Bagaimana International Space Station (ISS) dapat bergerak dengan kecepatan tinggi dengan bentuk yg tidak aerodinamis?

Bagaimana International Space Station (ISS) dapat bergerak dengan kecepatan tinggi dengan bentuk yg tidak aerodinamis ?

ISS (International Space Station) adalah stasiun luar angkasa yang memiliki ukuran sebesar lapangan sepakbola amerika (rugby), berbobot 450 ton, memiliki daya listrik 110.000 watt, dan dapat dihuni oleh 7 astronot dan dapat beroperasi selama 15 tahun. Sangat tidak mungkin jika ISS dibangun di Bumi lalu kemudian diluncurkan ke orbit Bumi, tidak ada roket yang cukup besar atau cukup kuat untuk itu. Lalu, bagaimana cara pembangunannya?

ISS disusun atau dibangun langsung di luar angkasa. Tapi tidak sehari dua hari, melainkan 12 tahun. NASA dan lembaga-lembaga antariksa lain mengirim sepotong demi sepotong modul secara bertahap untuk digabungkan di ketinggian kurang lebih 400 km di atas permukaan Bumi. Perakitan ini memerlukan lebih dari 40 misi.

Untuk urusan kecepatan, sama dengan metode yang dipakai satelit, memanfaatkan gaya sentrifugal.

Manusia di bumi jika akan meluncurkan satelit ke luar angkasa menggunakan roket yang digunakan untuk membawa muatan dari bumi enuju luar angkasa. Sebuah roket harus memiliki kecepatan minimal 25.039 mph untuk benar-benar keluar dari gravitasi bumi, mungkin apabila kurang dari kecepatan itu roket tidak akan bisa keluar dari gravitasi bumi. Pada mulanya roket meluncur ke luar angkasa dengan jarak 100 – 200 km diatas permukaan bumi. Kemudian setelah di ketinggian orbit telah ditentukan, biasanya berada pada Orbit Geostationer, roket mulai menuju kesamping dengan kecepatan hingga 18.000 mil per jam. Menurut Jonathan McDowell, astronom dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics di Cambridge, Massachusetts, agar satelit buatan dapat tetap pada lintasannya, maka satelit tersebut harus memiliki gaya-gaya seperti yang dimiliki bulan. Perbedaannya gaya tarik bumi yang menarik satelit buatan lebih besar daripada yang menarik bulan, karena letak satelit itu lebih dekat ke bumi dari pada ke bulan. Kemudian letak peluncuran harus mempunyai lahan yang luas dan terletak di dekat khatulistiwa ke arah timur agar dapat memanfaatkan kecepatan rotasi bumi (465 m/s) secara maksimum dan merupakan orientasi yang baik untuk menuju sebuah orbit geostationer

Untuk mendapatkan keseimbangan, antara gaya tarik bumi dan gaya gerak menjauh itu, satelit buatan harus bergerak lebih cepat daripada bulan. Jika satelit bergerak terlalu lambat, maka satelit itu akan jatuh kembali ke bumi. Sebaliknya, jika terlalu cepat, maka satelit itu akan terlepas dari gaya tarik bumi. Keseimbangan antara kedua gaya itu dapat dicapai jika kecepatan satelit itu sekitar 40.000 km/jam. Pada kecepatan itu, satelit akan tetap beredar mengelilingi bumi.

Kecepatan yang dibutuhkan tergantung pada ketinggian satelit karena geometri satelit Bumi dan karena tingkat di mana satelit jatuh ke bumi tergantung pada kekuatan gravitasi di ketinggiannya.

Kecepatan orbital adalah kecepatan yang dibutuhkan untuk mencapai keseimbangan antara tarik gravitasi bumi pada satelit dengan inersia dari gerakan satelit. Tanpa gravitasi , inersia satelit akan membawanya ke ruang angkasa. Jika satelit beredar terlalu cepat maka akhirnya satelit akan terbang jauh dan sebaliknya jika satelit beredar terlalu lambat maka gravitasi kana menariknya kembali ke bumi.

Gerak satelit dapat dilihat sebagai menciptakan gaya sentrifugal yang menentang daya tarik gravitasi. Sebagai contoh, bayangkan melampirkan obyek ke string dan berayun dalam lingkaran. Tujuannya menarik keluar terhadap string, dan bahwa kekuatan luar (gaya sentrifugal) menjadi lebih besar semakin cepat ayunan objek. Pada kecepatan yang tepat, gaya sentrifugal dari satelit karena gerak mengelilingi bumi hanya menyeimbangkan tarikan gravitasi, dan satelit tetap di orbit.

Karena tarikan gravitasi tumbuh lebih lemah lebih lanjut satelit adalah dari bumi, gaya sentrifugal yang diperlukan untuk menyeimbangkan gravitasi juga menurun dengan jarak dari Bumi. Semakin tinggi orbit satelit, semakin rendah kecepatan orbitnya.

Bergantian, satelit dapat dilihat sebagai terus jatuh menuju pusat bumi. Namun, karena satelit juga bergerak sejajar dengan permukaan bumi, bumi terus kurva jauh dari satelit. Dalam orbit melingkar, kecepatan satelit adalah persis apa yang dibutuhkan sehingga terus jatuh tapi terus jarak konstan dari Bumi. Kecepatan yang dibutuhkan tergantung pada ketinggian satelit karena geometri satelit Bumi dan karena tingkat di mana satelit jatuh ke bumi tergantung pada kekuatan gravitasi di ketinggiannya. Jadi semakin jauh ketinggian satelit maka semakin rendah kecepatan orbitalnya.

Kecepatan orbital satelit tergantung ketinggiannya di atas bumi. Semakin dekat ke bumi maka semakin cepat kecepatan orbital yang diperlukan. Pada ketinggian 124 mil, kecepatan orbital yang diperlukan adalah lebih dari 17000 mph. Untuk mempertahankan orbit di ketinggian 22.223 mil di atas bumi diperlukan kecepatan orbital satelit sebesar 7000 mph.

Satelit tetap di orbit dan tidak jatuh kembali ke bumi dikarenakan efek dari kekuatan Sentrifugal seperti berputar mengelilingi bumi. Satelit di ruang angkasa juga mengalami tarikan dari gravitasi matahari yang cenderung menarik satelit keluar dari orbitnya tetapi diseimbangkan dengan adanya roket pendorong yang secara berkala ditembakkan/diaktifkan dan membakar propelan khusus untuk menghasilkan gas. Gas tersebut yang memindahkan satelit seperti balon berisi udara akan bergerak jika beberapa udara yang dikeluarkan. Sesuai dengan Hukum Newton ketiga. Gerakan-gerakan tersebut kecil tetapi membantu menjaga satelit agar tetap pada posisi orbit. Propelan (bahan bakar roket) digunkan oleh roket untuk 10-15 tahun dan menentukan masa guna satelit. Menjelang akhir masa guna satelit, operator satelit dapat memperpanjang umur satelit dengan melestarikan propelan dan memungkinkan satelit perlahan tertidur saja.

Dan mengapa dapat tetap bergerak secepat itu tanpa mengalami perlambatan karena bentuk yang tidak aerodinamis, karena telah kita ketahui, penyebab dari perlambatan itu pada umumnya disebabkan oleh hambatan udara. Nah, pada ketinggian orbit satelit dan atau ISS, adalah termasuk zona hampa udara, jadi perlambatan tersebut tidak terjadi karena disebabkan tidak adanya gesekan antara panel panel ISS dengan udara.

Sumber :
http://blog.unnes.ac.id/dhilla13/2015/11/12/bagaimana-satelit-buatan-diluncurkan-dan-dapat-mengorbit-sesuai-orbitnya-2/
infoastronomy.org

ISS (International Space Station) merupakan stasiun luar angkasa internasional yakni sebuah fasilitas riset internasional yang diluncurkan di orbit Bumi. Pembangunan ISS dimulai pada 1998 dengan ketinggian 600 km di atas Bumi. ISS dijadwalkan bisa beroperasi hingga 2015 atau 2020. Sejauh ini, ISS adalah wahana angkasa luar terbesar yang mengorbit Bumi. Di dalam stasiun ini tersedia laboratorium dengan kondisi mikro gravitasi untuk melakukan penelitian biologi, kimia, fisika, astronomi dan meteorologi.

Lalu, mengapa ISS tidak jatuh? :thinking:
Satelit termasuk ISS mengitari bumi dalam kecepatan super sehingga tidak jatuh, bayangkan saja bola tenis yang kamu lempar cepat pasti akan meluncur jauh dan jatuh lama, tapi bila lemparanmu lemah, bola tenis cepat jatuh, begitu pula dengan satelit. Alasan lainnya, satelit berada jauh dari gravitasi bumi. Selain bertujuan mencegah jatuh ke bumi, keberadaannya yang jauh dari bumi agar tidak bergesekan dengan atmosfer saat meluncur cepat.

Lalu bagaimana proses penempatan satelit pada orbitnya? :thinking:
Pendorong satelit yang terakhir harus memiliki cukup energi untuk mendorong satelit mencapai kecepatan minimum 8 km/s atau sekitar 28.000 km/jam, sebelum kemudian melepaskan satelit tersebut. Kesalahan sedikit saja pada sudut peluncuran ataupun kecepatan peluncuran akan menyebabkan misi pengiriman satelit gagal.

ISS yang bentuknya tidak aerodinamis mampu melaju dengan kecepatan 28.000 km/jam. Kecepatan ini memang lebih tinggi dari kecepatan suara yang hanya 1.236 km/jam. Fakta bahwa satelit yang bentuknya tidak aerodinamis ini dapat melaju puluhan kali lipat kecepatan suara hanya bisa terjadi karena lingkungannya berada di luar angkasa. Di luar angkasa kerapatan jenisnya ialah 6×10-27 dari kerapatan jenis udara bumi.

Kecepatan satelit sendiri harus mencapai 8 km/s atau 28.000 km/jam berdasarkan perhitungan hukum Newton dan Kepler tentang orbital satelit. Pembahasan mengenai Agar bergerak cepat, satelit diluncurkan dari bumi menggunakan roket menuju orbitnya dengan kecepatan tinggi, setelah mencapai ketinggian tertentu satelit akan meluncur kencang mengikuti orbit secepat 29.000 km/jam, pada nantinya roket akan melepaskan satelit dan kembali ke bumi, satelit akan terus berputar dengan kecepatan konstan mengikuti orbitnya.

Posisi atau ketinggian ISS yang tepat sering disebut berada pada area Geostasioner. Geostasioner ini adalah orbit yang berada tepat di atas ekuator Bumi (garis lintang 0°), dengan eksentrisitas orbital sama dengan nol. Dengan perioda yang sama dengan rotasi bumi, maka objek satelit yang berada di orbit geostasioner akan tampak diam (tidak bergerak) di angkasa. Orbit ini jelas sangat diminati oleh operator-operator satelit buatan (termasuk satelit komunikasi dan televisi). – Wikipedia

Jadi kesimpulannya, ISS dapat bergerak dengan cepat dan melingkar adalah, pertama ISS dibawa ke luar angkasa yaitu pada ketinggian 600 km di atas Bumi ole roket. Lalu roket melepaskan ISS dengan kecepatan 28.000 km/jam. Kemudian satelit (ISS) mendekati orbit menggunakan bahan bakar yang sudah disediakan di dalamnya. Setelah memasuki orbitnya ia akan mengorbit dengan kecepatan 29.000 km/jam. Kecepatan ISS mengorbit tidak lepas dari peran roket. Selain itu yang membuat ISS dapat bergerak dengan cepat adalah posisinya yang jauh dari Bumi sehingga pengaruh gaya gravitasi Bumi sangatlah kecil. Dan juga posisinya yang jauh dari atmosfer bumi, sehingga tidak ada gaya gesek yang terjadi.

SUMBER :

International Space Station merupakan stasiun luar angkasa (satelit) yang berfungsi sebagai tempat penelitian dan pengamatan. ISS adalah sebuah proyek dari 16 negara, yaitu Amerika Serikat, Rusia, Jepang, Kanada, Brasil dan 11 negara lain dari Uni Eropa mewakilkan kehadiran manusia tetap di luar angkasa telah ditempati oleh paling tidak dua orang Setiap kali pergantian awak, keempat awak lama dan baru ada di sana dan juga paling tidak satu pengunjung lainnya.

ISS berada di ketinggian 360 Km dari permukaan Bumi (orbit rendah) dan ketinggiannya turun 100 meter per hari. ISS membutuhkan hanya 92 menit dengan kecepata 27.000 km/jam untuk mengelilingi Bumi dalam satu putaran penuh.

Bahan bakar IIS sendiri punya 16 panel surya yang menyerap sinar Matahari dan menjadikannya bahan bakar dan akan bertahan hingga 2020. IIS memiliki ukuran sebesar 108.5 meter x 72.8 meter, atau sedikit lebih besar dari lapangan sepak bola dan Berat 450 ton, atau sama dengan 450 mobil jika mereka ditimbang dalam timbangan raksasa.
Kemudian ISS dibagi menjadi beberapa bagian (modul) dan diluncurkan terpisah dengan menggunakan roket Proton Rusia dan pesawat luar angkasa AS.

Kecepatan yang dimiliki IIS juga memiliki banyak perhitungan. Kecepatan ISS relatif terhadap bumi, dan mengelilingi Bumi pada ketinggian orbital, sama sekali adalah hal yang penting agar tidak jatuh ke bumi atau dilempar ke luar angkasa. Bila tidak menggunakan mesin onboardnya untuk menyesuaikan orbit, maka IIS akan bebas jatuh. Ini berarti bahwa interaksi gravitasi dengan bumi dijaga agar tetap sama dengan orbit, dan begitu pula dengan kecepatannya.

ISS sebenarnya harus bergerak cepat untuk mengorbit Bumi pada ketinggian operasionalnya. Jika berada di orbit yang lebih tinggi, ia harus melakukan perjalanan lebih lambat dibandingkan dengan tanah. Jika berada di orbit yang lebih rendah, ia harus melakukan perjalanan lebih cepat, dan pada akhirnya akan mulai menarik hambatan besar dari atas atmosfer, yang berarti kita harus terus-menerus mendorong ke orbit yang lebih tinggi.

Refrensi :


https://www.quora.com/How-fast-is-the-International-Space-Station-moving-and-why-How-can-astronauts-walk-move-in-the-space-station-when-it-is-moving-so-fast-How-difficult-does-the-dynamic-of-this-fast-movement-make-it-for-other-spacecrafts-to-dock-with-the-ISS