Kecepatan Lepas Satelit dan Kecepatan Orbit, Fisika di Satelit SATRIA-1

Pada minggu 18 Juni 2023 satelit SATRIA-1 diluncurkan di Cape Canaveral, Florida. Satelit SATRIA-1 memiliki fungsi untuk meningkatkan kapasitas layanan telekomunikasi termasuk internet di Indonesia. Satelit SATRIA -1 memiliki ketinggian 1.595 m dari permukaan bumi dengan kecepatan orbit sebesar 32004 km/jam.

Gambar 1. Satelit SATRIA-1 mengorbit di Bumi

Bagaimana cara meluncurkan satelit SATRIA-1 supaya mengorbit di bumi?

Pertama kali, satelit diluncurkan menggunakan roket keluar dari atmosfer bumi. Satelit SATRIA-1 memanfaatkan roket dari SpaceX untuk meluncurkannya ke atmosfer. Roket memanfaatkan konsep gaya aksi-reaksi, dimana bahan bakar yang dilepaskan memberikan gaya aksi, sebagai reaksinya adalah gaya angkat sesuai dengan hukum ketiga Newton.

Gambar 2. Roket SpaceX membawa satelit SATRIA-1

Satelit akan diluncurkan menuju daerah orbit yang mana partikel atmosfer minimum, yaitu eksosfer supaya saat mengorbit gaya gesekan antara satelit dan atmosfer minimum, serta masih dipengaruhi gaya gravitasi bumi. Pada daerah ini diperlukan kecepatan satelit yang mendekati kecepatan lepas dari gaya gravitasi, \(v\approx v_e\). Apabila kecepatan satelit jauh lebih dari kecepatan lepas, \(v_e\), maka satelit akan lepas dari orbit bumi.
Hukum kekekalan energi mekanik akan berlaku:

\(EP_1+EK_1=EP_2+EK_2\)

\(EK_1=EP_2\)

\(\frac{1}{2}mv^2=\frac{GMm}{r}\)

\(v=\sqrt{\frac{2GM}{r}}\)

dimana G adalah konstanta gravitasi dengan nilai \(6,672\times10^{-11} Nm^2/kg^2\), M adalah massa bumi dengan nilai \(5,9742\times 10^{24} kg\), dan r adalah radius bumi dengan nilai 6,371 km.

Melalui perhitungan kita akan mendapatkan kecepatan lepas sebesar 11186.11 m/s.

Try phyton code:

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
48
//
 import math
G=6.672*10**(-11)
M= 5.9742*10**(24)
r=6371000
v=math.sqrt(2*G*M/r)
print("velocity escape",v, "m/s")

Hasil: https://www.w3schools.com/python/

Satelit SATRIA-1 mengorbit pada lapisan eksosfer pada ketinggian 1.595 m dari permukaan laut. Saat mengorbit di eksosfer, satelit ini masih terpengaruh oleh gaya gravitasi Bumi. Akan tetapi, satelit SATRIA-1 tidak jatuh ke Bumi lantaran diimbagi oleh gaya sentripetal saat mengorbit sesuai dengan ilustrasi Gambar 2.

Gambar 2. Ilustrasi orbit satellite SATRIA-1

Pada kasus orbit satellite SATRIA-1, satellite digambarkan mengorbit pada jari-jari orbit, r, yaitu pada total ketinggian satelit h dan jari-jari bumi R. Satelit mengorbit dengan kecepatan v, sehingga memiliki gaya sentripetal, \(F_s\) sebesar:

\(F_s=m\frac{v^2}{r}\)

Gaya sentripetal ini setara dengan gaya gravitasi bumi, sehingga:

\(\frac{GMm}{r^2}=m\frac{v^2}{r}\)

Kecepatan orbit akan sebesar:

\(v=\sqrt{\frac{GM}{r}}\)

Jarak r ini akan setara \(r=R+h\) yang berarti kecepatan satelit akan menjadi:

\(v=\sqrt{\frac{GM}{R+h}}\)

Melalui perhitungan kita kita dapat memperkirakan kecepatan satelit SATRIA-1 sebesar 7073 m/s. Berdasarkan data dari SpaceX kecepatan orbit satelit SATRIA-1 sebesar 32004 km/jam atau setara 8890 m/s berbeda 20% dari hasil nyata. Tentunya hasil ini cukup berbeda, karena kita menyederhanakan konsep dengan menganggap lintasan orbit berbentuk lingkaran.

Try in phyton: https://www.w3schools.com/python/

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
48
//
 import math
G=6.672*10**(-11)
M= 5.9742*10**(24)
R=6371000
h=1595000
r=R+h
v=math.sqrt(G*M/r)
print("velocity orbit is",v, "m/s")