Sejarah Roket dimulai dari Negeri Cina, Bangsa China menciptakan mercon yang mampu melesat keudara hingga membentuk kembang api raksasa di angkasa. Kemudian Setelah Perkembangan Tradisi Ilmiah Islam, Roket dikembangkan oleh Hasan Al-Rammah. Dalam bukunya berjudul Al-Furusiyyah wa Al-Manasib Al-Harbiyyah, ilmuwan Muslim kelahiran Suriah itu berhasil menulis sebanyak 107 rumus atau resep penggunaan mesiu.
Sebanyak 22 resep mesiu yang diraciknya khusus digunakan untuk roket. Menurut Al-Rammah, komposisi bahan untuk meluncurkan sebuah roket terdiri dari 75 persen potasium nitrat, 9,06 persen sulfur dan 15,94 persennya karbon. Perhitungan yang dilakukan Al-rammah pada abad ke-13 M itu sudah mampu mendekati komposisi ideal, yakni 75 persen potasium nitrat, 10 persen sulfur, dan 15 persen karbon.
Sisa rumus atau komposisi racikan mesiu lainnya yang dibuat Al-Rammah untuk kepentingan militer dan sisanya untuk membuat mercon. Ia menulis buku yang penting dan mengguncangkan itu antara tahun 1270 M hingga 1280 M. buku tersebut secara khusus ditulis atas permintaan seorang guru yang terkenal bernama Najm al-Din Hasan Al-Rammah. (Lebih lengkap tulisan Mengenai Hasan Al Rammah) baca juga mengenai Ilmuwan Penemu Bubuk Mesiu
Selanjutnya, Ilmuwan Inggris Robert Anderson pada tahun 1696 membuat cetakan roket dan campuran bahan bakar roket disebut propelan dengan kalkulasi yang cermat. lmuwan Inggris lainya mengembangkan roket yang mampu melesat ke angkasa sejauh 274 kilometer lebih.
Di tangan bangsa Jerman, yang dimotori Hermann Oberth dan Wernher von Braun, roket menjadi senjata ampuh sebagai peluru kendali disebut Roket V-2 (Vergelstungswaffe Zwei) yang digunakan pada Perang Dunia II. Mereka juga merintis pengembangan roket sebagai wahana pembawa muatan.
Pasca-PD II dengan takluknya Jerman dan sekutunya, teknologi peroketan ini diboyong ke Uni Soviet dan Amerika Serikat. Ditangan Konstantin Tsiolkov-sky, Uni Soviet kemudian berhasil meluncurkan roket pembawa satelit Sputnik ke orbit di ruang angkasa pada 4 Oktober 1957.(lebih lanjut Sejarah Roket di Dunia Barat)
Sebanyak 22 resep mesiu yang diraciknya khusus digunakan untuk roket. Menurut Al-Rammah, komposisi bahan untuk meluncurkan sebuah roket terdiri dari 75 persen potasium nitrat, 9,06 persen sulfur dan 15,94 persennya karbon. Perhitungan yang dilakukan Al-rammah pada abad ke-13 M itu sudah mampu mendekati komposisi ideal, yakni 75 persen potasium nitrat, 10 persen sulfur, dan 15 persen karbon.
Sisa rumus atau komposisi racikan mesiu lainnya yang dibuat Al-Rammah untuk kepentingan militer dan sisanya untuk membuat mercon. Ia menulis buku yang penting dan mengguncangkan itu antara tahun 1270 M hingga 1280 M. buku tersebut secara khusus ditulis atas permintaan seorang guru yang terkenal bernama Najm al-Din Hasan Al-Rammah. (Lebih lengkap tulisan Mengenai Hasan Al Rammah) baca juga mengenai Ilmuwan Penemu Bubuk Mesiu
Selanjutnya, Ilmuwan Inggris Robert Anderson pada tahun 1696 membuat cetakan roket dan campuran bahan bakar roket disebut propelan dengan kalkulasi yang cermat. lmuwan Inggris lainya mengembangkan roket yang mampu melesat ke angkasa sejauh 274 kilometer lebih.
Di tangan bangsa Jerman, yang dimotori Hermann Oberth dan Wernher von Braun, roket menjadi senjata ampuh sebagai peluru kendali disebut Roket V-2 (Vergelstungswaffe Zwei) yang digunakan pada Perang Dunia II. Mereka juga merintis pengembangan roket sebagai wahana pembawa muatan.
Pasca-PD II dengan takluknya Jerman dan sekutunya, teknologi peroketan ini diboyong ke Uni Soviet dan Amerika Serikat. Ditangan Konstantin Tsiolkov-sky, Uni Soviet kemudian berhasil meluncurkan roket pembawa satelit Sputnik ke orbit di ruang angkasa pada 4 Oktober 1957.(lebih lanjut Sejarah Roket di Dunia Barat)
Berikut ini adalah slide presentasi tentang teori roket dan rumusannya yang disusun oleh NASA.
Buku Modul Pembelajaran Tentang Roket dari NASA
Video Belajar Membuat Roket Air! Klik di sini
Sekarang Roket memiliki kemampuan yang handal. Penerbangan yang akurat dan mampu meluncur kuat untuk melawan gaya grafitasi bumi. Roket modern juga lebih efisien sekarang, karena kita telah memiliki pemahaman prinsip sains dalam bidang roket. Pemahaman kita telah memberikan kita kemampuan untuk mengembangkan berbagai jenis perangkat keras roket yang maju dan merekayasa propelant baru yang dapat digunakan untuk perjalanan panjang dan peluncuran yang lebih kuat.
Mesin Roket dan Propellant
Kebanyakan roket saat ini beroperasi/bekerja dengan propelant cair atau padat. Kata propelant bukanlah bahan bakar yang sederhana, sebagaimana yang kamu pikirkan, tetapi yang dimaksud adalah bahan bakar oxidizer. Bahan bakar adalah bahan kimia pembakaran roket, tetapi agar pembakaran dapat terjadi, sebuah oxidizer (biasanya oksigen) harus dihadirkan/diadakan. Mesin Jet memasukan oksigen ke dalam mesinnya dari udara sekitarnya. Roket tidak memiliki kemewahan sebagaimana jet, roket harus membawa oxodizer di dalamnya ke angkasa dimana tidak ada udara.
Dalam diskusi berikut ini tentang daya dorong roket, beberapa istilah nampak digunakan secara sama, tetapi sebenarnya memiliki arti yang berbeda. Istilah-istilah tersebut yaitu roket, roket motor dan mesin roket. Dalam istilah yang mudah, roket adalah alat/kendaran yang berisi semuanya yang dibutuhkan untuk meletakan muatan ke angkasa. Roket motor dan mesin roket adalah peralatan pendorong yang memproduksi kebutuhan daya dorong untuk menaikan roket ke angkasa. Sebuah roket motor adalah alat sederhana yang menkonversi simpanan propellant roket menjadi gas panas untuk memproduksi dorongan, sebagaimana sebuah roket motor padat. Sebuah mesin roket adalah sebuah mesin yang lebih rumit dengan bagian-bagian yang bergerak yang menkonversi simpanan propellant roket menjadi gas panas untuk memproduksi dorongan. Contoh dari sebuah mesin roket adalah sebuah mesin propellant-cair, yaitu sebuah mesin dengan katup dan kadang pompa yang menjalankan konversi energi untuk menghasilkan dorongan. Propellan roket padat, yang mana kering saat disentuh, terdiri atas bahan bakar dan oxidizer dikombinasikan bersama dalam campuran kimia. Biasanya bahan bakarnya adalah sebuah campuran dari senyawa hidrogen dan karbon, sedangkan oxodizer dibuat dari senyawa oksigen.
Propellant cair disimpan dalam wadah yang berbeda, satu untuk bahan bakar dan lainnya untuk oxidizer. Bahan bakar dan oxidizer dicampur bersama dalam mesin untuk menghasilkan dorongan. Sebuah roket dengan sistem gaya dorong cair dapat begitu komplek, tetapi sebuah roket dengan solid motor (mesin padat) lebih simpel karena sistem pendorong solid motor terdiri dari sebuah nozzle, sebuah ruang kosong, penyekat, propellant dan sebuah penyulut. Peti (ruang kosong), dari mesin biasanya adalah sebuah logam metal yang dilapisi dengan penyekat untuk menjaga propellant agar tidak terbakar. Propelant sendiri dikemas dalam lapisan penyekat, yang dikemas di dalam casing motor.
Banyak Motor Roket Propellant padat, berfitur sebuah inti berongga yang berjalan melewati propellant. Motors yang tidak memiliki inti berongga harus dinyalakan pada bagian bawah propellant, dan pembakaran berlangsung dari satu motor ke motor lainnya. Hanya permukaan propellant yang terbakar. Namun demikian, untuk mendapatkan dorongan yang lebih tinggi, inti berongga digunakan. Hal ini meningkatkan area permukaan dari propellant yang tersedia untuk terbakar. Pembakaran propellant dari dalam keluar dengan laju yang meningkat, mengirimkan masa keluar nozzle pada laju dan kecepatan yang lebih tinggi. Hal ini biasanya akan menghasilkan dorongan yang lebih besar.
Beberapa inti propellant dibentuk untuk menaikan pembakaran permukaan lebih lagi. Biasanya motor padat adalah bubuk hitam padat dan propellant campuran amonium perklorat. Untuk menyulut propellants padat, berbagai macam penyulut dapat digunakan. Sumbu digunakan untuk menyulut panah-api, tetapi terkadang tersulut terlalu cepat dan malah membakar peroket. Sulut yang lebih aman dan handal yang dapar digunakan saat ini dalam model roket adalah sesuatu yang menggunakan tenaga listrik. Sebuah arus listrik, datang melalui kabel dari jarak tertentu, memanaskan kabel khusus yang ada di dalam roket. Penyulut menaikan temperatur propellant ke titik pembakaran. Seringkali ada campuran pyrogenix lain pada kabel-panas untuk mempercepat pencapaian temperatur pembakaran dari propellant.
Penyulut lainnya, khususnya untuk roket besar, yaitu Roket motor kecil dalam badannya. Motor kecil tersebut yang berada dalam inti rongga meledakan sebuah aliran api melalui inti propellant untuk menyulut area permukaan bagian dalam, dengan sangat cepat. Nozzle (mulut pipa) dalam sebuah motor propellant-padat terbuka pada bagian belakang roket yang mengizinkan gas panas yang membengkak untuk melepaskan diri (escape). Bagian sempit dari nozzle adalah tenggorokan. Di sebelah/sekitar tenggorokan adalah berbentuk kerucut. Tujuan dari nozzle ini adalah untuk meningkatkan percepatan gas saat meninggalkan roket dan dengan demikian memaksimalkan dorongan. Hal ini bekerja dengan cara mengecilkan bukakan dimana gas dapat melepaskan diri. Untuk melihat cara kerjanya, kamu bisa bereksperiment dengan selang kebun yang mempunyai tambahan nosel semprotan.
Mulailah dengan membuka pada titik yang paling lebar. Lihat seberapa jauh air tersembur dan rasakan dorongan yang dihasilkan air. Sekarang perkecil diameter lubang, lalu catat lagi jarak semburan air dan rasakan gaya dorongannya. Nozzles roket bekerja dengan cara yang sama seperti itu.
Pada bagian dalam peti roket motor, penyekatan selalu dibutuhkan untuk melindungi nozzle dari gas panas. Lazimnya penyekat akan terkikis berangsur-angsur saat gas melewatinya. Bagian kecil dari penyekat akan menjadi sangat panas dan akan terkikis dari nozzle. Saat berhembus keluar, panas terbawa dengan gas. Nanti akan didiskusikan tentang metode untuk melindungi nozzle dan bahan dari ruang pembakaran terhadap ekses panas.
Salah satu metodenya adalah dengan menggunakan salah satu propellant untuk mendinginkan nozzle dan ruang pembakaran dengan mengirimkan propellant melewati lorong kecil di dalam nozzle dan dinding ruang sebelum mengirim propellant ke dalam ruang pembakaran. Hal ini disebut dengan Pendinginan Regenerative. Metode lainnya adalah dengan menggunakan bahan-bahan yang dapat bertahan terhadap panas. namun demikian hal ini lebih mudah dikatakan dari pada dilakukan jika mempertimbangkan temperatur pembakaran yang mencapai 6.000 derajat Fahrenhet (3.315, 56 Celcius), yang melampui batas titik lebur logam yang biasanya dipakai dalam mesin roket dan motor. Bahan bakar harus selalu disemprotkan secara langsung ke dinding bagian dalam dari ruang pembakaran untuk membantu mendinginkan dinding ruang. Menyemprotkan bahan bakar ke dinding ruang untuk menjaga temperatur dinding ruang lebih rendah tampaknya melawan intuisi, tetapi hal ini dapat bekerja karena bahan bakar menguap dalam dinding ruang menarik panas keluar dari logam sebelum dengan sendirinya bahan bakar itu terbakar.
Jenis lain dari mesin roket adalah yang menggunakan propellant cair yang dipompa atau dimasukan ke dalam mesin dengan tekanan. Ini adalah mesin yang lebih sangat komplek/rumit, terbukti dengan fakta bahwa mesin roket yang padat telah digunakan lebih dari 700 tahun sebelum pertama kali mesin cair roket berhasil diuji coba.
Berlawanan dengan roket motor padat, mesin propellant cair membutuhkan sistem dorongan yang rumit. Sistem ini harus memiliki tangki-tangki propellant (satu untuk bahan bakar dan satu lagi untuk oxidizer), tanki tekanan mendorong propellant cair keluar dan masuk ke mesin, dan katup-katup untuk mengontrol aliran propellant ke mesin.
Mesin cair itu sendiri memiliki katup-katup dan terkadang sebuah pompa, seperti halnya ruang pembakaran dan katup yang dapatt kamu lihat pada roket motor padat.
Bahan bakar dari propellant-cair biasanya adalah kerosin atau hidrogen cair, sedangkan oxidizer nya biasanya oksigen cair. Bahan-bahan tersebut disatukan dalam rongga yang disebut dengan ruang pembakaran. Di sini, propellant dibakar dan menghasilkan temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, dan membengkakan gas keluar melalui nozzle yang berada pada bagian bawah roket.
Untuk mendapatkan energi paling kuat dari propellant, harus dicampur secara utuh sebisa mungkin. Injektor kecil (nozzles) pada bagian atap dari ruang menyemprot dan mencampur propellants pada waktu yang sama.
Karena pembakaran beroperasi paling baik pada tekanan tinggi, propellants butuh untuk didorong ke dalam ruang pendorong. Roket liquid modern selalu menggunakan tenaga besar, pompa turbin yang sangat berat untuk melaksanakan kerja ini.. Cara lain untuk menaikan tekanan di dalam ruang pembakaran adalah dengan menggunakan gas tekanan tinggi (biasanya, helium atau nitrogen), untuk mengatur tekanan propellants sebelum di inejeksi ke dalam mesin.
Dengan beberapa roket dan khususnya pada roket propellants cair, berat merupakan sebuah faktor yang penting. Pada umumnya, roket yang berat, maka dibutuhkan pula dorongan yang lebih untuk mengangkatnya dari tanah. Meskipun demikian, meluncurkan roket ke angkasa perlu keseimbangan tindakan. Kamu harus menyeimbangkan masa roket dan muatan/kargo agar dapat naik ke angkasa, efisiensi dari propellants dan mesin, dan juga semua kompleksitas dari sistem gaya dorong.
Sebuah metode bagus yang spesial untuk mereduksi berat mesin roket adalah dengan membuat 'exit cone' (kerucut terbuka) pada bagian luar nozze dari logam yang sangat berat. Bagaimanapun, begitu panasnya dan cepatnya gas yang keluar lewat kerucut akan dengan cepat melelehkan logam tipis. Sehingga, diperlukan sebuah sistem pendingin. Sistem pendingin yang sangat efektiff tetapi kompleks, yaitu yang digunakan dengan beberapa mesin cair yang mengambil keuntungan dari temperatur rendah hidrogen cair. Hidrogen menjadi cair ketika didinginkan mencapai -423.4 Fahrenheit (-253 Celcius). Sebelum hidrogen diinjeksi ke dalam ruang pembakaran, hidrogen pertama beredar melalui pipa kecil yang mengikat dinding dari exit cone. Secara sederhana, exit cone tampak seperti karton yang bergelombang. Hidrogen di dalam pipa menyerap dampak panas yang masuk ke dinding cone (kerucut) dan mencegahnya agar dinding tidak meleleh. Hal itu juga membuat hidrogen lebih berenergi karena dari panasnya yang terangkat dari dinding ruang pembakaran. Kita menyebut sistem pendingin ini sebagai regenerative cooling. Biasanya, mesin roket jenis ini menggunakan bahan bakar propellant untuk mengambil ekses panas yang keluar dari dinding ruang pembakaran sebelum bahanbakar itu sendiri digunakan dalam pembakaran.
EmoticonEmoticon