Propelan roket

Propelan roket adalah sebuah bahan yang digunakan oleh roket untuk memproduksi dalam reaksi kimia, reaksi massa (massa pendorong) yang dikeluarkan, biasanya dengan kecepatan yang sangat tinggi, dari mesin roket untuk menghasilkan daya dorong, dan dengan demikian memberikan propulsi pesawat ruang angkasa. Dalam suatu propelan roket, bahan kimia mengalami reaksi kimia eksotermis untuk menghasilkan gas panas. Mungkin ada propelan tunggal, atau beberapa propelan, dalam kasus terakhir seseorang dapat membedakan bahan bakar dan oksidator. Gas yang dihasilkan memperluas dan mendorong pada nozz, yang mempercepat mereka sampai bergegas keluar dari belakang roket dengan kecepatan yang sangat tinggi.^[1][2]

Perbedaan roket propelan padat dan roket propelan cair

Perbedaan utama antara roket propelan padat dan roket propelan cair adalah:

• Roket propelan padat menggunakan campuran padat bahan bakar dan oksidator, sedangkan roket propelan cair menggunakan bahan bakar cair dan oksidator.
• Roket propelan padat tidak dapat dikontrol setelah dinyalakan, sedangkan roket propelan cair dapat diatur dan dimatikan.
• Roket propelan padat lebih murah untuk dibuat daripada roket propelan cair.
• Roket propelan cair lebih andal daripada roket propelan padat.
• Roket propelan cair dapat menghasilkan lebih banyak daya daripada roket propelan padat.
• Roket propelan padat kurang efisien daripada roket propelan cair.

Roket propelan padat sering digunakan untuk eksplorasi ruang angkasa dan rudal karena jarak jangkau, keandalannya serta kemudahan penyimpanan dan penanganannya. Roket propelan cair lebih cocok kendaraan peluncur terutama tahap pertama maupun tahap inti untuk muatan yang lebih besar karena dapat menghasilkan lebih banyak daya.

Propelan cair

Roket propelan cair atau roket cair adalah sebuah mesin roket yang menggunakan propelan dalam bentuk cair. Cairan yang diinginkan karena kepadatan yang cukup tinggi memungkinkan volume tangki propelan menjadi relatif rendah, dan itu adalah mungkin untuk menggunakan turbopumps sentrifugal ringan untuk memompa propelan dari tangki ke ruang pembakaran, yang berarti bahwa propelan dapat disimpan di bawah tekanan rendah. Hal ini memungkinkan penggunaan tangki propelan bermassa rendah, yang menghasilkan rasio massa tinggi untuk roket.

Sebuah gas inert disimpan dalam tangki pada tekanan tinggi kadang-kadang digunakan sebagai pengganti pompa di mesin kecil sederhana untuk memaksa propelan ke dalam ruang pembakaran. Mesin ini mungkin memiliki rasio massa yang lebih rendah, tapi biasanya lebih dapat diandalkan dan karena itu digunakan secara luas di satelit untuk pemeliharaan orbit.

Roket cair telah dibangun sebagai roket monopropellant menggunakan satu jenis propelan, roket bipropellant menggunakan dua jenis propelan, atau roket tripropellant lebih eksotis menggunakan tiga jenis propelan. Roket cair Bipropellant umumnya menggunakan bahan bakar cair dan oksidator cair, seperti hidrogen cair atau bahan bakar hidrokarbon seperti RP-1, dan oksigen cair. Mesin mungkin mesin roket kriogenik, dimana bahan bakar dan oksidator, seperti hidrogen dan oksigen, adalah gas-gas yang telah dicairkan pada suhu sangat rendah.

Sesuai namanya propelan cair adalah propelan yang berbentuk cair.propelan ini hampir sebagian besar diaplikasikan pada roket peluncur baik peluncur satelit maupun manusia ke luar angkasa karena memiliki daya dorong yang lebih besar daripada roket padat. kelebihan propelan ini adalah besar kecilnya thrust yang dihasilkan bisa diatur seperti kita memainkan gas pada motor,tetapi kelemahan propelan ini adalah biaya pembuatannya yang cukup mahal dan risiko ledakannnya tinggi.

Jenis propelan cair

• Low energy monopropellants adalah propelan cair yang oxidizer dan fuelnya ada di dalam satu senyawa kimia yang memiliki energi rendah.propelan ini memiliki range impuls spesifik antara 160-190. Contoh propelan ini adalah: hydrazine, ethylene oxide, dan hidrogen peroksida.
• High energy monopropellant adalah propelan cair yang oxidizer dan fuelnya ada di dalam satu senyawa kimia yang memiliki energi tinggi. Propelan ini memiliki range impuls spesifik antara 190-230. Contoh propelan ini adalah: nitromethane.
• Low energy bipropellants adalah propelan cair yang oxidizer dan fuelnya ada di dalam dua senyawa kimia yang memiliki energi rendah. Propelan ini memiliki range impuls spesifik antara 200-230. Contoh propelan ini adalah: perchloryl flouride-available fuel, analine-acid, JP4-acid, dan hydrogen peroxide-JP4.
• Medium energy bipropellants adalah propelan cair yang oxidizer dan fuelnya ada di dalam dua senyawa kimia yang memiliki energi sedang. Propelan ini memiliki range impuls spesifik antara 230-260. Contoh propelan ini adalah: Hydrazine Acid-Ammonia-Nitrogen Tetraoxyde.
• High energy bipropellants adalah propelan cair yang oxidizer dan fuelnya ada di dalam dua senyawa kimia yang memiliki energi tinggi. Propelan ini memiliki range impuls spesifik antara 260-270. Contoh propelan ini adalah: LOX-JP4, LOX-Alcohol, dan Hydrazine-Chlorine trifluida.
• Very high energy bipropellants adalah propelan cair yang oxidizer dan fuelnya ada di dalam dua senyawa kimia yang memiliki energi sangat tinggi. Propelan ini memiliki range impuls spesifik antara 270-330. Contoh propelan ini adalah: LOX-Hydrazine, LOX-JP4-Flourine, dan LOX-JP4-Ozone.
• Super high energy bipropellants adalah propelan cair yang oxidizer dan fuelnya ada di dalam dua senyawa kimia yang memiliki energi sangat tinggi. Propelan ini memiliki range impuls spesifik antara 300-385. Contoh propelan ini adalah: Flourine-H2, Flourine-Ammonia, dan Ozone-Hydrogen.
• Cryogenic super high energy bipropellant adalah propelan cair yang oxidizer dan fuelnya ada di dalam dua senyawa kimia yang memiliki energi sangat tinggi dan propelan tersebut didinginkan hingga suhu minus dibawah 200 °C. Propelan ini memiliki range impuls spesifik antara 380-460. Contoh propelan ini adalah: LOX-LH2. Dalam aplikasinya, untuk dapat menghasilkan tenaga, propelan cair harus dibakar pada rocket engine/mesin roket. Perbedaan antara motor roket dengan mesin roket adalah, motor roket merupakan satu kesatuan dari roket tersebut, mulai dari badan roket, firing atau kepala roket, dll., sedangkan mesin roket hanyalah mesin untuk menggerakkan roket tersebut dan pada umumnya mesin roket hanya diaplikasikan pada roket cair. Brand mesin roket didunia antara lain Rocket Dyne (RD/RS), SSME, STME, F-1, Vulcain, Vinci, dll.

Propelan cair yang paling umum digunakan saat ini

• LOX dan kerosene (RP-1). Digunakan untuk tahap pertama dari Saturnus V, Atlas V dan Falcon, Soyuz Rusia, Ukraina Zenit, dan roket perkembangan seperti Angara dan Long March 6. Sangat mirip dengan roket pertama Robert Goddard, kombinasi ini secara luas dianggap sebagai yang paling praktis untuk penguat lift off di permukaan tanah dan karena itu harus beroperasi pada tekanan atmosfer penuh.
• LOX dan liquid hydrogen, yang digunakan dalam pengorbit Space Shuttle, tahap atas Centaur dari Atlas V, tahap atas Saturn V, yang baru roket Delta IV, roket H-IIA, dan sebagian besar tahapan roket Eropa Ariane 5.
• Nitrogen tetroxide (N2O4) dan hydrazine (N2H4), MMH, or UDMH. Digunakan dalam roket ruang angkasa militer, orbital, karena kedua cairan dapat disimpan untuk waktu yang lama pada suhu yang dan tekanan wajar. N2O4 / UDMH merupakan bahan bakar utama untuk roket Proton, roket Long March, tahapan atas PSLV, dan Fregat dan Briz-M. Kombinasi ini hypergolic, membuat urutan pengapian sederhana. Ketidaknyamanan utama adalah bahwa propelan ini sangat beracun, maka mereka memerlukan penanganan yang cermat.
• Monopropellants seperti hydrogen peroxide, hydrazine, dan nitrous oxide terutama digunakan untuk kontrol sikap dan pesawat ruang angkasa di mana daya simpan mereka jangka panjang, kesederhanaan penggunaan, dan kemampuan untuk memberikan dorongan kecil yang diperlukan, melebihi impuls spesifik yang lebih rendah dibandingkan dengan mereka bipropellants. Hidrogen peroksida juga digunakan untuk menggerakkan turbopumps pada tahap pertama kendaraan peluncuran Soyuz.

Propelan padat

Roket padat atau roket berbahan bakar padat adalah sebuah roket dengan motor yang menggunakan propelan padat (bahan bakar/oksidator). Roket-roket awal adalah roket berbahan bakar padat didukung oleh mesiu, mereka digunakan oleh orang Cina, India, Mongol dan Arab, dalam peperangan pada awal abad ke-13.

Semua roket menggunakan beberapa bentuk propelan padat atau bubuk sampai abad ke-20, ketika roket cair dan roket hibrida menawarkan alternatif yang lebih efisien dan terkendali. Roket padat masih digunakan saat ini dalam model roket dan aplikasi yang lebih besar untuk kesederhanaan dan kehandalan mereka.

Karena roket berbahan bakar padat dapat tetap dalam penyimpanan untuk waktu yang lama, dan kemudian memulai andal dalam waktu singkat, mereka telah sering digunakan dalam aplikasi militer seperti rudal.

Sesuai namanya propelan padat adalah propelan yang berbentuk padat/solid.propelan ini diaplikasikan pada peluru kendali balistik, missile pesawat tempur, Solid Rocket Booster (SRB), dan lain-lain. Kelebihan propelan jenis ini adalah lebih mudah untuk disimpan dan kekurangan propelan jenis ini adalah unthrotlelable atau besar kecilnya thrust yang dihasilkan tidak mampu diatur dan memiliki impuls spesifik lebih kecil daripada propelan cair. Jadi ketika roket yang menggunakan propelan padat dinyalakan,thrustnya tidak bisa diatur sesuai keinginan, prinsipnya nyalakan dan pasrah.

Propelan padat dibagi menjadi lima jenis yaitu Single Base,Double Base,Triple Base,Composite,dan Composite Modified Double Base (CMDB).

• Propelan padat single base adalah propelan padat yang menggunakan satu material dengan satu senyawa kimia yang bertindak sebagai fuel dan juga oxidizer. Propelan single base menggunakan nitrocellulose C6H7.55O5(NO2)2.45 (NC) sebagai bahan bakar atau propelan dari roket tersebut. Propelan single base memiliki sifat explosive rendah dibandingkan double base yang diberi nitroglycerine.
• Propelan padat double base atau disebut propelan homogeneous adalah komposisi propelan yang terdiri dari oxidizer dan fuel secara kimiawi disatukan dan dibentuk menjadi struktur tunggal. Senyawa utama propelan ini salah satunya adalah nitroglycerin (NG) dan nitrocellulose (NC) yang mana nitrocellulose adalah senyawa yang digunakan pada komposisi single base propelan,tetapi lebih banyak digunakan pada amunisi senjata api. Nitrocellulose adalah senyawa nitrat cellulose dengan senyawa kimia C6H7.55O5(NO2)2.45 dan C6H7.0006N2.9994O10.9987 untuk 12.6% dan 14.14% kandungan nitrogen.
• Propelan padat triple base yaitu propelan padat dengan tiga komposisi senyawa yaitu nitroglycerin (NG),nitrocellulose (NC),dan nitroquanidine (NQ). Sifat propelan ini sama dengan double base. Letak perbedaannya adalah sifat explosive yang lebih tinggi karena ditambah senyawa nitroquanidine (NQ).
• Propelan padat komposit atau disebut propelan heterogeneous adalah komposisi propelan dengan fuel dan oxidizer yang dicampur tetapi tidak memiliki ikatan antara keduanya atau disebut non uniform structure. Karena tidak memiliki ikatan,maka bahan penyusun propelan ini diikat dengan binder yang biasanya memiliki struktur hidrokarbon polymer seperti HTPB.

HTPB pada komposisi propelan padat komposit memiliki fungsi untuk:

• Memproduksi energi ketika dibakar dengan oxidizer.
• Mengikat partikel oxidizer sebagai binder bersama dengan partikel lain untuk membentuk grain pada propelan.

Lihat pula

• Kendaraan peluncur antariksa
• Wahana antariksa
• Mesin roket
• Landasan peluncuran
• Bandar antariksa
• Bahan bakar roket
• Propulsi roket
• Mesin roket
• Kriogenik (bahan bakar) penyimpanan pada temperatur yang sangat rendah berupa cair gas seperti hidrogen cair.
• Hipergolik (propelan) mudah menyala spontan ketika kontak kombinai komponen propelan eperti bahan bakar dan oksidator.
• Oksidator
• Oksigen cair
• Hidrogen cair
• RP-1 Rocket Propellant 1 atau Refined Petroleum 1
• Dinitrogen tetroksida N₂O₄
• Dimetilhidrazin tak simetris UDMH
• Propelan roket cair
• Gaya dorong

Referensi

1. Heister, Stephen D.; Anderson, William E.; Pourpoint, Timothée L.; Cassady, R. Joseph (2019-02-07). Rocket Propulsion. Cambridge University Press. doi:10.1017/9781108381376. ISBN 978-1-108-38137-6.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
2. History and principles of rocket propulsion, Springer Praxis Books, Springer Berlin Heidelberg, 2005, hlm. 1–34, doi:10.1007/3-540-27041-8_1, ISBN 978-3-540-22190-6, diakses tanggal 2023-11-29 

• NASA page on propellants Diarsipkan 2009-07-28 di Wayback Machine.
• Rocket Propellants (from Rocket & Space Technology)
• Detailed list of rocket fuels, practical and theoretical
• Rocket Man Short essay by S. Abbas Raza about development of solid rocket fuel at 3 Quarks Daily^{[pranala nonaktif permanen]}