際際滷

際際滷Share a Scribd company logo

Tugas 3: Rancangan Misi Wahana Antariksa Menuju Mars

Sayogyo Rahman Doko
Sayogyo Rahman Doko

Dokumen ini merangkum rancangan misi wahana antariksa untuk melakukan observasi di orbit Mars. Rangkuman mencakup perhitungan trayektori wahana, massa propelan yang dibutuhkan, jadwal peluncuran dan kedatangan, orbit operasi di Mars, serta instrumen utama seperti kamera dan sistem komunikasi.

1 of 10
Download to read offline
TUGAS 3 AE2230 ASTRODINAMIKA Disusun oleh: Kelompok Sirius 1. Febriyan Prayoga 13610039 2. Muhammad Farhan 13611035 3. Muhammad Iqbal Maulana 13611048 4. Sayogyo Rahman Doko 13611046 FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA AERONAUTIKA DAN ASTRONAUTIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014
Tugas 3: Rancangan Misi Wahana Antariksa Menuju Mars
A. TRAJECTORY 1) Kebutuhan v Kita anggap Bumi dan wahana menjadi satu kesatuan objek. Di sini, orbit transfer yang dipakai adalah model Hohman sebagaimana gambar di atas. Kemudian, kita hitung , eksentrisitas orbit transfer Hohman ini, sebagai berikut Dengan nilai cos 慮 = - 1 karena 慮 = 180o antara Bumi dan Mars, maka: Diperoleh = 0.208. Kita substitusikan nilai ini ke persamaan kecepatan Bumi, vo dengan ro adalah jari-jari orbit Bumi (149,6 juta km): vper =
Ini adalah kecepatan Bumi+wahana pada perihelion (orbit transfer terhadap matahari. Sedangkan kecepatan orbit Bumi mengelilingi matahari sekitar 29.8 km/s. Sehingga vper wahana terhadap matahari adalah sebesar vper = 32.74 29.8 = 2.94 km/s Kecepatan 2.94 km/s ini juga disebut v bila acuannya adalah bumi, vper / Sun = v/Earth = 2.94 km/s Akan tetapi, kecepatan departure wahana terhadap bumi, vdep ,dari LEO menuju MTO belum dihitung. Untuk menghitung kecepatan ini, kita pakai persamaan kekekalan energi kinetik. 1 2 2 = 1 2 ｐ 2 + 1 2 ｂ 2 2 = ｐ 2 + ｂ 2 Sebelumnya dengan mengasumsikan jari-jari LEO adalah 500 km, maka = + = 3.986 1014 (6371 + 500) 103 = 7.6 / Dan karena ｐ = 2 sehingga = ｂ 2 + 2 2 = 2.942 + 2(7.6)2 = 11.16 / Selanjutnya wahana akan terbang menuju Mars dengan kecepatan 2.94 km/s. Di bagian aphelion orbit transfer, dengan nilai orbit transfer tetap sebesar 0.208, maka vaph adalah
= 1 + = 1 + = 227.84 106 1.208 = 1.88 1011 Dengan 袖SUN = 1.32 x 1020 m3 /s2 , diperoleh: = (1 ) (1 + ) = 1.32 1020(0.792) 1.88 1011 1.208 = 21.48 / Sedangkan kecepatan revolusi Mars terhadap matahari sendiri adalah sekitar 24.121 km/s. Sehingga, vaph wahana terhadap matahari ketika datang ke Mars adalah: vaph = 24.121 21.48 = 2.641 km/s Dengan demikian vtotal = vper + vaph =2.94 + 2.64 = 5.58 km/s
2) Massa wahana (propelan) Massa wahana yang dirancang memiliki massa awal, m1 = 136 kg dan enginenya memiliki Isp = 480 s. Dengan kebutuhan v = 5.58 km/s = 5580 m/s dan go = 9.81 m/s2 , maka massa propellan yang dibutuhkan, mp , adalah: = 腫 ln 5580 = 9.81 480 ln 136 208 ln 136 136 = 1.185 136 136 = 3.271 = 94.41 Jadi, massa propellan adalah 94.41 kg atau sekitar 69 % dari massa awal. 3) Timing TOF (Time of Flight) = 3 = (1.88 1011 )3 1.32 1020 = 22289466.87 = 4.4539 = 257.9 Departure and Arrival Time Kita asumsikan bahwa suatu saat Mars dan Bumi berada pada sisi yang sama dari matahari (konjungsi). Akibatnya, sudut fase saat itu sama dengan nol. Persamaannya adalah: Untuk mempermudah perhitungan, = 1 AU3 /TUs 2 , 1= 1 AU, 2 = 1.524 AU Bumi: Mars: 1 = 1 3 = 1 1 = 1 / 2 = 2 3 = 1 1.5243 = 0.5315 /
Sehingga dengan k = 1: 1 0 = 0 + 0.5315 4.4539 (1 + 2) 1 0.5315 = 11.7586 = 683.56 = 1.8715 ＄ Sehingga dibutuhkan waktu tunggu hampir 2 tahun hingga kedua planet berada pada posisi yang tepat untuk transfer orbit Hohman dengan fuel minimum. Sedangkan untuk sudut fase saat masa peluncuran, kita bisa berikan t0 = tL1 , sehingga dengan k = 0 diperoleh: (2 1) = 2 + 1 + 2 = 0.5315 4.4539 + = 0.7742 = 44.3612 Atau dengan kata lain, Mars harus mendahului Bumi sebesar 44.36 derajat saat wahana diluncurkan dari Bumi menuju Mars agar sampai di orbit Mars pada posisi yang tepat. Tanggal 8 April 2014 yang lalu, Matahari-Bumi-Mars berada pada satu garis lurus konjungsi. Fakta ini menyebabkan asumsi hasil perhitungan pertama terpenuhi, sehingga dibutuhkan waktu tunggu sekitar 684 hari sejak 8 April 2014 agar peluncuran wahana dapat dilakukan. Waktu peluncuran tersebut kurang lebih jatuh pada tanggal 23 Februari 2016 yang mana saat itu pula sudut fase antara Mars-Bumi sekitar 44O , seseuai dengan hasil perhitungan kedua. Dengan TOF selama 257.9 hari atau sekitar 258 hari, maka waktu tiba di orbit Mars ialah pada tanggal 6 November 2016. 44O
4) Orbit Operasi Orbit operasi (Low Mars Orbit) dirancang memiliki altitude terdekat (periapsis) sebesar 377 km di atas permukaan Mars. Sementara altitude terjauh (apoapsis) dirancang berada pada 80000 km di atas permukaan Mars. 5) Launcher Launcher (wahana peluncur) yang dipilih adalah ATLAS V 401 yang memiliki spesifikasi Type Atlas V 401 Height 58.3 m Diameter 3.81 m Launch Mass 334,500 kg Stage 1 Atlas Common Core Stage Boosters None Stage 2 Centaur Mass to LEO 10470 kg Mass to GTO 4750 kg Payload maksimum untuk sampai di LEO sebesar 10470 kg sehingga memungkinkan untuk membawa payload (propellan) yang dibutuhkan untuk rancangan wahana Mars ini yakni sebesar 94.41 kg. Peluncuran sendiri dirancang agar dilakukan di Kompleks 41, Cape Canaveral Air Force Station, Florida.
B. INSTRUMENT 1) Kamera HiRISE Kamera High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) merupakan sebuah teleskop dengan reflecting sebesar 0.5 m, memiliki resolusi 1 mikroradian (亮rad) atau 0.3 m dari altitude 300 km. HiRISE mengumpukan citra dalam 3 jenis warna: 400 - 600 nm (blue-green/B-G), 550 - 850 nm (red) dan 800 - 1000 nm (near infrared/NIR). CTX Context Camera (CTX) memberikan citra hitam-putih/grayscale (500-800 nm) dengan resolusi satu pixel mencapai sekitar 6 m. MARCI Mars Color Imager (MARCI) adalah kamera wide-angle, relatif memiliki resolusi yang rendah (1-10 km/pixel) yang menggambarkan permukaan Mars ke dalam 5 spektrum cahaya tampak dan 2 spektrum ultraviolet. 2) Komunikasi Telecom Subsystem dirancang memiliki antenna yang besar (3 meter) yang digunakan untuk mentransmisikan data melalui Deep Space Network melalui frekuensi X-band pada 8 GHz. Maximum transmission speed dari Mars diproyeksikan tinggi sebesar 6 Mbit/s. Wahana juga membawa dua amplifier X band 100 watt (salah satu sebagai backup), satu amplifier Ka-band 35 watt, dan two Small Deep Space Transponders (SDSTs). C. Referensi George, L.E. and Kos, L.D. Interplanetary Mission Design Handbook: Earth-to-Mars Mission Opportunities and Mars-to-Earth Return Opportunities 20092024. 1998: NASA. Turner, Martin J.L. Expedition Mars. 2004: Springer. ISROs Mars Orbiter Mission, Trajectory Design. http://www.dept.aoe.vt.edu/~lutze/AOE4134/ http://www.theplanetstoday.com/ http://en.wikipedia.org/wiki/Mars_Reconnaissance_Orbiter http://www.spaceflight101.com/atlas-v-401.html
Tugas 3: Rancangan Misi Wahana Antariksa Menuju Mars

More Related Content

Tugas 3: Rancangan Misi Wahana Antariksa Menuju Mars

  • 1. TUGAS 3 AE2230 ASTRODINAMIKA Disusun oleh: Kelompok Sirius 1. Febriyan Prayoga 13610039 2. Muhammad Farhan 13611035 3. Muhammad Iqbal Maulana 13611048 4. Sayogyo Rahman Doko 13611046 FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA AERONAUTIKA DAN ASTRONAUTIKA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2014
  • 3. A. TRAJECTORY 1) Kebutuhan v Kita anggap Bumi dan wahana menjadi satu kesatuan objek. Di sini, orbit transfer yang dipakai adalah model Hohman sebagaimana gambar di atas. Kemudian, kita hitung , eksentrisitas orbit transfer Hohman ini, sebagai berikut Dengan nilai cos 慮 = - 1 karena 慮 = 180o antara Bumi dan Mars, maka: Diperoleh = 0.208. Kita substitusikan nilai ini ke persamaan kecepatan Bumi, vo dengan ro adalah jari-jari orbit Bumi (149,6 juta km): vper =
  • 4. Ini adalah kecepatan Bumi+wahana pada perihelion (orbit transfer terhadap matahari. Sedangkan kecepatan orbit Bumi mengelilingi matahari sekitar 29.8 km/s. Sehingga vper wahana terhadap matahari adalah sebesar vper = 32.74 29.8 = 2.94 km/s Kecepatan 2.94 km/s ini juga disebut v bila acuannya adalah bumi, vper / Sun = v/Earth = 2.94 km/s Akan tetapi, kecepatan departure wahana terhadap bumi, vdep ,dari LEO menuju MTO belum dihitung. Untuk menghitung kecepatan ini, kita pakai persamaan kekekalan energi kinetik. 1 2 2 = 1 2 ｐ 2 + 1 2 ｂ 2 2 = ｐ 2 + ｂ 2 Sebelumnya dengan mengasumsikan jari-jari LEO adalah 500 km, maka = + = 3.986 1014 (6371 + 500) 103 = 7.6 / Dan karena ｐ = 2 sehingga = ｂ 2 + 2 2 = 2.942 + 2(7.6)2 = 11.16 / Selanjutnya wahana akan terbang menuju Mars dengan kecepatan 2.94 km/s. Di bagian aphelion orbit transfer, dengan nilai orbit transfer tetap sebesar 0.208, maka vaph adalah
  • 5. = 1 + = 1 + = 227.84 106 1.208 = 1.88 1011 Dengan 袖SUN = 1.32 x 1020 m3 /s2 , diperoleh: = (1 ) (1 + ) = 1.32 1020(0.792) 1.88 1011 1.208 = 21.48 / Sedangkan kecepatan revolusi Mars terhadap matahari sendiri adalah sekitar 24.121 km/s. Sehingga, vaph wahana terhadap matahari ketika datang ke Mars adalah: vaph = 24.121 21.48 = 2.641 km/s Dengan demikian vtotal = vper + vaph =2.94 + 2.64 = 5.58 km/s
  • 6. 2) Massa wahana (propelan) Massa wahana yang dirancang memiliki massa awal, m1 = 136 kg dan enginenya memiliki Isp = 480 s. Dengan kebutuhan v = 5.58 km/s = 5580 m/s dan go = 9.81 m/s2 , maka massa propellan yang dibutuhkan, mp , adalah: = 腫 ln 5580 = 9.81 480 ln 136 208 ln 136 136 = 1.185 136 136 = 3.271 = 94.41 Jadi, massa propellan adalah 94.41 kg atau sekitar 69 % dari massa awal. 3) Timing TOF (Time of Flight) = 3 = (1.88 1011 )3 1.32 1020 = 22289466.87 = 4.4539 = 257.9 Departure and Arrival Time Kita asumsikan bahwa suatu saat Mars dan Bumi berada pada sisi yang sama dari matahari (konjungsi). Akibatnya, sudut fase saat itu sama dengan nol. Persamaannya adalah: Untuk mempermudah perhitungan, = 1 AU3 /TUs 2 , 1= 1 AU, 2 = 1.524 AU Bumi: Mars: 1 = 1 3 = 1 1 = 1 / 2 = 2 3 = 1 1.5243 = 0.5315 /
  • 7. Sehingga dengan k = 1: 1 0 = 0 + 0.5315 4.4539 (1 + 2) 1 0.5315 = 11.7586 = 683.56 = 1.8715 ＄ Sehingga dibutuhkan waktu tunggu hampir 2 tahun hingga kedua planet berada pada posisi yang tepat untuk transfer orbit Hohman dengan fuel minimum. Sedangkan untuk sudut fase saat masa peluncuran, kita bisa berikan t0 = tL1 , sehingga dengan k = 0 diperoleh: (2 1) = 2 + 1 + 2 = 0.5315 4.4539 + = 0.7742 = 44.3612 Atau dengan kata lain, Mars harus mendahului Bumi sebesar 44.36 derajat saat wahana diluncurkan dari Bumi menuju Mars agar sampai di orbit Mars pada posisi yang tepat. Tanggal 8 April 2014 yang lalu, Matahari-Bumi-Mars berada pada satu garis lurus konjungsi. Fakta ini menyebabkan asumsi hasil perhitungan pertama terpenuhi, sehingga dibutuhkan waktu tunggu sekitar 684 hari sejak 8 April 2014 agar peluncuran wahana dapat dilakukan. Waktu peluncuran tersebut kurang lebih jatuh pada tanggal 23 Februari 2016 yang mana saat itu pula sudut fase antara Mars-Bumi sekitar 44O , seseuai dengan hasil perhitungan kedua. Dengan TOF selama 257.9 hari atau sekitar 258 hari, maka waktu tiba di orbit Mars ialah pada tanggal 6 November 2016. 44O
  • 8. 4) Orbit Operasi Orbit operasi (Low Mars Orbit) dirancang memiliki altitude terdekat (periapsis) sebesar 377 km di atas permukaan Mars. Sementara altitude terjauh (apoapsis) dirancang berada pada 80000 km di atas permukaan Mars. 5) Launcher Launcher (wahana peluncur) yang dipilih adalah ATLAS V 401 yang memiliki spesifikasi Type Atlas V 401 Height 58.3 m Diameter 3.81 m Launch Mass 334,500 kg Stage 1 Atlas Common Core Stage Boosters None Stage 2 Centaur Mass to LEO 10470 kg Mass to GTO 4750 kg Payload maksimum untuk sampai di LEO sebesar 10470 kg sehingga memungkinkan untuk membawa payload (propellan) yang dibutuhkan untuk rancangan wahana Mars ini yakni sebesar 94.41 kg. Peluncuran sendiri dirancang agar dilakukan di Kompleks 41, Cape Canaveral Air Force Station, Florida.
  • 9. B. INSTRUMENT 1) Kamera HiRISE Kamera High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) merupakan sebuah teleskop dengan reflecting sebesar 0.5 m, memiliki resolusi 1 mikroradian (亮rad) atau 0.3 m dari altitude 300 km. HiRISE mengumpukan citra dalam 3 jenis warna: 400 - 600 nm (blue-green/B-G), 550 - 850 nm (red) dan 800 - 1000 nm (near infrared/NIR). CTX Context Camera (CTX) memberikan citra hitam-putih/grayscale (500-800 nm) dengan resolusi satu pixel mencapai sekitar 6 m. MARCI Mars Color Imager (MARCI) adalah kamera wide-angle, relatif memiliki resolusi yang rendah (1-10 km/pixel) yang menggambarkan permukaan Mars ke dalam 5 spektrum cahaya tampak dan 2 spektrum ultraviolet. 2) Komunikasi Telecom Subsystem dirancang memiliki antenna yang besar (3 meter) yang digunakan untuk mentransmisikan data melalui Deep Space Network melalui frekuensi X-band pada 8 GHz. Maximum transmission speed dari Mars diproyeksikan tinggi sebesar 6 Mbit/s. Wahana juga membawa dua amplifier X band 100 watt (salah satu sebagai backup), satu amplifier Ka-band 35 watt, dan two Small Deep Space Transponders (SDSTs). C. Referensi George, L.E. and Kos, L.D. Interplanetary Mission Design Handbook: Earth-to-Mars Mission Opportunities and Mars-to-Earth Return Opportunities 20092024. 1998: NASA. Turner, Martin J.L. Expedition Mars. 2004: Springer. ISROs Mars Orbiter Mission, Trajectory Design. http://www.dept.aoe.vt.edu/~lutze/AOE4134/ http://www.theplanetstoday.com/ http://en.wikipedia.org/wiki/Mars_Reconnaissance_Orbiter http://www.spaceflight101.com/atlas-v-401.html