Bagaimana Cara Satelit Buatan Bertahan Mengelilingi Bumi Tanpa Jatuh Ke Bumi?

Pernahkah kita bertanya mengapa satelit buatan mampu bertahan di ruang angkasa tanpa jatuh ke bumi? Tahukah kamu bagaimana mungkin hal tersebut terjadi? Disinilah penjelasan ilmiah tentang fisika berlaku.

Satelit buatan tentu berbeda dengan satelit alami seperti bulan yang menjadi satu-satunya satelit bumi. Satelit buatan pertama yang berhasil meluncur ke angkasa adalah milik Uni Soviet bernama Sputnik, bulan Oktober tahun 1957.

Semenjak itu, Amerika segera meluncurkan satelitnya bernama Explorer-1. Kedua negara tersebut menjadi negara pertama dalam kecanggihan teknologi untuk memantau bumi lewat satelit ruang angkasa. Namun demikian modern ini, Rusia, Amerika, China, Eropa menjadi pemeran utama peluncuran satelit.

Berdasarkan data, terdapat sekitar 12.000 satelit di ruang angkasa, sekitar 10000 satelit telah menjadi sampah karena tidak bertahan lama karena masa percobaan atau karena masa aktifnya sudah habis. Kini sekitar 1000 satelit buatan yang aktif dan bertahan. Sebagian satelit untuk kepentingan militer sebagian lagi untuk pengawasan dan pengamatan, sedikit lainnya milik orang kaya yang memiliki satelit pribadi.

Lalu bagaimana satelit buatan selama ini dapat tetap di atas mengelilingi bumi tanpa terjatuh? Jawabannya karena beberapa faktor mulai dari ketinggian, gaya, hingga komponen dari satelit itu sendiri.

Gaya gravitasi mampu menarik benda seperti satelit buatan jatuh ke bumi. Namun ilmuwan dapat membuat satelit tersebut dapat bertahan di atas dengan menyeimbangkan gaya tarik menarik dan gaya sentripugal. Serta dengan kecepatan orbit satelit yang sangat cepat.

Pada mulanya, Roket harus terbang pada ketinggian 100 hingga 200 kilometer di atas bumi untuk sampai ke ruang angkasa. Setelah di ketinggian orbit yang telah ditentukan, roket mulai menuju ke samping 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.

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.

Seperti yang dijelaskan pada video di atas, keseimbangan antara kedua gaya itu dapat dicapai jika kecepatan satelit itu sekitar 27.000 km/jam seperti pada satelit internasional ISS, atau satelit GPS yang memiliki kecepatan sekitar 16.000 km/jam dengan perbedaan jarak keduanya. Pada kecepatan itu, satelit akan tetap beredar mengelilingi bumi. Sesuai persamaan berikut ini:

Jika Gaya tarik menarik sama dengan gaya sentripugal  F12 = Fgs , maka satelit mampu bertahan diangkasa tanpa harus terjatuh ke bumi akibat tarikan bumi yang lebih kuat. Sesuai dengan persamaan berikut ini:

F12 = gaya tarik menarik antara bumi dan satelit
k = konstanta Gauss (0,01720209895)
m1 = massa bumi
m2 = massa satelit
R = radius bumi
h = ketinggian satelit diatas permukaan bumi

Supaya satelit dapat berputar terus pada orbitnya tanpa jatuh ke bumi, maka harus ada satu gaya lain yang bekerja pada satelit, sehingga terjadi keseimbangan antara gaya tarik menarik F12 yang disebut sebagai gaya sentrifugal yang besarnya adalah :

Fgs = m2.v2/(R+h)

Fgs = Gaya sentripugal (gaya yang mengarah keluar lintasan)
m2 = massa satelit
v2 = kecepatan satelit
R = radius bumi
h = ketinggian satelit dari permukaann bumi

Salah satu alasan terjatuhnya satelit buatan, karena bahan bakar yang habis dan komponen yang kurang baik sehingga dalam beberapa minggu menjadi sampah angkasa atau jatuh ke bumi. Atau karena ketinggian yang dicapai saat meluncur tidak tepat, menurut McDowell berada dikisaran ketinggan 2000 km dari permukaan bumi. Hal ini membuat gesekan atmosfer bumi dnegan satelit dapat mempengaruhi keseimbangan satelit.

Bagaimana dengan ketinggian satelit yang semestinya dapat bertahan lama di angkasa? Ketinggian orbit yang tepat sering disebut berada pada area yang disebut Orbit Geostasioner.

Orbit Geostasioner adalah orbit geosinkron yang berada tepat di atas ekuator Bumi (0° lintang), dengan eksentrisitas orbital sama dengan nol. Dari permukaan Bumi, objek yang berada di orbit geostasioner akan tampak diam (tidak bergerak) di angkasa karena perioda orbit objek tersebut mengelilingi Bumi sama dengan perioda rotasi Bumi. Orbit ini sangat diminati oleh operator-operator satelit buatan (termasuk satelit komunikasi dan televisi). Karena letaknya konstan pada lintang 0°, lokasi satelit hanya dibedakan oleh letaknya di bujur Bumi.

Orbit geostasioner sangat berguna karena ia dapat menyebabkan sebuah satelit seolah olah diam terhadap satu titik di permukaan Bumi yang berputar. Akibatnya, sebuah antena dapat menunjuk pada satu arah tertentu dan tetap berhubungan dengan satelit. Satelit mengorbit searah dengan rotasi Bumi pada ketinggian sekitar 35.786 km (22.240 statute miles) di atas permukaan tanah.

Selain Orbit Geostasioner tadi masih ada dua orbit lain yang berada di ketinggian 200- 1200 km yang di sebut dengan Orbit Rendah atau LEO ( Low Earth Orbit) dan MEO ( midle earth orbit) letak LEO dan MEO ini jauh lebih rendah daripada letak Orbit Geostasioner, di orbit LEO ini satelit berputar lebih cepat dari rotasi bumi, untuk itulah satelit yang mengorbit di LEO ini tidak bisa bekerja dengan satu satelit saja, sebagai contoh satelit GPS yang memiliki 20 buah satelit untuk bisa bekerja, satelit GPS ini berputar mengelilingi bumi 8 kali dalam 1 hari, artinya satelit akan terbit dan tenggelam dalam 4 jam, itu sebabnya di butuhkan begitu banyak satelit untuk bisa bekerja, hal ini berbeda dengan satelit Palapa yang di tempatkan di Geo Stasioner yang berotasi bersamaan dengan rotasi bumi, satelit ini akan tetap berada di atas kepulauan Indonseia selama mengorbit. (sumber: hamda62.wordpress.com).

Kurang puas? cek video satu lagi berikut ini:

Lama hidupnya satelit sekitar 10 hingga 20 tahun. Saat itupula diluncurkan satelit baru yang lebih canggih untuk mengganti satelit lama yang mati jadi sampah angkasa.

Bagi yang ingin lebih jelas mengenai penjelasan di atas, silahkan cek referensi berikut:

http://www.universetoday.com
http://www.smithsonianmag.com/smithsonian-institution/ask-smithsonian-how-does-satellite-stay-180954165/?no-ist
http://theconversation.com/explainer-how-do-satellites-orbit-the-earth-28859
http://www.nasa.gov/audience/forstudents/5-8/features/nasa-knows/what-is-orbit-58.html