Roket 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 bubuk mesiu, mereka digunakan oleh orang Tiongkok, India, Mongol dan Arab, dalam peperangan pada awal abad ke-13.chapters 1–2, Blazing the trail: the early history of spacecraft and rocketry, Mike Gruntman, AIAA, 2004, ISBN 1-56347-705-X.

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.

Roket berbahan bakar padat dapat disimpan untuk waktu yang lama, dan hanya dapat digunakan dalam waktu singkat, mereka telah sering digunakan dalam aplikasi militer seperti rudal.

 Casing 
Casing dapat dibuat dari berbagai bahan. Karton digunakan untuk motor model bubuk hitam kecil, sedangkan aluminium digunakan untuk motor hobi berbahan bakar komposit yang lebih besar. Baja digunakan untuk penguat pesawat ulang-alik. Selubung epoksi grafit lilitan filamen digunakan untuk motor berperforma tinggi.

Selubung harus dirancang untuk menahan tekanan dan tekanan yang ditimbulkan oleh motor roket, mungkin pada suhu tinggi. Untuk desain, casing dianggap sebagai bejana tekan.

Untuk melindungi casing dari gas panas korosif, lapisan termal pengorbanan di bagian dalam casing sering diterapkan, yang akan mengikis untuk memperpanjang umur casing motor.

 Nozzle 
Desain konvergen-divergen mempercepat gas buang keluar dari nosel untuk menghasilkan daya dorong. Nosel harus dibuat dari bahan yang mampu menahan panas aliran gas pembakaran. Sering kali, bahan berbasis karbon tahan panas digunakan, seperti grafit amorf atau karbon-karbon.

Beberapa desain menyertakan kontrol arah knalpot. Hal ini dapat dicapai dengan gimballing nosel, seperti pada SRB Pesawat Ulang-alik, dengan menggunakan baling-baling jet di knalpot seperti pada roket V-2, atau dengan vektor dorong injeksi cair (LITV).

LITV terdiri dari menyuntikkan cairan ke dalam aliran pembuangan setelah tenggorokan nosel. Cairan kemudian menguap, dan dalam banyak kasus bereaksi secara kimia, menambahkan aliran massa ke satu sisi aliran pembuangan dan dengan demikian memberikan momen kendali. Misalnya, penguat padat Titan IIIC menyuntikkan nitrogen tetroksida untuk LITV; tank dapat dilihat di sisi roket antara panggung utama dan booster.

Tahap pertama Minuteman awal menggunakan motor tunggal dengan empat nozel gimball untuk memberikan kontrol pitch, yaw, dan roll.

 Performance 
jmpl|Asap menyelimuti Launch Pad 39A di Kennedy Space Center NASA di Florida saat pesawat ulang-alik Endeavour lepas landas.
Motor tahap pertama propelan komposit amonium perklorat (APCP) yang dirancang dengan baik mungkin memiliki impuls spesifik vakum (Isp) setinggi 285,6 detik (2,801 km/s) (Titan IVB SRMU). Bandingkan dengan 339,3 detik (3,327 km/s) untuk mesin bipropelan RP1/LOX (RD-180)[20] dan 452,3 detik (4,436 km/s) untuk mesin bipropelan LH2/LOX (Blok II RS-25). Impuls spesifik tahap atas agak lebih besar: sebanyak 303,8 detik (2,979 km/s) untuk APCP (Orbus 6E), 359 detik (3,52 km/s) untuk RP1/LOX (RD-0124) dan 465,5 detik (4,565 km/s) untuk LH2/LOX (RL10B-2).

Fraksi propelan biasanya lebih tinggi untuk propelan padat tahap pertama (tidak tersegmentasi) dibandingkan tahap atas. Tahap pertama Castor 120 seberat 53.000 kilogram (117.000 lb) memiliki fraksi massa propelan sebesar 92,23% sedangkan tahap atas Castor 30 seberat 14.000 kilogram (31.000 lb) dikembangkan untuk Taurus II COTS (Commercial Off The Shelf) (Stasiun Luar Angkasa Internasional) dari Orbital Science pasokan ulang) kendaraan peluncuran memiliki fraksi propelan 91,3% dengan casing motor epoksi grafit 2,9%, nosel 2,4%, aktuator vektor penyala dan dorong, dan 3,4% perangkat keras non-motor termasuk hal-hal seperti dudukan muatan, adaptor antartahap, jalur kabel, instrumentasi, dll. Castor 120 dan Castor 30 masing-masing berdiameter 2,36 dan 2,34 meter (93 dan 92 in), dan berfungsi sebagai panggung pada kendaraan peluncuran komersial Athena IC dan IIC. Athena II empat tahap yang menggunakan Castor 120 sebagai tahap pertama dan kedua menjadi kendaraan peluncur pertama yang dikembangkan secara komersial untuk meluncurkan wahana penjelajah bulan (Lunar Prospector) pada tahun 1998.

Roket padat dapat memberikan daya dorong yang tinggi dengan biaya yang relatif rendah. Oleh karena itu, bahan padat telah digunakan sebagai tahap awal dalam roket (misalnya Pesawat Ulang-alik), dan menggunakan mesin impuls spesifik tinggi, terutama mesin berbahan bakar hidrogen yang lebih kecil, untuk tahap yang lebih tinggi. Selain itu, roket padat memiliki sejarah panjang sebagai tahap pendorong terakhir satelit karena kesederhanaan, keandalan, kekompakan, dan fraksi massanya yang cukup tinggi. Motor roket padat dengan putaran stabil terkadang ditambahkan ketika kecepatan ekstra diperlukan, seperti untuk misi ke komet atau tata surya bagian luar, karena spinner tidak memerlukan sistem panduan (pada tahap yang baru ditambahkan). Keluarga besar Thiokol yang sebagian besar terdiri dari motor ruang angkasa Star berbalut titanium telah banyak digunakan, terutama pada kendaraan peluncuran Delta dan sebagai tahap atas yang distabilkan putaran untuk meluncurkan satelit dari ruang kargo Pesawat Ulang-alik. Motor bintang memiliki fraksi propelan sebesar 94,6% tetapi struktur dan peralatan tambahan mengurangi fraksi massa pengoperasian sebesar 2% atau lebih.

Propelan roket padat berperforma lebih tinggi digunakan dalam rudal strategis besar (dibandingkan dengan kendaraan peluncuran komersial). HMX, C4H8N4(NO2)4, suatu nitramin dengan energi lebih besar daripada amonium perklorat, digunakan dalam propelan ICBM Penjaga Perdamaian dan merupakan bahan utama propelan NEPE-75 yang digunakan dalam Rudal Balistik Armada Trident II D-5. Karena bahaya ledakan maka propelan padat militer berenergi lebih tinggi yang mengandung HMX tidak digunakan dalam kendaraan peluncuran komersial kecuali jika LV adalah rudal balistik yang diadaptasi yang sudah mengandung propelan HMX (Minotaur IV dan V berdasarkan ICBM Penjaga Perdamaian yang sudah pensiun). Stasiun Senjata Udara Angkatan Laut di China Lake, California, mengembangkan senyawa baru, C6H6N6(NO2)6, yang disebut CL-20 (senyawa China Lake #20). Dibandingkan dengan HMX, CL-20 memiliki energi per massa 14% lebih banyak, energi per volume 20% lebih banyak, dan rasio oksigen terhadap bahan bakar lebih tinggi. Salah satu motivasi untuk pengembangan propelan padat militer dengan kepadatan energi yang sangat tinggi ini adalah untuk mencapai kemampuan ABM ekso-atmosfer di tengah-tengah dari rudal yang cukup kecil untuk dimasukkan ke dalam tabung peluncuran vertikal di bawah dek yang berbasis kapal dan dipasang di truk yang bergerak di udara. tabung peluncuran. Propelan CL-20 yang mematuhi undang-undang amunisi tidak sensitif (IM) Kongres tahun 2004 telah terbukti dan mungkin, seiring dengan turunnya biaya, cocok untuk digunakan pada kendaraan peluncuran komersial, dengan peningkatan kinerja yang sangat signifikan dibandingkan dengan bahan bakar padat APCP yang saat ini disukai. propelan. Dengan impuls spesifik 309 detik yang telah ditunjukkan oleh tahap kedua Peacekeeper yang menggunakan propelan HMX, energi propelan CL-20 yang lebih tinggi diharapkan dapat meningkatkan impuls spesifik menjadi sekitar 320 detik pada aplikasi ICBM atau kendaraan peluncuran tingkat atas yang serupa, tanpa bahaya ledakan. dari HMX.

Atribut yang menarik untuk penggunaan militer adalah kemampuan propelan roket padat untuk tetap dimuat di dalam roket untuk jangka waktu lama dan kemudian dapat diluncurkan dengan andal pada saat diperlukan.

 Penggunaan 
 Roket penelitian 

 Astrobee
 Black Brant (roket)
 S-310, S-520
 Terrier-Orion, Terrier-Malemute
 VSB-30

 Peluru kendali 
 Air-to-air missiles: AIM-9 Sidewinder
 Ballistic missiles: Jericho (missile)
 ICBMs: LGM-30 Minuteman, LGM-118 Peacekeeper, RT-2PM Topol, DF-41, AGNI-V
 Roket orbital 
 Scout (rocket family)
 Mu (rocket family)
 Pegasus (rocket)
 Taurus (rocket)
 Minotaur (rocket family)
 Start-1
 PSLV - alternating solid and liquid stages
 Shavit
 Antares (rocket) - solid upper stage
 Vega (rocket)

Larger liquid-fueled orbital rockets often use solid rocket boosters to gain enough initial thrust to launch the fully fueled rocket.
 Delta II
 Titan IV
 Space Shuttle
 Ariane 5
 Atlas V (optionally 1-5 boosters)
 Delta IV (optionally 2 or 4 boosters)
 H-IIA, H-IIB
 PSLV - optional solid boosters to lift heavier payloads
 GSLV Mk III

 Mesin roket orbital dengan propelan padat 

 Mesin Asal Perancang Kendaraan Status Pengguna Propelan Siklus daya Impuls spesifik (s) Daya dorong (N) Tekanan ruang (bar) Massa (kg) Daya dorong:rasio berat Rasio pengoksidasi:bahan bakar GEM 63  Northrop Grumman Atlas V Active Booster HTPB   (Vac)  with fuel GEM 63XL  Northrop Grumman Vulcan Active Booster HTPB   (Vac)   with fuel P120  Avio Ariane 6, Vega-C Active Booster, 1st HTPB  Press release: Successful first test firing for the P120C solid rocket motor for Ariane 6 and Vega-C    with fuel S139  SDSC PSLV Active 1st HTPB      with fuel S200  SDSC GSLV Mk III Active Booster HTPB    with fuel SLS Solid Rocket Booster  Orbital ATK SLS Active Booster PBAN     with fuel SLV-1  Godrej & Boyce PSLV Active Booster HTPB      with fuel SRB-A3  IHI Aerospace, JAXA H-IIA, H-IIB, Epsilon Active Booster HTPB     (SL)   with fuel Zefiro 9A  Avio Vega-C Active 3rd HTPB      with fuel Zefiro 40  Avio Vega-C Active 3rd HTPB      with fuel AJ-60A  Aerojet Atlas VRetired Booster HTPB    AJ-260-2  USA Aerojet S-I stage replacement (proposed)Tested, Cancelled 1st PBAN     with fuel P80  Avio VegaRetired 1st HTPB      with fuel P230  Avio Ariane 5Retired Booster HTPB    (SL)   (SL)   with fuel Space Shuttle Solid Rocket Booster  Thiokol Space Shuttle, Ares IRetired Booster PBAN / APCP     (SL)  with fuel SRB-A  IHI Aerospace, JAXA H-IIARetired Booster HTPB     with fuel UA1207  United Technologies Titan IVRetired Booster PBAN    (SL)   (SL)  with fuel Waxwing  Bristol Aerojet Black ArrowRetired Upper    (SL)   (SL)   Zefiro 23  Avio VegaRetired 2nd HTPB     with fuel

 Sistem peluncuran orbital berbahan bakar padat semua tahap 

 Kendaraan Jumlah tahap Asal Pabrikan Tinggi (meter) Diameter (meter) Berat (ton) Massa keLEO(kg) Massa keOrbit Lain(kg) Penerbangan perdana Pensiun Rekor Status ASLV 5  ISRO24141150 1987 19942/4  Epsilon(without PBS) 3  IHI AeroSpace24.42.690.8 2016 -1/1  J-I 2(+1)  NASDA / ISAS33.11.888.51000 1996 19961/1*  Kaituozhe-1 4  CASIC13.61.4 SSO: 50 2002 ?0/2 Kaituozhe-2  CASIC 20171/1  Kuaizhou-11 4  CASIC ? 2.2 78 1500 SSO: 1000@700 km 2017 - -  L-4S 4  Tokyo univ.16.50.7359.426 1966 19701/5  Minotaur I 4  Orbital Sciences19.21.6736.2580 SSO: 331 2000 -11/11  Minotaur IV Lite 3  Orbital Sciences23.882.3486.3 - 2010 -2/2*  Minotaur IV 4  Orbital Sciences23.882.3486.31735 2010 -1/1  Minotaur IV+ 4  Orbital Sciences23.882.3486.31985 20111/1  Minotaur IV/Orion 38 4  Orbital Sciences 2017 -1/1  Minotaur V 5  Orbital Sciences1.67 GTO:640 TLI:447 2013  -1/1  M-3C 3  Tokyo univ.20.21.4141.8195 1974 19793/4  M-3H 3  Tokyo univ.23.81.4148.7300 1977 19783/3  M-3S 3  Tokyo univ.23.81.4148.7300 1980 19844/4  M-3SII 3(+1)  ISAS27.81.4161770 1985 19957/8  M-4S 4  Tokyo univ.23.61.4143.6180 1970 19723/4  M-V 3(+1)  ISAS30.82.51401850 Interplanetary: 500 1997 20066/7  Pegasus 3  Orbital Sciences16.91.2718.5375 199010/11 Pegasus XL 3  Orbital Sciences17.61.2723.13443 1994 -29/32  Qaem 100 3  IRGC80 2022 -2/3  Scout 4  NACA231.0121.5 1961 1994  Scout-A 4  NACA251.0117.85 1965 1970   Shavit 3  IAI15.31.35223.2160 1988 19902/2  Shavit1 (LK-A) 3  IAI17.21.35227.3240 1995 20042/4  Shavit2 (LK-1) 3  IAI19.51.35231.2350 2007 -4/4  SLV 4  ISRO2211740 1979 19833/4  RPS-420 4  LAPAN9.50.4250 (2014) -0/0  SPARK(Super Strypi) 3  Hawaii, Sandia,Aerojet Rocketdyne SSO: 250 2015 -0/1  SS-520(3-stage) 3  ISAS/JAXA9.540.522.64 - 2017 -1/2  Start-1 4  MIT22.71.6147.2532 SSO: 167 1993 -6/6  Taiwan SLV 4  NSPO50 - -0/0  Taurus 3+1  Orbital Sciences272.35691259 SSO: 889 1994 -5/6 Taurus XLMinotaur-C 3+1  Orbital Sciences322.35771458 SSO: 1054 2004 -2/4  VLS-1 4  AEB, DCTA-IAE, Avibrás19.51.0150.7380 1997 20160/3 VLM-13/AEB, DCTA-IAE, Avibrás, DLR19.61.452830 -2025 -0/0 
* Including suborbital mission

 Sistem peluncuran orbital berbahan bakar padat semua tahap kecuali tahap paling atas 

 Kendaraan Tahapan utama Asal Pabrikan Tinggi (meter) Diameter (meter) Berat (ton) Massa ke... (kg) Penerbangan perdana Pensiun Rekor Status Padat Cair LEO Orbit lainnya Ares I 1 1  Alliant Techsystems / Boeing945.525000 (2015)0/0  Athena I 2 1  Lockheed Martin 1995 20013/4  Athena Ic 2 1  Lockheed MartinAlliant Techsystems (2012)0/0  Athena II 3 1  Lockheed Martin30.52.36120.21896 1998 19992/3  Athena IIc 3 1  Lockheed MartinAlliant Techsystems (2012)0/0  Epsilon PBS 3 1  IHI AeroSpace24.42.690.8 2013 -3/4  Hyperbola-1 3 1  i-Space2031300 2019 -1/1  Kuaizhou-1 3 1  CASIC181.432~300 SSO: 430@500 km 2013 -1/1  Kuaizhou-1A 3 1  CASIC1.430~300 SSO: 200@700 km 2014 -2/2  Long March 11 3 1  2015 -7/7  Minotaur IV HAPS  Orbital Sciences23.882.3486.3 2010 -1/1  Vega 3 1  ESA / ISA3031372000(?) SSO: 1500 2012 202420/22  Vega-C 3 1  ESA / ISA353.4 2022 -1/2  Zuljanah 2 1  MODAFL25.51.552220 -0/0 

 Lihat juga 
 Mesin roket
 Nosel mesin roket
 Kembang api
 Impuls spesifik
 Massa kerja
 Persamaan roket Tsiolkovsky
 Propelan komposit
 Alliant Techsystems
 Northrop Grumman
 Mesin roket
 Hercules Inc.
 Thiokol

 Referensi 

 Robert A. Braeunig rocket propulsion page
 Astronautix Composite Solid Propellants 
 Ariane 5 SRB
 Amateur High Power Rocketry Association
 Nakka-Rocketry (Design Calculations and Propellant Formulations)
 5 cent sugar rocket 
 Practical Rocketry 
 NASA Practical Rocketry 


Kategori:Propulsi wahana antariksa
Kategori:Mesin roket berdasarkan bahan bakar
Kategori:Mesin roket
Kategori:Propulsi roket
Kategori:Bahan bakar padat