PRINSIP KERJA ROKET DAN MEKANISMENYA

Sering kali definisi roket digunakan untuk merujuk kepada mesin roket. Pada awal perkembangannya, roket digerakan dari hasil pembakaran bahan bakar minyak, gas dan oksigen cair. Setelah bahan bakar roket dinyalakan, pancaran gas yang keluar dari roket akan menimbulkan ledakan beruntun kebawah

sehingga mendorong roket ke atas dan roket dapat melaju ke udara. Roket terbang dengan kecepatan supersonik, yaitu sekitar 300 m/s.

Bahan bakar roket ada dua jenis yaitu bahan bakar cair dan bahan bakar padat. Prinsip kerja dari roket berbahan bakar cair dan padat sama saja, di mana hasil pembakaran menghasilkan gaya dorong ke atas. Tetapi roket yang berbahan bakar padat mempunyai kelebihan yaitu mampu menyimpan bahan bakar dengan jumlah besar untuk ruang penyimpanan yang sama, karena bahan bakarnya telah dipadatkan.

Ø Bagian Bagian Pada Roket

Komponen utama roket terdiri dari empat bagian yaitu; rangka (structure sistem), Beban (payload system), sistem pemandu (guidance system) dan sistem propulsi (propultion system). (lihat Gambar 2.1)

Gambar 2.1. Bagian Roke

Keterangan gambar :

Ø  Solid-full mesin roket memiliki keunggulan penting : kesederhanaan, biaya rendah dan keamanan. Kelemahan : dorong tidak dapat dikontrol dan begitu dinyalakan mesin tidak bisa dihentikan atau restart

Ø  Combustion chumber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.

Ø  Combustion liners; terdapat didalam combustionn chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.

Ø  Fuel nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar kedalam combustion liner

Ø  Lynitors (spark plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api kedalam combustions chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.

Ø  Transitions fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle.

Ø  Cross Fice Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.

Prinsip kerja dari roket berbahan bakar cair dan padat sama, dimana hasil pembakaran menghasilkan gaya dorong keatas. Kelebihan dari roket berbahan bakar padat mampu menyimpan bahan bakar dengan jumlah besar untuk ruang penyimpanan yang sama, karena telah dipadatkan, sedangkan bahan bakar cair tidak bisa dimampatkan.

Ø Prinsip Kerja Roket

Menurut Sutrisno (1986 : 158), “Gerak roket merupakan pemakaian yang menarik dari hukum-hukum Newton.  Roket mengeluarkan pancaran gas panas dari ekornya, ini adalah gaya aksi pada gas oleh roket. Pancaran gas panas melakukan gaya pada roket dan menggerakkannya, ini adalah reaksi. Kedua gaya ini adalah gaya dalam untuk sistem yang terdiri atas roket dan gas. Dari segi momentum, gas panas mendapat momentum ke arah belakang dan roket mendapat momentum dalam jumlah yang sama ke arah depan.

Cara kerja sebuah roket adalah berdasarkan kekekalan momentum. Momentum sebuah roket di tanah adalah sama dengan nol. Ketika bahan bakar dibakar, gas panas ditembakkan ke bawah dan badan roket naik untuk menyeimbangkan momentum totalnya sehingga tetap bernilai nol. Yang membuat roket meluncur tanah semburan sebagian masssanya ke arah belakang. Gaya ke depan pada roket itu tidak lain ialah reaksi terhadap gaya mundur pada bahan yang menyembur itu, dan makin banyak bahan yang menyembur maka makin banyak berkurangnya massa roket.

Ø Massa Berubah dan Dorongan Roket

Kekekalan momentum adalah; pada prinsip dorongan roket. Sebuah roket didorong oleh bahan bakar yang dipancarkan kearah belakang. Massa roket berkurang secara kontinu sebagai akibat pembakaran bahan. Gaya kedepan pada roket adalah reaksi dari gaya pada bahan yang dipancarkan.

Dalam hal ini roket bergerak vertikal keatas dan gesekan udara serta perubahan percepatan gaya gravitasi (g) diabaikan :

V’

Gambar 3.1. Roket Meluncur

Pada gambar diatas (a) menyatakan roket pada saat t ketika massanya m dan kecepatannya v ke atas. Sedangkan pada gambar (b), menyatakan roket pada waktu t + dt, dimana kecepatan roket bertambah menjadi v + dv.

Misalkan μ menyatakan massa yang dipancarkan persatuan waktu, maka massa bahan yang dipancarkan  μ dt, sehingga massa m dan dalam waktu dt menjadi m- μ dt.

Jika V_r kecepatan roket relatif terhadap bahan bakar yang dipancarkan dan kecepatan bahan bakar yang dipancarkan adalah V^’ (relatif terhadap bumi),                                                                    

maka: v’=v-v_r................................(1)

Satu-satunya gaya yang bekerja pada roket adalah berat m.g dengan memilih arah keatas positif, impuls gaya ini dalam waktu dt adalah –mg dt yang sama dengan perubahan momentum.

Karena momentum mula-mula m.v momentum akhir adalah (m- μ dt) (v + dv) dan momentum bahan yang dipancarkan v’ μ dt, maka:

-mg dt=[(m- μ dt) (v+dv) + v’  μ dt]- mv .............................(2)

Dengan mensubsitusi v’ dari persamaan (1) dan mengabaikan besaran yang relatif kecil μ dt dv, maka didapatkan :

m dv = v_r μ dt – mg dt

karena dm= - μ dt , maka

dv = - v_r   -  g dt

setelah diintegralkan diperoleh:

v= -v_r  ln m  – gt + C

dengan c adalah konstanta yang dicari dari syarat batas. Misalnya m₀ dan v₀  adalah massa dan kecepatan pada waktu t=0, maka

v₀= -v_r ln m₀ + C atau  C= v₀ + v_r ln m₀

dengan demikian

v = v₀-gt + v_r ln   ....................................(3)

dari persamaan 3 dapat disimpulkan untuk memperoleh kecepatan v yang tinggi, kecepatan relatif v_r dan perbandingan massa  harus besar.

Ø Kesimpulan

Prinsip kerja propulsi roket merupakan penerapan dari hukum ketiga Newton dan kekekalan momentum. Sebuah roket mendapatkan sebuah dorongan dengan membakar bahan bakar dan membuang gas yang lewat belakang sehingga gaya dorong dari gas ersebut menyebabkan roket terdorong dan meluncur ke atas. Besarnya gaya dorong yang dikerjakan gas terhadap tempat peluncuran sama besar dengan gaya dorong gas terhadap roket namun arahnya yang berlawanan hal ini sesuai dengan hukum Newton III.