Satelit buatan tentu saja berbeda dengan satelit alami seperti bulan yang mengelilingi bumi. Satelit buatan diluncurkan ke luar angkasa oleh manusia dengan melakukan pengontrolan dari bumi. Tapi bagaimanakah cara satelit buatan ini meluncur ke luar angkasa dan berputar mengelilingi bumi? Mengapa bisa satelit buatan tidak jatuh ke bumi? Dan berapa kecepatan dari satelit buatan ini? Disini kita akan membahas satu per satu.
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 keepatan itu roket tidak akan bisa keluar dari gravitasi bumi. Pada mulanya roket meluncur ke lur 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. Sesuai persamaan berikut ini:
Vsatelit = , dengan V= kecepatan satelit mengelilingi bumi
g= medan gravitasi bumi senilai g = GM/R*2
M= massa bumi
R= radius 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.
Pada grafik diatas dimana periode orbit terhadap ketinggian dapat diketahui bahwa semakin tinggi satelit di luar angkasa maka semakin besar pula periode orbitnya. Untuk orbit ketinggian rendah (ketinggian beberapa ratus kilometer), periode adalah sekitar 90 menit; pada ketinggian yang lebih tinggi, periode meningkat. Sejak satu hari kira-kira 1.440 menit, plot menunjukkan bahwa satelit di ketinggian sekitar 36.000 kilometer mengorbit sekali sehari-pada tingkat yang sama bumi berputar. Orbit tersebut disebut geosynchronous. Sebuah satelit ditempatkan di orbit geosynchronous di atas khatulistiwa adalah unik karena itu tetap di atas titik yang sama di bumi. Orbit geostasioner tersebut memiliki kegunaan penting.
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.
Reference :
- https://4muda.com/bagaimana-caranya-satelit-buatan-bertahan-mengelilingi-bumi-tanpa-jatuh-ke-bumi/
- https://id.wikipedia.org/wiki/Satelit
Tulisan ini dibuat untuk mengikuti Bidikmisi Blog Award di Universitas Negeri Semarang. Tulisan adalah karya saya sendiri dan bukan jiplakan.