## MUATAN PENGUKUR PARAMETER ATMOSFER ROKET SONDA RSX-100 DAN METODE PENGUJIANNYA

## [RSX-100 ROCKETSONDE ATMOSPHERIC PAYLOAD AND ITS TESTING METHOD]
Asif Awaludin 1*) , Halimurrahman *) , Rachmat Sunarya *) , Laras Tursilowati *) ,
Bambang Sapto Wibowo **) , Endro Artono **)
*) Pusat Sains dan Teknologi Atmosfer Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional
Jl. Dr. Djundjunan 133 Bandung 40173 Indonesia
**) Pusat Teknologi Roket
Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional Jl. Raya Lapan No. 2 Mekarsari, Rumpin Bogor 16350 Indonesia
1 email: asif_aw@yahoo.co.id
Diterima 14 April 2015; Direvisi 24 April 2015; Disetujui 13 Mei 2015

## ABSTRACT
In  supporting  LAPAN  rocketsonde  development  project,  has  been  developed  an  atmospheric payload  for  RSX-100  rocketsonde  and  its  testing  method  consisting  of  sensor  system  and  telemetry system  coverage  test,  endurance  test,  payload  release  and  parachute  opening  test,  final  integration test,  and  flight  test  with  RSX-100.  According  to  test  result,  the  telemetry  system  which  has  link margin  50.76  dB  for  8  km  distance  was  able  to  send  data  from  payload  to  receiver  system  properly until 11 km. Detected 80 Hz natural frequency of payload will distance it to any resonance with rocket natural frequency. The payload also resilient to any predicted vibration, shock, and acceleration which will emerge during rocket flight. Whereas payload release and parachute opening system has been able to  release  payload  and  parachute  from  its  compartment  after  rocket  separation  moment  for  about 5 seconds or 30 m height downward. Descending rate of the parachute bringing the payload down was about 5 until 6 m/s. While time needed by the GPS receiver to be lock again was 5 seconds. The data recorded during 60 seconds flight test with RSX-100 showed that payload could not be released from its  compartment  due  to  the  fail  of  rocket  separation.  Thus,  the  obtained  data  just  showed  inside environmental condition of the compartment. The data also indicated that the rocket reached apogee at 5622 m.
Keywords: Rocketsonde, RSX-100, Atmospheric payload, Testing method.

## ABSTRAK
Dalam rangka mendukung program pengembangan roket sonda LAPAN, telah dikembangkan muatan  pengukur  atmosfer  untuk  roket  sonda  RSX-100  beserta  metode  pengujiannya  yang  terdiri dari  pengujian  sistem  sensor  dan  jangkauan  sistem  telemetri,  pengujian  ketahanan  muatan, pengujian  pelepasan  muatan  dan  pembukaan  parasut,  pengujian  integrasi  roket,  dan  peluncuran muatan pengukur atmosfer bersama RSX-100. Berdasarkan hasil pengujian, sistem telemetri dengan link margin sebesar 50,76 dB untuk jangkauan 8 km telah berhasil mengirimkan data sensor tekanan dan  GPS  hingga  ketinggian  11  km.  Frekuensi  natural  muatan  yang  sebesar  80  Hz  sangat  aman terhadap  munculnya  resonansi  dengan  frekuensi  natural  roket.  Muatan  juga  telah  teruji ketahanannya terhadap getaran, hentakan, dan percepatan yang diperkirakan akan terjadi saat roket terbang. Sistem  pelepasan muatan dan  pembukaan parasut  juga  telah  teruji  mampu  mengeluarkan parasut  dan  muatan  dari  dalam  tabung  roket  dengan  waktu  yang  dibutuhkan  oleh  parasut  dan muatan untuk keluaran dari tabung setelah proses separasi roket adalah sekitar 5 detik atau tinggi
jatuh sekitar 30 meter. Kecepatan turun parasut membawa muatan diperkirakan sekitar 5 hingga 6 m/s. Sedangkan lama waktu lock kembali GPS setelah keluar dari tabung roket adalah 5 detik. Dari hasil uji terbang bersama RSX-100 dengan lama terbang 60 detik, muatan tidak berhasil keluar dari tabung  karena  roket  gagal  separasi  sehingga  hasil  pengukuran  adalah  data  kondisi  di  dalam  roket. Data yang berhasil direkam menunjukkan apogee setinggi 5622 m.
Kata kunci: Roket sonda, RSX-100, Muatan pengukur atmosfer, Metode pengujian.

## 1  PENDAHULUAN
LAPAN  mempunyai  program  jangka  panjang  pengembangan  roket  pengorbit satelit  yang  terdiri  dari  tiga  tahap  besar,  yaitu  pengembangan  roket  sonda, pengembangan roket pengorbit satelit orbit rendah, dan pengembangan roket pengorbit satelit  orbit  tinggi.  Saat  ini  tahapan  yang  sedang  dikerjakan  adalah  pengembangan roket sonda yang mempunyai misi selain pengembangan teknologi roket juga penelitian atmosfer dan antariksa serta kalibrasi data satelit.
Dua raksasa pengembang teknologi antariksa, NASA dan ESA, juga mempunyai program  rutin  tahunan  peluncuran  roket  sonda,  walaupun  teknologi  roket  pengorbit satelitnya tercanggih saat ini, untuk misi penelitian dan kalibrasi data satelit. Program roket  sonda  NASA  yang  telah  berhasil  dilakukan  selama  2013  ditunjukkan  pada Gambar  1-1  (NASA,  2013).  Hasil  ini  dapat  menjadi  acuan  program  pengembangan teknologi roket sonda LAPAN.

## Gambar 1-1: Program roket sonda NASA 2013 (NASA, 2013)
Ciri  khas  roket  sonda  adalah  adanya  muatan  untuk  pengukuran  dan  penelitian atmosfer  yang  akan  dilepaskan  oleh  roket  setelah  mencapai  ketinggian  maksimum. Muatan  yang  telah  dilepaskan  akan  turun  perlahan  menggunakan  parasut.  Dalam penelitian ini, pengembangan muatan untuk roket sonda skala kecil dilakukan dengan wahana  roket  RX-100.  Roket  sonda  ini  disebut  RSX-100.  Parameter  atmosfer  yang diukur oleh muatan ini adalah tekanan, temperatur, dan kelembapan udara serta data posisi lintang, bujur, dan ketinggian dari Global Positioning System (GPS). Pengukuran ini  dilakukan  oleh  muatan  setelah  terlepas  dari  dalam  tabung  roket  dan  turun  ke bawah menggunakan parasut. Seluruh bagian roket dibuat oleh Pusat Teknologi Roket
(Pustekroket),  sedangkan  muatan  pengukur  parameter  atmosfernya  oleh  Pusat  Sains dan Teknologi Atmosfer (PSTA).
Permasalahan  dalam  kegiatan  ini  adalah  bagaimana  mengembangkan  sistem sensor  yang  mampu  mengukur  tekanan,  temperatur,  dan  kelembapan  udara  di ketinggian  yang  dijangkau  oleh  RSX-100,  sistem  telemetri  muatan  untuk  mengirim data  ke  sistem  penerima  di  ruas  bumi,  konstruksi  muatan  yang  tahan  terhadap getaran,  hentakan,  dan  percepatan,  serta  sistem  separasi  untuk  melepaskan  muatan beserta  parasutnya  dari  dalam  tabung  roket  saat  terbang.  Untuk  itu  perlu dikembangkan  muatan  roket  yang  sesuai  dengan  karakteristik  dan  kemampuan terbang  roket  RSX-100.  Salah  satu  yang  perlu  dilakukan  adalah  pengembangan metode  pengujian  muatan  roket  sonda.  Pengembangan  ini  meliputi  pengujian kemampuan  sensor  dan  jangkauan  telekomunikasi  sistem  telemetri,  pengujian ketahanan terhadap getaran,  hentakan, dan percepatan, serta pengujian kemampuan sistem  separasi  untuk  melepaskan  muatan  beserta  parasutnya  dari  dalam  tabung roket  saat  terbang.  Dengan  menggunakan  metode  pengujian  ini  diharapkan  dapat dihasilkan muatan roket sonda yang handal.

## 2  ROKET SONDA RSX-100
RSX-100  merupakan  roket  sonda  yang  berbasis  roket  RX-100.  Roket  ini mempunyai  diameter  100  mm,  panjang  195  mm,  serta  jangkauan  vertikal  dan horisontal untuk elevasi 70 ° berturut turut adalah 6,83 km dan  8,77 km (Satrya dan Simorangkir, 2013). Roket ini mampu membawa muatan hingga 6 kg dengan akselerasi sekitar  10  g  dan  waktu  tempuh  untuk  mencapai  ketinggian  maksimum  ( apogee )  6 detik.  Bentuk  roket  RX-100  dan  variannya  ditunjukkan  pada  Gambar  2-1  (LAPAN, 2009).
Gambar 2-1: Roket RX-100 dan variannya (LAPAN, 2009)
Roket  sonda  ini  tersusun  dari  lima  komponen,  yaitu nosecone ,  muatan pengukur  atmosfer,  sistem  separasi  roket,  muatan  sistem  kendali,  dan  motor  roket. Sistem separasi berfungsi untuk memisahkan roket bagian atas dengan bagian bawah sehingga muatan pengukur atmosfer dapat keluar dari dalam tubuh roket. Cara kerja
roket  sonda  ini  adalah  dengan  menerbangkan  muatan  hingga  ketinggian maksimumnya,  yaitu  sekitar  8  km  dengan  elevasi  mendekati  90 ° ,  kemudian mengeluarkan  muatan  tersebut  beserta  parasutnya  dari  dalam  tubuh  roket.  Setelah lepas  dari  dalam  tubuh  roket,  muatan  akan  turun  perlahan  menggunakan  parasut ( dropsonde )  dengan  kecepatan  turun  sekitar  4  m/s  sambil  melakukan  pengukuran parameter-parameter atmosfer.

## 3  PENGEMBANGAN MUATAN PENGUKUR ATMOSFER
Muatan  pengukur  atmosfer  pada  roket  sonda  RSX-100  berfungsi  melakukan pengukuran beberapa parameter atmosfer, yaitu tekanan, temperatur, dan kelembapan udara.  Berdasarkan  perkiraan  ketinggian  maksimum  yang  dijangkau  roket  adalah sekitar 8 km untuk sudut elevasi terbang mendekati 90 ° , maka sistem sensor muatan harus  mampu  mengukur  tekanan  udara  dengan  kisaran  350  sampai  1013  mbar, temperatur  udara  dengan  kisaran  -25  sampai  40 ° C,  dan  kelembapan  udara  dengan kisaran  0  sampai  100  %  (Awaludin  dkk.,  2013).  Sementara  akurasi  yang  dibutuhkan untuk pengukuran parameter-parameter tersebut berturut-turut adalah ±1 mbar, ±0,5 ° C, dan  ±5  %  (WMO,  1996).  Waktu  tanggap  sensor  temperatur  yang  dibutuhkan  dengan mengacu  pada  Radiosonda  RS80  Vaisala  adalah  2,5  detik  dan  untuk  sensor kelembapan  1  detik  (Vaisala).  Tabel  3-1  menunjukkan  rentang  nilai  dari  sensor tekanan,  temperatur, dan  kelembapan yang  digunakan  berdasarkan kriteria  tersebut. Sensor  kelembapan  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini  mempunyai  waktu  tanggap yang  masih  jauh  dibandingkan  standar  waktu  tanggap  sensor  kelembaban  yang ditentukan  WMO.  Hal  ini  disebabkan  oleh  keterbatasan  sensor  yang  ada  di  pasaran lokal.
Untuk pendefinisian titik pengukuran, muatan juga dilengkapi dengan penerima GPS  yang  memberikan  informasi  waktu,  posisi  lintang  dan  bujur,  serta  ketinggian. Selain  itu,  dinding  muatan  diberi  beberapa  lubang  untuk  memperlancar  sirkulasi udara dari luar ke dalam ruang sensor dan sebaliknya, karena sensor yang dipasang di dalam muatan.

## Tabel 3-1: SENSOR-SENSOR DALAM MUATAN PENGUKUR ATMOSFER
Jenis Sensor Kisaran ukur Akurasi Waktu tanggap Sensor Tekanan MPX4115AP 150 to 1150 mbar  ±0,7 mbar  1 ms Sensor Temperatur DS18B20 -55°C to +125°C ±0,5 °C ≤ 750 ms Sensor Kelembapan SHT11 0 – 100 % ±3 % 8 detik Penerima GPS uBlox GPS 0 – 12 km dpl 2,5 m 1 detik
Untuk mengirimkan data dari muatan ke sistem penerima di ruas bumi, sistem telemetri  radio  dibangun  menggunakan  frekuensi  433  MHz.  Berbeda  dengan radiosonda  umumnya  yang  menggunakan  frekuensi  400–406  MHz  atau  1675–1700 MHz  sesuai  standar  ITU.  Penggunaan  frekuensi  433  MHz  hanya  berdasarkan ketersediaan radio komunikasi data di pasaran lokal. Radio pemancar yang digunakan pada  muatan  ini  adalah  modul  radio  seri  YS-C30K  yang  mempunyai  daya  30  dBm dengan gain antena 3 dBi tanpa kabel penghubung antara radio dengan antena. Pada sistem  penerima  juga  digunakan  radio  sejenis,  sehingga  dengan  jarak  maksimum  8 km, dapat dihitung besarnya free space loss menggunakan persamaan 3-1 (dari Butler, 2013) sebesar -103,24 dB. Apabila semuanya dijumlahkan akan didapatkan daya sinyal
yang diharapkan diterima oleh radio penerima untuk jarak 8 km sebesar  -67,24 dBm. Dengan  sensitivitas  penerimaan  radio  penerima  sebesar  -118  dBm,  diperoleh link margin sebesar  50,76  dB,  suatu  nilai  yang  sangat  besar  dari  syarat  minimum  10  dB (Butler,  2013),  sehingga  dapat  memberikan  presentasi  keberhasilan  pengiriman  data sangat besar meskipun terdapat kehilangan daya transmisi dan propagasi.

## (3-1)
Dalam  pembuatan  muatan  roket  sonda  juga  dipertimbangkan  faktor  getaran, hentakan,  dan  akselerasi  yang  muncul  saat  roket  terbang  yang  dapat  menyebabkan terjadinya  kerusakan  pada  muatan.  Untuk  menghilangkan  pengaruh  faktor-faktor tersebut,  maka  dipasang  peredam  berupa silicon  rubber pada  ujung  atas  dan  bawah dudukan  muatan.  Spesifikasi  lengkap  muatan  pengukur  atmosfer  ditunjukkan  pada Tabel 3-2. Bentuk muatan yang telah dibuat ditunjukkan pada Gambar 3-1.
Gambar 3-1: Muatan  pengukur  atmosfer  (kiri  atas)  dan  bagian  dalamnya  (kanan).  Sistem  penerima data yang terhubung ke laptop (kiri bawah)
Tabel 3-1: SPESIFIKASI MUATAN ATMOSFER UNTUK ROKET SONDA
Komponen Spesifikasi Dimensi Muatan Diameter Panjang Berat (termasuk parasut) 98 mm 155 mm 1500 gram Bahan Muatan Tubuh Rangka Pengecoran bagian dalam Alumunium Alumunium Polyurethane Catu daya 9 Volt battery Transmitter Jenis Radio Modulasi Frequensi Daya Baud rate Antena YS-C30K
FSK
433 MHz 30 dBm 9600 bps Whip 1/4λ Diameter Parasut 3 m

## 4  METODE PENGUJIAN DAN HASILNYA
Pengujian  terhadap  muatan  pengukur  atmosfer  memerlukan  beberapa  teknik pengujian  tambahan  yang  berbeda  dibandingkan  pengujian  terhadap  muatan  roket umumnya,  terutama  pengujian  separasi  muatan.  Dalam  penelitian  ini  dikembangkan metode  pengujian  muatan  pengukur  atmosfer  yang  terdiri  dari  lima  tahap.  Tahap pertama  adalah  uji  sistem  sensor  sekaligus  uji  jangkauan  sistem  telemetri  untuk pengukuran  profil  vertikal  parameter  atmosfer.  Tahap  kedua  adalah  uji  ketahanan muatan  meliputi  uji  vibrasi, shock ,  dan  G Force .  Tahap  ketiga  adalah  uji  pelepasan muatan dari dalam roket dan pembukaan parasut. Tahap keempat adalah uji integrasi dan fungsi seluruh komponen muatan roket sonda. Terakhir (tahap kelima) adalah uji terbang roket sonda.

## 4.1 Pengujian Sistem Sensor dan Jangkauan Telemetri
Pada  pengujian  ini,  muatan  diterbangkan  menggunakan  balon  atmosfer. Pengujian  ini  untuk  mensimulasikan  pengukuran  yang  akan  dilakukan  muatan  saat telah keluar dari tabung roket dan turun perlahan ke bumi.  Muatan atmosfer dibawa oleh balon atmosfer  hingga stratosfer  sehingga  terjadi perbedaan  tekanan udara yang makin  besar  yang  menyebabkan  volume  balon  makin  lama  makin  besar  hingga meletus.  Setelah  balon  meletus,  muatan  turun  ke  bawah  menggunakan  parasut dengan  kecepatan  sekitar  4  m/s.  Untuk  pengujian  ini,  yang  telah  dilakukan  adalah pengujian sensor tekanan MPX4115AP, penerima GPS, dan radio.

## 4.2 Pengujian Ketahanan Muatan
Pada  pengujian  tahap  kedua  ini,  dilakukan  pengujian  ketahanan  muatan pengukur  atmosfer  yang  meliputi  uji  vibrasi,  uji shock ,  dan  uji  G Force .  Pengujian vibrasi dilakukan dengan memberikan vibrasi pada muatan dengan frekuensi vibrasi 0 sampai  3  kHz  dengan  interval  5  Hz.  Hal  ini  dimaksudkan  untuk  mendapatkan frekuensi  natural  muatan,  yaitu  frekuensi  yang  muatannya  akan  ikut  bergetar  saat dirangsang  dengan  frekuensi  vibrasi  yang  sama  dengan  frekuensi  natural.  Frekuensi natural  muatan  tidak  boleh  sama  dengan  frekuensi  natural  roket  RX-100  yang besarnya antara 480–500 Hz karena akan mengakibatkan resonansi. Pengujian shock dilakukan  dengan  memberikan shock menggunakan  benda  seberat  5  kg  yang dijatuhkan  dari  ketinggian  0,5,  1,  1,5,  dan  2  m  berturut-turut.  Pengujian  ini  untuk menyimulasikan hentakan-hentakan yang dialami muatan saat roket terbang.
Pengujian G Force merupakan simulasi pemberian gaya sentrifugal yang setara dengan gaya yang dihasilkan oleh percepatan sebesar 10 g. Hal ini  dilakukan dengan memberikan  perlakuan  kecepatan  putar  sebesar  1500  rpm.  Namun  karena  kendala teknis,  alat  uji  hanya  mampu  memberikan  kecepatan  putar  maksimum  187  rpm. Pengujian tahap kedua ini dilakukan di Pustekbang LAPAN Rumpin, Bogor. Dari hasil pengujian  ini  diketahui  bahwa  muatan  mampu  tetap  mengirimkan  data  hasil pengukuran tanpa terjadi error pada ketiga pengujian tersebut.

## 4.3 Pengujian Pelepasan Muatan dan Pembukaan Parasut
Pada  pengujian  tahap  ketiga,  dilakukan  simulasi  yang  menyerupai  peristiwa ketika  terjadi  separasi  roket  yang  menyebabkan  tabung  muatan  pengukur  atmosfer terpisah  dan  jatuh,  kemudian  muatan  beserta  parasutnya  keluar  dari  tabung  dan turun perlahan. Pada tahap ini telah dilakukan pengujian pelepasan muatan pengukur atmosfer dari dalam roket dan pembukaan parasut menggunakan balon udara promosi yang mampu mengangkat beban hingga 13 kg. Dalam pengujian ini, bagian roket yang digunakan  hanya  dua  tabung,  yaitu  tabung  berisi  muatan  pengukur  atmosfer  dan parasut,  serta  tabung  berisi  sistem  separasi  roket  yang  menggunakan  teknik Pyro .
Tabung sistem separasi diikat dengan simpul mati ke balon, sedangkan tabung muatan hanya  digantungkan  ke  tali  balon  yang  ujungnya  dijepit  oleh  persambungan  kedua tabung menggunakan mekanik sistem separasi. Parasut muatan atmosfer diikat tanpa simpul mati menggunakan tali yang ujung lain tali tersebut diikat dengan simpul mati ke sistem separasi.
Pengujian ini dilakukan dengan menggantungkan roket ke balon menggunakan tali  pada  ketinggian  sekitar  75  m.  Separasi  roket  kemudian  diaktifkan  menggunakan remote  control yang  dijalankan  operator  dari  bawah.  Begitu  separasi  roket  berhasil dilakukan, tabung muatan akan terpisah dengan tabung sistem separasi sehingga tali penggantung  tabung  muatan  akan  terbuka.  Hal  ini  menyebabkan  tabung  muatan terlepas dan  jatuh ke bawah.  Saat  tabung  muatan  mulai  jatuh,  tali  pengikat  parasut akan  menarik  parasut  keluar,  dan  karena  tali  pengikat  tersebut  tidak  menggunakan simpul  mati,  maka  parasut  dapat  jatuh  turun  dan  mengembang.  Parasut  yang mengembang  tersebut  akan  menarik  muatan  dari  dalam  tabungnya  yang  meluncur jatuh  ke  bawah.  Setelah  muatan  terlepas  dari  dalam  tabungnya,  parasut  membawa muatan turun dengan perlahan.

## 4.4 Pengujian Integrasi Roket
Dalam  integrasi  ini,  seperti  terlihat  pada  Gambar  4-1,  muatan  atmosfer  dan muatan kendali telah dimasukkan ke dalam tabung roket.

## Gambar 4-1: Integrasi komponen-komponen roket RSX-100 tanpa motor roket
Setelah  komponen-komponen  roket  diintegrasikan,  uji  sistem  separasi,  uji sistem  telemetri,  dan  uji  kecepatan lock GPS  dilakukan.  Uji  sistem  separasi  berbasis timer .  Uji  sistem  separasi  ini  dilakukan  untuk  menguji  kemampuan  sistem  separasi dalam mengunci dua bagian roket, yaitu tabung muatan pengukur parameter atmosfer dengan  tabung  sistem  separasi.  Hasil  uji  ini  penting  untuk  mengetahui  kekuatan persambungan  bagian  roket  dan  kemampuan  separasi  roket  dalam  melepaskan muatan  pengukur  parameter  atmosfer.  Dalam  uji  sistem  telemetri,  kedua  muatan dinyalakan  untuk  mengamati  apakah nosecone mengganggu  transmisi  sinyal  muatan
atmosfer,  apakah  terjadi  interferensi  sinyal  antara  kedua  muatan,  dan  apakah  ada sensor yang tidak bekerja.
Maksud lock GPS  adalah  penerima  GPS  dapat  berkomunikasi  dengan  satelit GPS  dan  mendapatkan  data  yang  valid.  Pengujian  ini  digunakan  untuk  menguji kecepatan lock GPS  muatan  pengukur  parameter  atmosfer.  Prosedur  pengujian  ini dilakukan  untuk  mensimulasikan  posisi  muatan  pengukur  parameter  atmosfer  dan perlakuan  terhadapnya  pada  saat uji  terbang nanti.  Prosedur  ini  terdiri dari 3  tahap, yaitu:
 Pertama,  muatan  diletakkan  di  luar  tabung  roket  dan  di  luar  gedung  sampai  GPS lock . Proses menunggu sampai GPS lock menentukan kecepatan lock penerima GPS. Hal  ini  menyimulasikan  kondisi  saat  muatan  atmosfer  akan  dimasukkan  ke  dalam roket sesaat sebelum terbang.
 Kedua,  muatan  yang  telah lock GPSnya,  dimasukkan  ke  dalam  tabung  roket  dan diamati kondisi data GPSnya. Kondisi data yang seharusnya terjadi adalah data GPS tidak berubah (menunjukkan nilai data yang sama) selama muatan di dalam tabung roket. Hal ini menunjukkan bahwa penerima GPS muatan tidak dapat berkomunikasi dengan satelit GPS, namun karena sudah pernah lock maka dihasilkan data konstan. Hal ini mensimulasikan kondisi muatan atmosfer selama roket terbang.
 Ketiga,  muatan  atmosfer  dikeluarkan  dari  dalam  tabung  roket  dan  diamati  berapa lama  waktu  yang  dibutuhkan  oleh  GPS  muatan  untuk  dapat lock kembali.  Waktu sekitar  5  detik  ini  sesuai  target  yang  diinginkan.  Hal  ini  menyimulasikan  kondisi setelah muatan keluar dari tabung roket sesudah terjadi separasi roket.

## 4.5 Peluncuran Muatan Pengukur Atmosfer Bersama RSX-100
Kegiatan  peluncuran  roket  sonda  RSX-100  dilakukan  di Pameungpeuk Garut pada  22  Agustus  2014  pukul  8  pagi.  Kegiatan  peluncuran  ini  terdiri  dari  empat tahapan,  pertama  adalah  integrasi  RSX-100,  pemasangan  sistem  penerima  muatan, peluncuran  roket di launching pad ,  dan  pemantauan  data  hasil  pengukuran muatan- mutan roket di sistem penerima.

## 5  HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada  hasil  pengujian  sistem  sensor  dan  telemetri,  seperti  ditunjukkan  dalam Gambar  5-1,  radio  dan  penerima  GPS  pada  muatan  telah  berfungsi  dengan  baik. Sistem  telemetri  dengan link  margin 50,76  dB  untuk  jangkauan  8  km  telah  berhasil mengirimkan  data  sensor  tekanan  dan  GPS  hingga  ketinggian  11  km.  Penerima  GPS juga  mampu  memberikan  informasi  posisi  ketinggian  hingga  11  km  sesuai  dengan harapan.  Sementara  data  sensor  tekanan  yang  dihasilkan,  pada  awalnya  mempunyai nilai  yang  sama  dengan  data  radiosonda,  namun  seiring  dengan  bertambahnya ketinggian,  respon  sensor  terhadap  perubahan  tekanan  lebih  lambat  daripada  sensor radiosonda.  Hal  ini  kemungkinan  disebabkan  pipa  karet  saluran  udara  sensor  tidak terhubung  dengan  baik  ke  udara  luar.  Namun  kedua  grafik  mempunyai  pola  yang sama.
Dalam  uji  vibrasi,  apabila  frekuensi  natural  muatan  sama  dengan  frekuensi natural,  maka  akan  mengakibatkan  timbulnya  resonansi  yang  sangat  berbahaya karena  dapat  merusak  muatan.  Untuk  menghindari  resonansi  ini  maka  faktor transmissibility harus  dipertimbangkan,  yaitu  rasio  antara  pergeseran  dari  getaran muatan  dan  pergeseran  dari  getaran  roket. Transmissibility kurang  dari  satu, dikategorikan  sebagai  daerah  isolasi,  sedangkan  apabila  lebih  besar  dari  satu, dikategorikan  sebagai  daerah  penguatan  seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  5-3
(Sutisno dan Adi, 2012). Bila nilainya adalah satu, maka akan terjadi resonansi. Oleh karena itu frekuensi natural muatan harus lebih kecil dari frekuensi natural roket.
Grafik frekuensi natural muatan hasil uji vibrasi ditunjukkan pada Gambar 5-2. Dari Gambar 5-2 dapat diketahui bahwa frekuensi natural muatan adalah 80 Hz. Hal ini  masih  jauh  di  bawah  frekuensi  natural  roket  RX-100  yang  berkisar  480-500  Hz, sehingga resonansi antara muatan dengan roket diperkirakan tidak akan terjadi. Selain itu dengan hasil tes yang menunjukkan tidak ada data rusak yang diterima oleh sistem penerima  selama  pengujian  vibrasi, shock ,  dan  G force ,  muatan  diperkirakan  telah mempunyai  ketahanan  terhadap  getaran,  vibrasi,  dan  percepatan  yang  akan  timbul saat roket terbang.
Gambar 5-1: Hasil  pengujian  sensor  tekanan  MPX4115,  penerima  GPS,  dan  radio.  Data  tekanan sensor yang ditunjukkan oleh garis merah ( pay ) dibandingkan dengan data radiosonda Vaisala yang ditunjukkan oleh garis biru ( rad )
Gambar 5-2: Hasil uji vibrasi didapatkan frekuensi natural muatan pengukur atmosfer 80 Hz
Gambar 5-3: Grafik transmissibility (dikutip dari Sutisno dan Adi, 2012)
Hasil  pengujian  sistem  pelepasan  muatan  dan  pembukaan  parasut, menunjukkan  bahwa  teknik  penarikan  parasut  menggunakan  tali  yang  diikatkan  ke parasut  tanpa  simpul  mati  telah  berhasil  menarik  parasut  keluar  dari  dalam  tabung muatan  dan  kemudian  mengembang.  Muatan  yang  ada  dalam  tabung  juga  dapat diangkat  keluar  oleh  parasut  dengan  lancar  walaupun  ada  kekuatiran  bahwa  bahan dari tabung dan muatan yang sama-sama terbuat dari alumunium akan memberikan gaya  gesek  yang  menghambat  pengeluaran  muatan.  Hasil  uji  coba  ini  menunjukkan bahwa waktu yang dibutuhkan oleh parasut dan muatan untuk keluaran dari tabung setelah proses separasi roket adalah sekitar 5 detik atau tinggi jatuh sekitar 30 meter. Kecepatan turun parasut membawa muatan diperkirakan sekitar 5 sampai 6 m/s.
Pada  pengujian  integrasi  komponen  roket,  hasil  pengujian  sistem  separasi menunjukkan  bahwa  solenoid  yang  telah  diisi  udara  menggunakan  pompa,  telah mampu menggerakkan mekanik sistem separasi yang berfungsi untuk menyambungkan dan mengunci antara tabung sistem separasi dengan tabung muatan atmosfer.  Setelah timer bekerja  selama  waktu  yang  ditentukan,  solenoid  membuka mekanik  sistem  separasi  sehingga  kedua  tabung  tidak  terkunci  kembali  dan  dapat dilepas.  Data  yang  didapatkan  dari  pengujian  sistem  telemetri  hasil  integrasi  dapat dilihat pada Tabel 5-1. Sementara pada pengujian kecepatan lock GPS diketahui bahwa saat  muatan  diletakkan  di  luar  tabung  roket  dan  di  luar  gedung,  kecepatan lock penerima  GPS  adalah  sekitar  30  detik.  Setelah  muatan  yang  telah lock GPS-nya dimasukkan  ke  dalam  tabung  roket  dan  diamati  kondisi  data  GPS-nya  didapatkan kondisi data GPS tidak berubah (menunjukkan nilai data yang sama) selama di dalam tabung roket. Saat muatan atmosfer dikeluarkan dari dalam tabung roket, waktu yang dibutuhkan oleh penerima GPS muatan untuk dapat lock kembali adalah 5 detik.

## Tabel 5-1: HASIL UJI SISTEM TELEMETRI PADA INTEGRASI ROKET
Jenis Muatan Interferensi Data Sensor Muatan Pengukur Parameter Atmosfer Telemetri dengan frekuensi 433 MHz tidak mengalami gangguan pada uji muatan. Telemetri juga tidak terganggu oleh nosecone . Data sensor tekanan, temperatur, dan kelembaban diperoleh dengan baik dan lengkap pada uji muatan pertama dan kedua. Muatan Pemantau Pergerakan Roket Telemetri dengan frekuensi 900 MHz tidak mengalami gangguan Data sensor accelerometer dan gyroscope diperoleh dengan baik dan lengkap.
Peluncuran  RSX-100  pada  29  Agustus  2014  menghasilkan  data  pengukuran  dari muatan pemantau pergerakan roket dan muatan pengukur parameter atmosfer.
Dari data sensor accelerometer sumbu X pada Gambar 5-5 dapat terlihat roket mengalami percepatan hingga sebesar 51, 37 G saat awal launch , kemudian mengalami penurunan percepatan hingga burning out pada detik ke 2.42.
Gambar 5-5: Data accelerometer sumbu X
Sensor 4G accelerometer aksis X mengalami saturasi pada nilai 4G, dikarenakan percepatan pada aksis tersebut telah melebihi dari batas maksimal pembacaan sensor. Dari situ dapat dilihat pembandingnya pada data sensor accelerometer 50G. Dari data sensor ini dapat dilihat total waktu terbang roket ( flight time) adalah 68.17 detik. Untuk memperjelas nilai akselerasi sumbu X saat burning time , dapat dilihat pada Gambar 5-6.
Gambar 5-6: Nilai akselerasi sumbu X saat burning time
Dari data sensor accelerometer sumbu Y dan Z dalam Gambar 5-7 terlihat terjadi akselerasi  pada  arah  Y  sebesar  0.96  G  dan  Z  sebesar  -1.78  G  saat  awal  terbang, kemudian  menurun  ke  arah  0  G  untuk  aksis  Y,  yang  menunjukkan  setelah burning out , roket tidak mengalami gangguan arah sumbu Y. Untuk sumbu Z, saat burning out akselerasi masih terjadi dengan besar hingga 1,75 G, namun kemudian menurun dan mendekati  nilai  0  G.  Dari  data  ini  dapat  dilihat  selama  roket cruise tidak  terjadi akselerasi yang ekstrim pada arah sumbu Y dan Z, sehingga dapat disimpulkan bahwa roket terbang secara balistik normal, tidak terjadi gangguan.
Gambar 5-7: Data sensor accelerometer sumbu Y dan Z
Dari  data  grafik  sensor gyroscope sumbu roll dalam  Gambar  5-8  dapat  dilihat roket  mengalami spin dengan  kecepatan  putar  yang  semakin  meningkat  saat  motor roket  mulai  menyala  hingga  sebesar  461,4 ° per  detik  saat burning  out .  Kemudian kecepatan putar melambat  hingga 2004 ° per  detik pada  detik  ke 5,8,  namun  kembali meningkat hingga 361,2 ° per detik pada detik ke 11,69. Dari detik ini kecepatan putar kembali menurun  hingga pada  posisi apogee (kemungkinan  terjadi pada sekitar  detik ke  32).  Setelah  melewati  posisi apogee ,  kecepatan  putar  roket  kembali  berangsur- angsur meningkat, yang kemungkinan disebabkan oleh kecepatan roket yang semakin meningkat karena arah terbang mulai menurun.
Gambar 5-9: Data gyroscope sumbu pitch dan yaw
Dari  data  sensor gyroscope sumbu pitch dan yaw seperti  ditunjukkan  dalam Gambar 5-9, dapat dilihat gerakan sinusoidal roket pada sumbu pitch dan yaw namun dengan  kecepatan  putar  yang  kecil,  di  bawah  10  derajat  per  detik.  Ini  menunjukkan kemungkinan  roket  terbang  balistik  normal,  dengan  sedikit  gerakan tumbling hingga roket terjatuh.
Perintah  separasi  yang  diprogram  pada  detik  ke  30  telah  berhasil  dikeluarkan oleh sistem prosesor ke sistem pneumatik ditunjukkan dalam Gambar 5-8, namun dari data sensor accelerometer dan data sensor gyroscope ini tidak terlihat ada perubahan orientasi  yang ekstrim pada roket.  Dengan demikian, dapat disimpulkan  bahwa  tidak terjadi  separasi  pada  roket,  sehingga  muatan  pengukur  parameter  atmosfer  tidak terpisah dari motor roket.
Data  muatan  pengukur  parameter  atmosfer  saat  peluncuran  RSX-100 ditunjukkan  dalam  Tabel  5-2.  Interval  data  adalah  5  detik,  sehingga  data  dapat dicatatkan waktunya dari awal hingga akhir terbang roket, seperti ditunjukkan dalam kolom  detik.  Lama  terbang  roket  adalah  sekitar  60  detik.  Dari  data  peluncuran diketahui bahwa GPS tidak dapat lock kembali karena posisinya tertutup tabung roket dan  tabung  muatan  sehingga  data  lintang,  bujur,  waktu,  dan  ketinggian GPS  tidak berubah sama sekali.

## Tabel 5-2: DATA MUATAN PENGUKUR PARAMETER ATMOSFER PSTA SAAT PELUNCURAN RSX-100
Detik Lintang Bujur Waktu Keting- gian GPS (m) Keting- gian Press (m) T (C) RH (%) Tekanan (mbar) -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 21.5 33.80 58.24 1010.7 0 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 214.8 33.82 58.34 987.7 5 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 2614.8 33.82 54.5 736.0 10 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 3849.6 33.88 57.97 628.6 15 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 4753.9 33.86 56.75 558.2 20 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 5326.5 33.86 55.05 517.0 25 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 5610.8 33.86 53.70 497.5 30 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 5622.9 33.89 40.89 496.7 35 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 5377.2 33.91 32.72 513.5 40 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 4885.7 33.94 26.98 548.5 45 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 4164.7 33.98 24.62 603.3 50 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 3247.1 34.03 28.38 679.3 55 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 2159.8 34.09 44.01 779.3 60 -7.65792 107.6898 00:34:03 21.60 943.0 34.17 56.58 905.0
Berdasarkan  data altitude  pressure hasil  konversi  data  tekanan  menjadi ketinggian  diketahui  bahwa apogee atau  jangkauan  ketinggian  maksimum  roket adalah  sekitar  5622  m.  Namun  data  ini  masih  belum  dapat  dikatakan  valid  karena pengukuran  tekanan udaranya  dilakukan dalam  tabung  roket  saat terbang,  sehingga tekanan  udara  di  sekitar  roket  yang  terukur,  baik  di  dalam  maupun  di  luar  tabung roket, berbeda dengan tekanan udara sesungguhnya.
Data sensor temperatur yang tidak berubah menunjukkan bahwa muatan roket masih  berada  dalam  tabung  roket  selama  peluncuran.  Hal  ini  berbeda  dengan  data standar  profil  vertikal  temperatur  yang  berubah  dari  sekitar  -25  hingga  30 ° C  untuk ketinggian  5622  m  hingga  permukaan  tanah.  Dengan  demikian  dapat  disimpulkan bahwa separasi tabung roket tidak berhasil dilakukan.

## 6  KESIMPULAN
Muatan  pengukur  atmosfer  untuk  roket  sonda  RSX-100  beserta  metode pengujiannya  yang  terdiri  dari  pengujian  sistem  sensor  dan  jangkauan  sistem telemetri, pengujian vibrasi, shock , dan G force , serta pengujian pelepasan muatan dan pembukaan parasut. Berdasarkan hasil pengujian, sistem telemetri dengan link margin sebesar 50,76  dB  untuk  jarak  8 km  telah  mampu  mengirimkan  data  dari muatan ke sistem  penerima dengan  baik  hingga  11  km.  Frekuensi  natural  muatan  yang  sebesar 80  Hz  sangat  aman  terhadap  munculnya  resonansi  dengan  frekuensi  natural  roket. Muatan  juga  telah  teruji  ketahanannya  terhadap  getaran,  hentakan,  dan  percepatan yang  diperkirakan  akan  terjadi  saat  roket  terbang.  Sistem  pelepasan  muatan  dan pembukaan  parasut  juga  telah  teruji  mampu  mengeluarkan  parasut  dan  muatan dengan waktu yang dibutuhkan oleh parasut dan muatan untuk keluaran dari tabung setelah proses separasi roket adalah sekitar 5 detik atau tinggi jatuh sekitar 30 meter. Kecepatan  turun  parasut  membawa  muatan  diperkirakan  sekitar  5  sampai  6  m/s. Sedangkan  lama  waktu lock kembali  GPS  setelah  keluar  dari  tabung  roket  adalah  5 detik. Dari hasil uji terbang bersama RSX-100 dengan lama terbang 60 detik, muatan tidak  berhasil  keluar  dari  tabung  karena  roket  gagal  separasi  sehingga  hasil pengukuran  adalah  data  kondisi  di  dalam  roket.  Data  yang  berhasil  direkam menunjukkan apogee setinggi 5622m

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada  Drs.  Afif  Budiyono,  MT,  Dr.  Rika Andiarti,  Lilis  Mariani,  MT  dan  Herma  Yudhi,  MT  yang  telah  memberikan  banyak masukan  terhadap  penelitian  ini.  Terima  kasih  juga  kami  sampaikan  kepada  Rudi Komarudin dan Heri Suherman yang telah banyak membantu dalam penyiapan proses pengujian.

## DAFTAR RUJUKAN
Awaludin,  A.,  Halimurrahman,  Sunarya,  R.  Rahayu,  SA.,  2013. Desain  Roket  Sonda  Eksperimen Berbasis Roket Rx-100 Untuk Pengukuran Profil Vertikal Parameter Atmosfer , Prosiding Seminar Sains Atmosfer 2013.
Butler, J., 2013. Wireless Networking in the Developing World third edition . The WNDW Project. LAPAN,  2009. Annual  Report  2009  Lembaga  Penerbangan  dan  Antariksa  Nasional, http://  www. lapan.go.id. Diakses Oktober 2013.
NASA,  2013. NASA  Sounding  Rockets  Annual  Report  2013 ,  http://  sites.  wff.  nasa.  gov/  code810/ files/Annual_Report_2010_web.pdf .
Satrya,  E.  dan  Simorangkir,  H.,  2013. Kajian  Tentang  Rancangan  Motor  Roket  Rx100  Menggunakan Pendekatan Gaya Dorong Optimal , Jurnal Matematika dan Statistik, Vol 13, No 1, 63 – 69.
Sutisno  dan  Adi,  AP.,  2012. Vibration  Disturbance  Damping  System  Design  to  Protect  Payload  of  the Rocket , Mechatronics, Electrical Power, and Vehicular Technology. Vol 3., 111-116.
Vaisala. RS80 Radiosondes . http://www.vaisala.com
World  Meteorological  Organization,  1996. Guide  to  Meteorological  Instruments  and  Methods  of Observation , Edisi 6. Publikasi No. 8. Geneva.