Beranda›Astronomi dan antariksa›Penerbangan antariksa

Cara kerja roket

Roket berbahan bakar cair pertama terbang selama dua setengah detik dan naik sekitar 12.5 m.

Mesin menyemburkan gas ke bawah (panah bawah); gas mendorong roket ke atas dengan gaya yang sama besar (panah atas). Roket tidak memerlukan udara atau tanah sebagai tumpuan dorongan.

Dorong sesuatu, dan kamu mendapat dorongan balik

Berdirilah di atas papan luncur, lalu lemparkan bola berat ke depan: kamu bergerak ke belakang. Lepaskan balon yang sudah ditiup, dan balon melesat ketika udara menyembur keluar dari mulutnya. Keduanya menunjukkan hukum ketiga Newton: ketika satu benda mendorong benda lain, benda kedua mendorong balik dengan gaya sama besar dan arah berlawanan. Mesin roket membakar bahan bakar untuk menghasilkan banyak gas panas, lalu menyemburkannya melalui nosel dengan kecepatan tinggi. Roket mendorong gas ke belakang, dan gas mendorong roket ke depan.

Kekeliruan yang sering muncul adalah menganggap gas buang memerlukan udara untuk didorong. Padahal tidak. Dorongan terjadi di dalam mesin, antara roket dan gasnya sendiri. Itulah sebabnya roket justru bekerja lebih baik di ruang hampa, tanpa hambatan udara. Besaran yang penting adalah momentum, yaitu massa dikali kecepatan. Jika mesin menyemburkan 1 kg gas dengan kecepatan 3000 m/s, roket mendapat momentum 3000 kg·m/s ke arah berlawanan, apa pun yang ada di sekitarnya.

Persamaan roket

Pada 1903, guru sekolah Rusia Konstantin Tsiolkovsky menerbitkan tulisan tentang penggunaan mesin roket di antariksa, beserta persamaan yang masih dipakai setiap perancang roket. Persamaan itu menyatakan seberapa besar roket dapat mengubah kecepatannya, Δv, berdasarkan dua besaran: kecepatan gas buang v_e dan rasio massa, yaitu massa awal m₀ dibagi massa akhir m_f setelah bahan bakar habis. Δv = v_e × ln(m₀ ÷ m_f). Logaritma itulah kendalanya. Dengan kecepatan gas buang 3 km/s, roket yang tiga perempat massanya berupa bahan bakar (rasio massa 4) mendapat tambahan kecepatan 4.16 km/s; menaikkan porsi bahan bakar menjadi 90% (rasio 10) hanya menghasilkan 6.91 km/s.

Untuk mencapai orbit diperlukan kecepatan menyamping sekitar 7.7 km/s, ditambah kecepatan ekstra untuk melawan gravitasi dan hambatan udara saat naik. Kebutuhan ini melampaui kemampuan satu roket sederhana. Solusinya adalah roket bertingkat. Tingkat pertama yang besar mengangkat seluruh roket, lalu dilepas setelah kosong agar tangki dan mesinnya yang berat tidak menjadi beban mati; tingkat kedua mulai bekerja dengan rasio massa baru yang jauh lebih baik. Saturn V milik NASA untuk penerbangan Apollo memiliki tiga tingkat: tingkat pertama mengangkat roket hingga sekitar 68 km, tingkat kedua membawanya hampir ke orbit, dan tingkat ketiga menuntaskannya, lalu mendorong wahana menuju Bulan.

Latar belakangPada 16 Maret 1926, di sebuah lahan pertanian bersalju di Auburn, Massachusetts, Robert Goddard meluncurkan roket berbahan bakar cair pertama di dunia. Menurut pemerintah Kota Auburn, roket itu mencapai ketinggian 41 kaki (sekitar 12.5 m), terbang selama dua setengah detik, dan mendarat 184 kaki (sekitar 56 m) dari rangka peluncurnya. Goddard telah menerbitkan “A Method of Reaching Extreme Altitudes” pada 1919 dan diejek karena mengusulkan roket yang dapat mencapai Bulan. Kini lokasi peluncuran itu, yang menjadi bagian dari lapangan golf, berstatus National Historic Landmark.

Saturn V (NASA)	Nilai
Tinggi	111 m (363 kaki)
Massa saat lepas landas	2.8 juta kg
Gaya dorong saat peluncuran	34.5 juta newton
Ke orbit Bumi	sekitar 118 000 kg
Ke Bulan	sekitar 43 500 kg
Tingkat	3

Lepas landas juga memerlukan gaya dorong yang lebih besar daripada berat. Berat Saturn V di landasan adalah 2.8 juta kg × 9.81 m/s² ≈ 27.5 juta newton, sedangkan mesinnya menghasilkan 34.5 juta newton, sehingga rasionya sekitar 1.26. Sisa gaya sebesar 7 juta newton, dibagi massa 2.8 juta kg, menghasilkan percepatan ke atas hanya sekitar 2.5 m/s² pada awalnya. Itulah sebabnya roket besar tampak naik begitu lambat. Ketika bahan bakar terbakar, massa berkurang dan percepatan meningkat.

Hukum mana yang menjelaskan mengapa roket bergerak?
- Hukum ketiga Newton
- Hukum kekekalan massa
- Hukum Ohm
Apakah mesin roket memerlukan udara sebagai tumpuan dorongan?
- Ya
- Tidak, roket mendapat dorongan dari gas buangnya sendiri
Mesin menyemburkan 2 kg gas dengan kecepatan 3000 m/s. Berapa momentum (kg·m/s) yang diperoleh roket?
Kecepatan gas buang 3 km/s, rasio massa 10. Berapa Δv dalam km/s? (dua angka desimal)
Kecepatan gas buang 4.4 km/s, rasio massa 10. Berapa Δv dalam km/s? (satu angka desimal)
Mengapa roket menggunakan beberapa tingkat?
- Untuk melepas tangki dan mesin kosong agar bagian yang tersisa memiliki rasio massa lebih baik
- Karena satu mesin tidak dapat dibuat cukup besar untuk dinyalakan
- Untuk membuat roket lebih tinggi
Roket Goddard mencapai 41 kaki. Berapa meter itu? (satu angka desimal; 1 kaki = 0.3048 m)
Saturn V: gaya dorong 34.5 MN, berat 27.5 MN. Berapa rasio gaya dorong terhadap beratnya? (dua angka desimal)
Pada tahun berapa Tsiolkovsky menerbitkan karyanya tentang roket di antariksa?
- 1903
- 1926
- 1957
Mengapa roket besar tampak naik lambat pada awalnya?
- Gaya dorongnya hanya sedikit lebih besar daripada beratnya
- Udara tebal menghentikannya
- Mesinnya memanas perlahan

Poin penting

Roket mendorong gas buang ke belakang dan terdorong ke depan (hukum ketiga Newton); tidak diperlukan udara.
Persamaan roket: Δv = vₑ × ln(m₀ ÷ m_f).
Pelepasan tingkat membuang beban mati agar setiap tingkat mulai dengan rasio massa yang lebih baik.
Goddard menerbangkan roket berbahan bakar cair pertama pada 16 Maret 1926.
Saturn V: 111 m, 2.8 juta kg, gaya dorong 34.5 MN, tiga tingkat.

Sumber kursus ini (17)

Town of Auburn MA, Robert Goddard (auburnma.gov/693/Robert-Goddard)
History.com This Day in History, 16 March 1926 (Tsiolkovsky 1903 treatise)
NASA "What Was the Saturn V?" (nasa.gov/learning-resources/for-kids-and-students/what-was-the-saturn-v-grades-5-8)
NASA Earth Fact Sheet (nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html, GM 0.39860 × 10⁶ km³/s², escape velocity 11.186 km/s, sidereal rotation 23.9345 h)
NASA History "The Dawn of the Space Age" (nasa.gov/history/dawn-of-the-space-age)
NASA "April 1961, First Human Entered Space" (nasa.gov/image-article/april-1961-first-human-entered-space)
GPS.gov Space Segment (gps.gov/space-segment)
KARI (kari.re.kr: KOMPSAT-1 1999, Chollian, Nuri launch dates, Danuri contents/193, 194, 196 and news release 2022-12-28)
Korea.kr policy news on the Nuri second launch, 21 June 2022 (korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148902762)
Korea AeroSpace Administration (kasa.go.kr, founded 27 May 2024)
NASA International Space Station Facts and Figures (nasa.gov/international-space-station/space-station-facts-and-figures)
ISS National Lab on Zarya and Expedition 1 (issnationallab.org/iss360/celebrating-the-20th-anniversary-of-the-first-international-space-station-module)
Korea Herald and Korea.net on Yi So-yeon, 8 April 2008 (koreaherald.com/article/10711787, korea.net/NewsFocus/HonoraryReporters/view?articleId=264742)
NASA Apollo pages (nasa.gov/the-apollo-program, nasa.gov/history/apollo-11-mission-overview, nasa.gov/mission/artemis-ii)
NASA Voyager 1 (science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-1) and "What is a light-day" (science.nasa.gov/mission/voyager/voyager-1/voyager-1-what-is-a-light-day)
NASA Stennis Lagniappe July 2015 on New Horizons at Pluto (nasa.gov/wp-content/uploads/2015/05/julylagniappe.pdf)
NASA SVS 5534 Parker Solar Probe (svs.gsfc.nasa.gov/5534).

Diperiksa: 2026-10-18