Mesin Roket

MESIN ROKET - Mesin roket merupakan karya teknik yang mengesankan, dirancang dengan cermat berdasarkan jenis propelan yang dipilih untuk roket tersebut. Seiring evolusi teknologi, dua jenis propelan yang paling umum digunakan adalah propelan padat dan cair. 

Namun, perbedaan mendasar antara keduanya mempengaruhi bagaimana insinyur peroketan mendesain mesin roket sesuai dengan tujuan dan karakteristik propelan yang dipilih.

Roket dengan propelan padat dikenal sebagai motor roket atau rocket motor. Ini disebabkan oleh sistem pembakaran propelan padat yang sangat berbeda dengan propelan cair. Pada mesin roket dengan propelan padat, thrust atau gaya dorong tidak dapat diatur secara fleksibel, dikenal sebagai "unthrottleable". Mesin ini lebih cocok untuk aplikasi di mana kekuatan dorong yang konsisten dan kuat diperlukan, tanpa perlu mengatur atau mengontrol daya dorong.

Sementara itu, mesin roket yang menggunakan propelan cair adalah kategori yang berbeda. Mereka memungkinkan tingkat kontrol yang lebih besar terhadap dorongan yang dihasilkan. Ini memungkinkan pengaturan yang lebih tepat terhadap lintasan penerbangan dan kecepatan roket. Mesin roket dengan propelan cair adalah simbol kecanggihan teknologi dan kemampuan manusia untuk menaklukkan ruang angkasa.

Sebelum mendalami lebih jauh tentang dunia mesin roket, penting bagi kita untuk mengakrabi pengetahuan dasar tentang propulsi roket. Ada beberapa buku yang sangat terkenal di dunia yang dapat menjadi panduan yang luar biasa dalam memahami konsep-konsep ini. Dengan menggali pengetahuan dari sumber-sumber seperti itu, kita dapat lebih memahami kompleksitas dan keajaiban di balik mesin roket modern.

Setiap langkah yang diambil dalam desain mesin roket membawa kita lebih dekat ke langit, membuka pintu bagi eksplorasi yang lebih jauh di luar batas-batas bumi. Sebuah perjalanan yang penuh tantangan, namun memberikan peluang tak terbatas bagi manusia untuk menggapai bintang-bintang.

• Rocket Propulsion Elements Edisi 8, George P Sutton & Oscar Biblarz
• Elements of Propulsion Gas Turbine and Rocket, J D Mattingly
• Aerospace Propulsion,T.W. Lee
• Theory of Aerospace Propulsion, Pasquale M Sforza
• Aerospace Propulsion System,Thomas A Ward
• Rocket and Spacecraft Propulsion,Martin J L Turner

A. Mesin Roket Propelan Padat/Motor Roket

Motor roket untuk roket dengan propelan padat didesain untuk mendukung komposisi propelan padat yang digunakan. Motor roket didesain dengan tujuan mampu menahan tekanan dan gelombang kejut atau shock wave yang dihasilkan dari pembakaran propelan. Roket dengan propelan padat ini tidak dapat di atur throttlenya. Bayangkan rekan-rekan membawa sepeda motor. Sepeda motor dapat diperlambat atau dipercepat dengan menarik gasnya. Kencang atau tidaknya motor rekan-rekan karena bensin yang keluar menuju karburator dapat di atur banyak sedikitnya yang keluar. Semakin sedikit bensin yang dikeluarkan,maka sepeda motor akan lambat dan semakin banyak bensin yang dikeluarkan dengan menarik gas motor,maka motor semakin kencang. Hal itu terjadi karena bensin adalah benda yang berbentuk cair atau cairan dan cairan itu adalah satu fluida. Sekarang,propelan padat adalah bahan bakar yang berbentuk padat dan propelan padat bukan fluida. Jadi ketika propelan padat pada motor roket dihidupkan,maka setelahnya tenaga yang dihasilkan tidak dapat di atur seperti mengatur gas pada motor,jadi ketika propelan padat dinyalakan berarti sudah tidak bisa dimatikan sampai propelan itu habis. Kembali ke motor roket, karena propelan padat tidak bisa diatur tenaganya,maka motor roket terutama pada bagian nozzle harus mampu menahan tekanan dan gelombang kejut dari pembakaran propelan. Bagian motor roket yang menjadi fokus dalam pembuatannya adalah bagian nozzle karena bagian ini adalah bagian yang ikut terbakar oleh gas panas yang menyembur keluar dari pembakaran propelan. Apa saja jenis-jenis material yang dipakai pada motor roket propelan padat.

Data material motor roket ( sumber Rocket Propulsion Elements ; G.P Sutton 

B. Mesin Roket Propelan Cair

Mesin roket propelan cair didesain sesuai dengan jenis propelan cair yang digunakan serta mempertimbangkan sifat kimia dari propelan yang digunakan. Mesin roket dengan propelan LOX-LH2 akan berbeda material dengan mesin roket yang menggunakan propelan LOX-RP1. Secara garis besar,sistem kerja mesin roket sama dengan mesin jet yang dimulai dari intake-kompresi-ekspansi-dan exhaust, tetapi yang membedakan adalah jenis siklus dan sistemnya.Intake pada mesin roket propelan cair dimulai dari tanki oxidizer dan fuel , kompresi dilakukan oleh pump. Berbeda dengan mesin jet,mesin roket tidak menggunakan kompresor axial seperti mesin turbojet kebanyakan melainkan menggunakan pump yang didesain seperti kompresor sentrifugal dan menggunakan impeller sebagai alat pengkompresinya,bukan blade seperti mesin jet. Untuk sistem kompresi,mesin roket propelan cair dibedakan menjadi dua jenis sistem kompresi atau sistem pump yaitu Pressurize sistem dan turbopump sistem. Kalau pressurize ini menggunakan gas helium ataupun gas lainnya yang bertekanan tinggi untuk mendorong fuel dan oxidizer keluar menuju combustion chamber ataupun ruang pembakaran,sedangkan kalau turbopump menggunakan pompa atau kompresor sentrifugal dengan RPM tinggi untuk memompa fuel dan oxidizer keluar dari tanki menuju ruang pembakaran. Mesin roket dengan propelan cair dibagi menjadi dua siklus yaitu siklus terbuka dan tertutup.

Pada siklus tertutup atau topping cycle,semua exhaust gas dari turbin diinjeksikan kembali ke dalam combustion chamber untuk memberi energi dan efisiensi tambahan pada mesin roket. Perbedaan performa mesin roket antara siklus terbuka dan tertutup yaitu terletak pada perbedaan nilai specific impulse. Siklus tertutup pada umumnya memiliki performa 1% sampai 8 % lebih besar daripada siklus terbuka. Untuk rute siklusnya,mesin roket propelan cair dibagi menjadi tiga yaitu stage combustion cycle,expander cycle,dan gas generator cycle. Expander dan Stage Combustion Cycle adalah masuk kategori siklus tertutup karena gas pembakaran pada turbin diumpan balik menuju ruang pembakaran untuk memberikan tenaga tambahan,sedangkan gas generator adalah masuk kategori siklus terbuka karena gas hasil pembakaran pada turbin di rilis ke atmosfer. Kelebihan Expander dan Stage Combustion Cycle adalah nilai impuls spesifiknya lebih besar daripada gas generator,tetapi Kelemahannya desain sistemnya sangat rumit.

Apa itu cooling system pada mesin roket?

Mesin roket yang menggunakan propelan cryogenic atau propelan yang disimpan pada suhu dibawah minus nol derajat Celcius,akan mendapat keuntungan dari suhu dingin yang dimiliki oleh propelan tersebut yang digunakan sebagai cooling system. Cooling system pada mesin roket propelan cair adalah dimana bagian nozzle mesin roket didesain dengan diberi ruangan kosong di bagian dalam untuk tempat mengalirnya propelan cair dengan suhu rendah sehingga terjadi proses pendinginan pada bagian nozzle yang terbakar pada bagian luar nozzle.

Apa Itu Thrust Vector Control?

Thrust vector control atau TVC adalah sistem kontrol pergerakan nozzle roket untuk membantu mengarahkan roket ke segala arah. Kita telah belajar bidang kemudi pada pesawat udara antara lain aileron,elevator,dan rudder. Bidang kemudi tersebut digunakan pesawat untuk roll kanan-kiri,untuk pitch up-down,dan untuk yaw kanan-kiri. Prinsip kerja bidang kemudi tersebut karena terdapat tekanan udara yang bergerak kebelakang atau berlawanan dengan arah terbang pesawat,sehingga dengan mengubah arah tekanan udara yang bergerak kebelakang pesawat dapat menyebabkan pesawat berbelok,menukik dan lain-lain. Pertanyaannya,bagaimanakah roket terutama shuttle space berbelok naik-turun,roll kanan-kiri di luar angkasa yang tidak ada tekanan udaranya sama sekali? Jawabannya adalah Thrust Vector Control atau TVC inilah yang diandalkan untuk mengatasi masalah tersebut. Dengan adanya TVC ini,pesawat akan bergerak menuju arah sesuai kehendak astronot dengan prinsip hukum newton ketiga yaitu aksi reaksi. Lalu apakah elevon (elevator-aileron),dan rudder pada shuttle space atau pesawat ualng alik tidak berguna di luar angkasa? ya betul. elevon,rudder,dan lain-lain hanya berguna ketika di dalam bumi yang masih ada tekanan udaranya. ketika di luar angkasa,rudder dan eleveon pada pesawat ulang alik tidak berfungsi dan digantikan oleh TVC sebagai kendalinya.

Salah satu TVC pada shuttle space adalah sistem RCS (Rocket Control System) yang terletak dibelakang dan di depan shuttle space. Rekan-rekan yang melihat ada lubang di depan atau mesin roket yang kecil di bagian belakang di atas mesin utama,itulah salah satu aplikasi TVC pada shuttle space.

DAFTAR DAN DATA MESIN ROKET DI DUNIA

Dibawah ini adalah daftar dan data mesin roket yang terkenal di dunia. Ketika rekan-rekan melihat roket ke luar angkasa,alangkah baiknya sekarang rekan-rekan mengenali jenis mesin yang digunakan roket tersebut.

Data spesifikasi mesin roket propelan cair di dunia

(sumber : Theory of Aerospace Propulsion -Pasquale Sforza)

Data di atas adalah data mesin roket yang saya ambil dari buku theory of aerospce propulsion. Data-data tersebut dapat dijadikan sebagai referensi dalam pembuatan skripsi ataupun karya ilmiah. Dibawah ini adlah daftar mesin roket yang terkenal di dunia.

1. Mesin Roket RS-68

Mesin roket ini adalah mesin roket terbaru dan juga terbesar di dunia. Mesin ini digunakan untuk roket delta-IV family dan juga roket delta IV heavy yang juga merupakan roket terbesar di dunia. mesin roket ini menggunakan propelan LOX-LH2 atau oksigen cair dan hidrogen cair sebagai fuel dan oxidizernya.

2. SSME ( Space Shuttle Main Engine) / RS 25

Jika rekan-rekan pernah melihat shuttle space atau pesawat luar angkasa alias pesawat ulang alik,inilah mesin roket yang digunakan oleh space huttle untuk terbang ke luar angkasa. Orang-orang penerbangan familiar menyebutnya SSME,sebenarnya nama aslinya adalah mesin roket RS-25. Mesin ini menggunakan bahan bakar LOX-LH2 sama seperti RS-68.

3. Mesin Roket RD-108

Mesin roket RD-108 ini adalah mesin roket yang digunakan untuk mesin roket soyuz-FG. Rekan-rekan yang pernah mendengar kode RD di awalan mesin roket berarti mesin roket itu buatan dari negara rusia walaupun tidak semua mesin buatan rusia menggunakan kode RD. Mesin roket ini sangat unik yaitu karena mesin ini berukuran kecil,maka roket ini disusun menjadi empat buah. Mesin roket ini menggunakan propelan LOX-RP1.

4. Mesin Roket RL-10

Mesin roket ini adalah mesin roket yang berukuran kecil. Penggunaan mesin ini kebanyakan hanya pada upper stage,yaitu mesin roket untuk pendorong roket pada bagian atas dan pada umumnya lebih banyak beroperasi ketika sudah di luar angkasa. Mesin roket ini menggunakan propelan LOX-LH2. Hampir sebagian besar upper stage pada roket-roket di dunia menggunakan mesin roket RL-10 sebagai pendorongnya.

5. Vulcain

Mesin roket ini digunakan untuk roket ariane. Mesin ini adalah asli buatan eropa,dibuat oleh snecma,Prancis. Mesin ini menggunakan propelan LOX-LH2 dan menggunakan siklus gas generator sama seperti mesin roket RS-68.