingga pelindung panas terarah ke depan menghadapi atmosfer untuk melindungi wahana terhadap suhu tinggi yang dihasilkan oleh kompresi dan gesekan atmosfer yang disebabkan oleh melewati atmosfer dengan kecepatan hipersonik. Energi panas itu dihamburkan terutama dengan kompresi yang memanaskan udara dalam gelombang kejut di depan kendaraan menggunakan pelindung panas berbentuk tumpul, dengan tujuan meminimalkan panas yang dapat masuk ke kendaraan.

Sejarah

Sputnik 1 adalah objek buatan manusia pertama yang mencapai penerbangan orbital. Diluncurkan pada 4 Oktober 1957 oleh Uni Soviet.
Vostok 1, diluncurkan oleh Uni Soviet pada 12 April 1961, membawa Yuri Gagarin, adalah penerbangan antariksa manusia pertama yang berhasil mencapai orbit Bumi.
Vostok 6, diluncurkan oleh Uni Soviet pada 16 Juni 1963, membawa Valentina Tereshkova, adalah penerbangan antariksa pertama yang berhasil dilakukan oleh seorang wanita untuk mencapai orbit Bumi.
Crew Dragon Demo-2, diluncurkan oleh SpaceX dan Amerika Serikat pada 30 Mei 2020, adalah penerbangan antariksa manusia pertama yang berhasil oleh perusahaan swasta untuk mencapai orbit Bumi.

Lihat pula

Daftar orbit
Peluncuran roket
Peluncuran antariksa nonroket
Bandar antariksa, termasuk daftar situs untuk peluncuran orbital

Referensi

^ O'Leary 2009, hlm. 84.
^ "Where does space begin? – Aerospace Engineering, Aviation News, Salary, Jobs and Museums". Aerospace Engineering, Aviation News, Salary, Jobs and Museums (dalam bahasa Inggris). Diarsipkan dari versi asli tanggal 2015-11-17. Diakses tanggal 2015-11-10.
^ February 2020, Adam Mann 10. "What's the difference between orbital and suborbital spaceflight?". Space.com (dalam bahasa Inggris). Diakses tanggal 2020-07-13.
^ Belfiore, Michael (9 December 2013). "The Rocketeer". Foreign Policy. Diarsipkan dari versi asli tanggal 2013-12-10. Diakses tanggal 11 December 2013.