UJI VALIDASI TERMAL VIBRASI UNTUK MUATAN MISI
MIKROSAT
Agus Harno Nurdin Syah
Peneliti Pusat Teknologi Dirgantara Terapan, LAPAN ABSTRACT
To l a u n c h i n g a spacecraft (rocket and satellite) including all of the systems, some rules a n d regulation of validation test for all the spacecraft systems is needed-Validation test mentioned is done to find out the ability of all the systems to the environmental influences of the external although internal with m e a s u r e m e n t s simultaneously done. This is including possibilities the operating all of the electronic systems and depending the life times, operation time of t h e internal and external condition to the p a r a m e t e r s effect of environmental t h a t would be received by the all of the spacecraft systems. Thermal vibration is two p a r a m e t e r s effect of environmental which would receiped simultaneously by the microsatellite/spacecraft on the trajectory time when t h e spacecraft inside of the thermospheer zone at height a b o u t (80 - 500) km a n d t h e exospher zone at height about (500 - 1000) km u n d e r the s e a level. Therefore, thermal vibration test is very important to do before a spacecraft/micro satellite would be launched, b e c a u s e the environmental p a r a m e t e r s is very d a n g e r o u s to the microsatellite/spacecraft mission payload.
ABSTRAK
Untuk m e l u n c u r k a n s u a t u w a h a n a a n t a r i k s a (roket dan satelit) beserta seluruh sistemnya, diperlukan b e b e r a p a persyaratan uji kelaikan bagi s e l u r u h sistem w a h a n a tersebut. Uji kelaikan tersebut dilakukan u n t u k mengetahui k e m a m p u a n seluruh sistem t e r h a d a p p e n g a r u h - p e n g a r u h lingkungan internal m a u p u n external dengan p e n g u k u r a n - p e n g u k u r a n y a n g dilakukan secara simultan. Hal ini termasuk kemungkinan bekerjanya seluruh sistem elektronik dan ketergantungan-ketergantungan u m u r alat, waktu operasi p a d a kondisi internal d a n kondisi eksternal t e r h a d a p pengaruh p a r a m e t e r - p a r a m e t e r lingkungan yang a k a n diterima oleh seluruh sistem w a h a n a a n t a r i k s a . Termal vibrasi m e r u p a k a n pengaruh dari d u a p a r a m e t e r lingkungan yang secara b e r s a m a a n a k a n dialami oleh mikrosat p a d a s a a t m e l a k u k a n trayektori ketika m e m a s u k i wilayah thermosfer p a d a ketinggian sekitar (80 - 500) km dan wilayah exosfer p a d a ketinggian sekitar (500 - 1000) km di a t a s p e r m u k a a n laut. Kedua b u a h p a r a m e t e r lingkungan ini sangatlah berpengaruh t e r h a d a p m u a t a n missi w a h a n a a n t a r i k s a / m i k r o s a t , oleh k a r e n a itu sangatlah penting pengujian termal vibrasi ini dilakukan sebelum s u a t u mikrosat a k a n diorbitkan.
1 PENDAHULUAN
Wahana a n t a r i k s a dengan m u a t a n misinya s e r t a s e l u r u h sistemnya yang a k a n d i l u n c u r k a n , perlu beberapa per-syaratan uji kelayakan bagi s e l u r u h sistem w a h a n a tersebut. Uji kelayakan tersebut dilakukan u n t u k mengetahui k e m a m p u a n s e l u r u h sistem t e r h a d a p pengaruh internal m a u p u n external dengan p e n g u k u r a n y a n g dilakukan secara simultan, baik mengenai s t r u k t u r n y a
yang ringan, k e b u t u h a n d a y a yang kecil dengan reliabilitas yang tinggi. Hal ini t e r m a s u k k e m u n g k i n a n bekerjanya s e l u r u h sistem elektronik dan keter-g a n t u n keter-g a n t e r h a d a p u m u r alat, waktu operasi p a d a kondisi internal dan kondisi external t e r h a d a p pengaruh parameter lingkungan yang a k a n diterimanya.
Tujuan dari pengujian lingkungan ini adalah u n t u k mengetahui kehandalan seluruh sistem w a h a n a dan m u a t a n
misinya d a l a m m e n g h a d a p i t e k a n a n a t a u pengaruh y a n g terjadi p a d a s a a t sebelum peluncuran, p a d a saat peluncuran dan trayektori hingga satelit/mikrosat b e r a d a p a d a wilayah orbitnya. Pengujian-pengujian tersebut p a d a d a s a r n y a dibagi menjadi d u a kategori u t a m a , yaitu pengujian fisik d a n pengujian termal v a k u m . Pengujian f i s i k m e r u p a k a n pengujian kondisi y a n g dihadapi muatan misi selama pengangkutan, p e l u n c u r a n dan p a d a s a a t m e l a k u k a n trayektori. Sedangkan pengujian t e r m a l a d a l a h pengujian yang berkaitan dengan pengaruh cuaca lingkungan di m a n a m u a t a n misi berada, yaitu p a d a kondisi di dalam r u a n g p e n y i m p a n a n dan s a a t m e l a k u k a n trayektori s e r t a p a d a s a a t b e r a d a p a d a wilayah orbitnya.
Pada saat p e n g a n g k u t a n seluruh sistem wahana termasuk m u a t a n misinya akan mengalami getaran yang cukup lama dengan frekuensi yang rendah, sedangkan p a d a saat p e l u n c u r a n dan p a d a saat trayektori s e l u r u h sistem w a h a n a a k a n mengalami getaran d a n t e m p e r a t u r yang c u k u p kompleks hingga m u a t a n misi berada p a d a wilayah orbitnya. Pada saat tinggal l a n d a s s e l u r u h sistem w a h a n a a k a n mengalami gelombang kejut {shock) y a n g sangat tinggi a k i b a t a d a n y a gelom-b a n g a k u s t i k yang ditimgelom-bulkan oleh suara sonic boom ketika w a h a n a mening-galkan launcher. S e d a n g k a n p a d a saat melakukan trayektori hingga berada p a d a wilayah orbitnya seluruh sistem w a h a n a a k a n mengalami getaran yang ditimbulkan oleh b a h a n bakar roket pembawa dan beban aerodinamik sekaligus t e m p e r a t u r y a n g c u k u p p a n a s ketika kecepatan w a h a n a di a t a s 1 mach akibat a d a n y a gesekan s t r u k t u r w a h a n a dengan lapisan atmosfer yang dilaluinya.
2 TEORIDASAR
Fase propulsi yang berakhir dengan mengorbitnya w a h a n a a n t a r i k s a p a d a l i n t a s a n n y a s a n g a t d i t a n d a i dengan getaran. Getaran ini timbul k a r e n a sifat-sifat m e k a n i s {mechanical origin) yang ditimbulkan oleh motor d a n diteruskan
oleh s t r u k t u r roket [effekpogo). Ini j u g a d a p a t disebabkan oleh pengaruh aero-dinamik, misalnya bila melewati lapisan atmosfir y a n g lebih p a d a t di m a n a di samping g e t a r a n juga a d a n y a p a n a s yang menjalar akibat terjadinya gesekan a n t a r a s t r u k t u r h i d u n g roket dengan lapisan atmosfir p a d a t y a n g dilaluinya. Pengaruh getaran di dalam roket ini paling sedikit 10 kali lebih beaar dibandingkan dengan kendaraan di bumi hingga dapat mencapai frekuensi a n t a r a (2000s/d3000) Hz. DUain pihak, sangatlah s u s a h u n t u k m e m a s t i k a n dengan tepat b a g a i m a n a getaran roket itu ditimbulkan, karena getarannya udak bersifat sinusional atau periodik (kecuali getaran resonansi pembakaran), tetapi b e r u p a getaran s e m b a r a n g yaitu getaran di m a n a besamya di suatu saat tak dapat diketahui dengan tepat, melainkan h a n y a dengan s u a t u tingkat k e m u n g k i n a n {a certain degree of probability). Getaran demikian lebih tepat bila ditimbulkan oleh energi menengah yang dimilikinya pada berbagai frekuensi dan b u k a n h a r g a p u n c a k n y a [peak
value).
Ketika k e c e p a t a n roket pelontar lebih besar dari 1 Mach, maka permukaan kulit bagian hidung dari roket menjadi sangat p a n a s / t e r b a k a r akibat a d a n y a gesekan dengan lapisan u d a r a ketika m e m a s u k i atmosfer b u m i . P a n a s ini m e r a m b a t m a s u k ke dalam r u a n g m u a t a n misi hingga mencapai sekitar 200° C, n a m u n k a r e n a di bagian r u a n g m u a t a n misi d i b u a t ventilasi sebagai peredam p a n a s , m a k a p a n a s yang diterima oleh m u a t a n misi h a n y a sekitar (50 - 70)° C. Di samping p a n a s , yang dialami oleh m u a t a n misi ini j u g a getaran y a n g ditimbulkan oleh b a h a n b a k a r roket dan beban aerodinamik. Peralatan a n t a r i k s a a k a n mengalami getaran termal y a n g sangat k u a t dan s e m u a n y a sangat membahayakan di m a n a spektrumnya sangat luas mencakup sebagian besar frekuensi resonansi mekanis s t r u k t u r d a n peralatan. Selama fase penyiapan, p e l u n c u r a n clan
p e m a s u k a n ke dalam garis edar pesawat antariksa j u g a akan mengalami tegangan-tegangan lain misalnya yang dihasilkan oleh goncangan m a u p u n percepatan. Percepatan yang ditimbulkan oleh daya dorong motor roket d a p a t mencapai harga sangat tinggi, misalnya sampai 50 g u n t u k b a h a n pendorong padat. Oleh
Gambar 2-2:Bagan m u a t a n misi w a h a n a a n t a r i k s a di dalam r u a n g m u a t a n w a h a n a pelontar Arianne Space
Setelah fairing ditutup rapat, m a k a t e m p a t m u a t a n misi dilengkapi dengan pengkondisi u d a r a (baik di dalam m a u p u n di luarnya). Ventilasi ini d i p e r t a h a n k a n melalui umbilical cord (tali pusat) hingga w a h a n a lift off, u n t u k roket pelontar Arianne misalnya, kondisinya adalah
sebagai berikut :
* Temperatur : (15 - 20)° C
karena itu sangatlah penting u n t u k m e l a k u k a n proteksi t e r h a d a p m u a t a n misi w a h a n a antariksa. Hal ini dapat dilakukan dengan mengkondisikan ruang di m a n a m u a t a n misi n a n t i n y a a k a n ditempatkan sedemikian rupa sehingga aman dari pengaruh getaran termal tersebut, (Gambar 2-1 dan Gambar 2-2)
* Kelembaban relative : 15 % * Filtration : 0,3
* Aliran udara: 3000 kg/jam (833,33 gr/s) * Kecepatan u d a r a : 2 m / d e t i k
Tingkat kebisingan yang ditimbul-kan oleh aliran u d a r a ini tidak boleh melebihi 80 dB, kecuali p a d a keadaan
transient saat awal d a n shut down yang u m u m n y a berlangsung sangat singkat (sekitar 15 ms u n t u k tingkat kebisingan 120 dB). Pada periode peluncuran terjadi p e r u b a h a n temperatur dan kondisi di dalam r u a n g m u a t a n misi. Perubahan temperatur, flux density dan t e k a n a n u n t u k roket pelontar Arianne misalnya, dapat dilihat p a d a Gambar 2 - 3 , 2-4 dan 2-5.
Kelakuan getaran kondisi termal s u a t u w a h a n a perlu dipelajari dengan s e k s a m a , k a r e n a sangat berpengaruh t e r h a d a p bekerjanya sistem elektronik m u a t a n yang berfungsi sebagai m u a t a n misi. Maksud dari pengujian termal vibrasi ini u n t u k mencek operasi s u a t u jenis alat a n t a r i k s a setelah s u h u n y a
dinaikan sampai ke b a t a s ekstrim sesuai dengan penerbangan orbit. Gambar 2-1 : Pengujian prototif pesawat super sonic di dalam terowongan angin (Kiri)
Pada s a a t kecepatan angin di bawah 1 m a c h dengan frekuensi getaran t e r u k u r (10 s / d 90) Hz (Tengah) Pada saat kecepatan angin 1 m a c h d e n g a n frekuensi getaran t e r u k u r (90 s / d 500) Hz (Kanan) Pada saat k e c e p a t a n angin 1,4 m a c h dengan frekunsi getaran t e r u k u r (500 s / d 3000) Hz, temperatur s t r u k t u r prototif pesawat super sonic yang terbakar p a d a kecepatan tersebut sekitar (1000 s / d 1400) °C
Karena ini bersifat pengujian kualitatif, begitu t e m p e r a t u r y a n g diinginkan tercapai.
I I
Gambar 2-3: Kondisi temperatur di dalam ruang m u a t a n misi Arianne dengan d a n tanpa meng-gunakan pelindung akustik
Gambar 2-4: Perubahan /fax density di dalam ruang muatan misi Arianne dengan dan tanpa menggunakan pelindung akustik
langkah pertama adalah mencek kelakuan rangkaian listrik (Effek Eorons). Peralatan dihidupkan p a d a awal pengujian dan dihentikan begitu t e m p e r a t u r yang diijinkan tercapai. Sistim termal r u a n g pengujian a k a n menyebabkan s u h u peralatan stabil p a d a s u a t u harga yang ditentukan sebelumnya. Kemudian, pada waktu pengaliran p a n a s dari luar konstan, p e r a l a t a n d i h i d u p k a n kembali d a n pola p e r u b a h a n s u h u n y a dan p a r a m e t e r - p a r a m e t e r fungsional alat diamati d a n diukur. U n t u k p e n y e d e r h a n a a n perhi-t u n g a n , d i g u n a k a n model s a perhi-t u perhi-tingkaperhi-t n a m p a n , respon getaran p a d a n a m p a n tingkat 1 ini dihitung secara teoritis. Secara s e d e r h a n a model 1 tingkat bisa disimulasikan dengan 2 derajat kebe-b a s a n . Adaptor, modul kebe-baterai dan baterainya sendiri dimodelkan dengan k e k a k u a n ki d a n m a s s a mi di tingkat pertama. Modul n a m p a n p e r t a m a dan piranti elektroniknya diperhitungkan sebagai m a s s a terkonsentrasi dan dimodelkan d e n g a n k e k a k u a n k2 dan m a s s a m2. Koefisien r e d a m a n ci dan C2 d i m a s u k k a n agar p e n g a r u h redaman dapat dimasukkan. Model ini digambar-kan p a d a Gambar 2-6 berikut
Gambar 2-5: Perubahan tekanan di dalam ruang m u a t a n misi Arianne
Gambar 2-6:Model pengujian s t r u k t u r mikrosat dengan 2 derajat kebebasan
Sebagai simulasi getaran dasar, sistem digetarkan dari bagian bawah sistem (adaptor) dengan simpangan neriodik :
Dengan m e m a s u k k a n k o n s t a n t a -k o n s t a n t a m i , m2, -k i , -k2, ci dan C2 yang sesuai dengan k e n y a t a a n m a k a a k a n diperoleh transmisibilitas/displacement sistem d e n g a n 2 derajat k e b e b a s a n . Dari persamaan bisa dilihat bahwa displacement pada m2 (nampan berisi piranti elektronik) bisa diatur d e n g a n m e n g a t u r besarnya k i , dengan c a t a t a n k o n s t a n t a yang lain tetap. Secara u m u m dengan mengurangi h a r g a ki a k a n mengurangi displacement p a d a m2. Oleh k a r e n a itu mengurangi k e k a k u a n base dari t e m p a t baterai d a n adaptor dapat memperkecil transmisibilitas (displacement) getaran p a d a tiap-tiap nampan. Disini a k a n dilakukan modifikasi s a m p a i diperoleh respon displacement m i n i m u m .
Selain respon getaran, analisa lain yang bisa dilakukan a d a l a h analisa dan pengujian u n t u k mencari frekuensi natural dari s t r u k t u r mikrosatelit. Frekuensi n a t u r a l s t r u k t u r m u t l a k u n t u k diketahui agar terhindar dari terjadinya resonansi dengan s u m b e r getar, dalam hal ini a d a l a h frekuensi getaran dari roket pembawanya. U n t u k mencari m o d u s getar s t r u k t u r , s t r u k t u r dianggap dalam kondisi getaran b e b a s t a n p a r e d a m a n . P e r s a m a a n gerak yang dinyatakan dalam b e n t u k matriks menjadi :
Akar-akar persamaan karakteristik disebut eigen value dan frekuensi natural s i s t e m d i t e n t u k a n d a r i sini oleh h u b u n g a n : Xi = an2
Dengan m e n s u b s t i t u s i k a n Xi ke-dalam persamaan matriks akan diperoleh b e n t u k ragam Xi y a n g bersangkutan yang disebut eigen vektor yang menun-jukkan pola getarnya. Jadi u n t u k sistem
dengan 2 derajat k e b e b a s a n a k a n di-peroleh 2 eigen value (natural frekuensi) d a n 2 eigen vektor (pola getar).
3 METODOLOGI
Sebagai tindak lanjut dari peran-c a n g a n s u a t u s t r u k t u r , k h u s u s n y a struktur satelit, perlu dilakukan pengu-jian t e r h a d a p hasil-hasil perhitungan
yang s u d a h dilakukan dengan tujuan m e l a k u k a n validasi serta koreksi hasil perhitungan. Metoda pengujian karak-teristik d i n a m i k d e n g a n p a r a m e t e r
frekuensi alami struktur akan diketahui. Frekuensi alami ini m e r u p a k a n frekuensi resonansi s t r u k t u r , yaitu frekuensi yang membahayakan struktur karena amplitudo sinyal getaran a k a n diperbesar. Oleh karena hasil pengujian ini m e r u p a k a n koreksi t e r h a d a p hasil analisis teoritis, m a k a karakteristik frekuensi alami struktur y a n g dianggap benar merupakan gabungan hasil p e r h i t u n g a n dengan hasil pengujian. Hal ini d i l a k u k a n u n t u k men-jaga kemungkinan dalam penempatan
s t r u k t u r satelit s e s u n g g u h n y a a k a n mirip kondisi syarat b a t a s teoritis a t a u kondisi syarat batas simulasi (pengujian). Meskipun demikian t e t a p d i u p a y a k a n k e s e s u a i a n a n t a r a syarat b a t a s teoritis, syarat batas simulasi dan kenyataan sehingga hasilnya tidak a k a n j a u h berbeda. Setelah menge-tahui karakteristik dinamik struktur satelit
b e r u p a frekuensi alaminya, g a b u n g a n hasil teoritis d a n hasil pengujian ini kemudian h a r u s dibandingkan dengan sinyal getaran s e s u n g g u h n y a setelah dilakukan analisis frekuensi. J i k a a d a frekuensi sinyal getaran yang amplitudonya c u k u p b e s a r s a m a dengan frekuensi alami s t r u k t u r , m a k a s t r u k t u r a k a n mengalami resonansi di frekuensi tersebut yang berakibat fatal. Dengan demikian jika diperoleh k e a d a a n seperti itu perlu modifikasi r a n c a n g a n a t a u modifikasi p e n e m p a t a n .
Suatu model mikrosatelit a k a n d i l u n c u r k a n sebagai m u a t a n misi p a d a roket pembawa. Saat penyalaan dan p e l u n c u r a n roket pembawa, s t r u k t u r satelit a k a n mengalami getaran yang bisa m e m b a h a y a k a n peralatan elektronik dan subsistem lain didalamnya. Untuk keperlu-an simulasi, getarkeperlu-an dibkeperlu-angkitkkeperlu-an dkeperlu-an dianalisa p a d a alat Two or Four Channel FFT Dynamic Signal Analyzer dan dibuat semirip mungkin dengan s a m b u n g a n
satelit (adaptor) p a d a roket. Mikrosatelit ini a k a n ditempatkan p a d a ketinggian orbit sekitar 700 k m , sehingga t e r m a s u k satelit orbit r e n d a h (Low E a r t h Orbital/ LEO).
Dalam proses perancangan mikro-satelit diinginkan mempunyai kondisi lebih aman terhadap lingkungan getaran s a a t penyalaan roket peluncur. Oleh k a r e n a itu respon s t r u k t u r dianalisis terlebih d a h u l u u n t u k memprediksi hasil p e n g u k u r a n getaran. Dengan demikian hasil analisis dan pengujian b i s a d i g u n a k a n sebagai a c u a n u n t u k m e l a k u k a n modifikasi dan optimisasi a g a r diperoleh s t r u k t u r mikrosatelit y a n g ringan d a n aman dengan respon getaran [displacement yang lebih kecil.
Pada saat peluncuran mikrosatelit a k a n mengalami kondisi berbahaya
karena terjadi getaran akibat penyalaan roket peluncur. Satelit a k a n mengalami gaya aksial a k i b a t percepatan dari roket peluncur. Selain itu satelit j u g a a k a n menerima i n p u t energi getaran dan a k u s t i k y a n g c u k u p mernbahayakan subsistem m u a t a n di dalamnya. Dengan memberikan i n p u t getaran p a d a bagian
s a m b u n g a n adaptor bagian bawah tempat b a u t piroteknik dipasang dapat dihitung respon getaran yang a k a n terjadi pada tiap-tiap nampan (tingkatan) model satelit. Dalam p e r h i t u n g a n n y a sistem dianggap sebagai sistem linier.
Pengamatan respon hanya dikonsentrasi-kan p a d a titik tengah n a m p a n (tingkat).
Pada titik di tengah ini a k a n mengalami kemungkinan s i m p a n g a n (amplitudo) terbesar saat terjadi getaran. Perhitungan secara teoritis bisa d i l a k u k a n u n t u k masing-masing tingkatan n a m p a n .
Untuk melakukan uji getar darat, p a d a mikrosatelit hal yang sangat penting adalah m e n e n t u k a n besarnya k o n s t a n t a pengujian, seperti : mi, m2, k i , k2, Ci, C2, dll. Konstanta tersebut bisa diatur u n t u k m e n d a p a t k a n respon getaran yang diinginkan sesuai dengan analisa teoritis. Disamping hal tersebut diatas, m a s a l a h lain adalah menguji
modus getar s t r u k t u r dalam hal ini salah s a t u n y a adalah m e n e n t u k a n frekuensi n a t u r a l s t r u k t u r mikrosatelit. Frekuensi n a t u r a l h a r u s diketahui
u n t u k menghindari terjadinya resonansi dengan sumber getar roket pembawanya.
Pada s a a t proses uji getar darat, mikrosatelit tidak dalam k e a d a a n b e b a s seperti dalam k e a d a a n terbang, n a m u n ditumpu dengan satu dan lain cara. Sistem t u m p u a n atau suspensi a k a n berpengaruh terhadap hasil p e n g u k u r a n uji getar darat t e r s e b u t . B e s a r n y a p e n g a r u h s i s t e m suspensi secara kuantitatif dapat dihitung dari s e b e r a p a dekat frekuensi m o d u s getar k e k a k u a n n y a (rigid body mode) t e r h a d a p m o d u s f l e k s i b e l p e r t a m a yang s e s u n g g u h n y a . Masalah analisis hasil eksperimen dengan Sinyal Analyzer adalah m e m b e d a k a n a n t a r a m o d u s getar akibat k e k a k u a n s t r u k t u r (rigid body) dengan m o d u s getar sesungguhnya. Kedua m o d u s getar ini b i a s a n y a berimpit p a d a frekuensi-frekuensi r e n d a h . U n t u k m e m i s a h k a n m o d u s k e k a k u a n dan m o d u s p e r t a m a sejauh mungkin, sistem suspensinya diupayakan selentur mungkin. U n t u k memperoleh kondisi seperti itu u m u m n y a dilakukan cara sebagai berikut.
Gambar 3-1:Diagram alir u n t u k proses pengujian getaran termal mikrosat LAPAN
a. Menumpu satelit dengan k a n t u n g u d a r a p a d a roda-rodanya, c a r a ini
hasilnya dianggap paling m e m u a s k a n k a r e n a f l e k s i b i l i t a s s u s p e n s i u d a r a relatif s a n g a t r e n d a h d a n m u d a h diatur, n a m u n c a r a ini cenderung m a h a l .
b. Menggantung satelit dengan karet f l e k s i b e l . Secara u m u m c a r a meng-g a n t u n meng-g j u meng-g a hasilnya d i p a n d a n meng-g m e m u a s k a n . N a m u n c a r a inipun cenderung mahal dan sulit dilakukan k a r e n a m e m e r l u k a n k o n s t r u k s i gan-t u n g a n y a n g sesuai, misalnya yang h a r u s d a p a t memikul beban satelit. c. M e n u m p u satelit dengan karet lentur
p a d a ujung b a w a h n y a . Cara ini j a u h lebih m u d a h dari k e d u a cara di a t a s . N a m u n s u s p e n s i n y a tidak dapat selentur k e d u a cara tersebut.
Semakin ringan mikrosatelit yang dibuat m a k a s t r u k t u r n y a a k a n semakin fleksibel. Hal ini a k a n mengakibatkan m o d u s getar p e r t a m a n y a a k a n semakin r e n d a h . Seandainya dicapai m o d u s p e r t a m a di b a w a h 1 Hz m a k a akan sulit sekali diperoleh s u s p e n s i uji getar darat yang cukup fleksibel u n t u k memisahkan a n t a r a m o d u s k e k a k u a n dengan m o d u s getar yang s e s u n g g u h n y a . Dengan adanya sistem suspensi sebagai tumpuan mikrosatelit dalam uji getar darat, sistem t a m b a h a n ini akan menyebabkan :
$ Munculnya gerak k a k u (rigid body motion)
& Modifikasi gerak fleksibel yang sesungguhnya.
Dengan demikian h a r u s dilakukan langkah koreksi sebagai b e r i k u t :
& Memisahkan m o d u s gerak k e k a k u a n sehingga tinggal modus gerak fleksibel yang s e s u n g g u h n y a .
^ Mengkombinasikan kembali m o d u s -m o d u s s e s u n g g u h n y a u n t u k - men-d a p a t k a n m o men-d u s gerak bebasnya.
Pertama kali dihitung karakteristik dinamik t a n p a s u s p e n s i (penyangga) u n t u k m e n d a p a t k a n perilaku dinamik bebasnya. Setelah itu dihitung u n t u k beberapa kondisi dengan s u s p e n s i yang
berbeda-beda nilai k e k a k u a n n y a . Dengan kekakuan suspensi yang berbeda-beda selanjutnya d i u k u r pergeseran frekuensi yang diakibatkannya.
Prinsip m e t o d a pengujian ini adalah mendeteksi amplitude- getaran struktur satelit di titik-titik tertentu apabila struktur satelit tersebut digetarkan dengan cara simulasi syarat b a t a s p e n e m p a t a n tertentu, frekuensi alami struktur (frekuensi resonansi) ditandai d e n g a n m e m b e s a r n y a amplitudo getaran s t r u k t u r di frekuensi-frekuensi tertentu. A d a p u n sinyal getaran s t r u k t u r d i s i m u l a s i k a n p a d a d a e r a h j a n g k a u a n frekuensi tertentu yang b a t a s jangkauan atasnya dipengaruhi
kemam-puan batas (frekuensi resonansi) accelero-meter d a n piringan penggetarnya sebagai simulator p e n e m p a t a n .
Struktur digetarkan melalui piringan tempat simulasi p e n e m p a t a n dilakukan. Piringan ini m e r u p a k a n piringan yang k a k u yang frekuensi alami dasarnya lebih tinggi dari frekuensi tertinggi penggetar (batas atas j a n g k a u a n frekuensi penggetar). Frekuensi dan amplitudo penggetar (shakei) diatur dan dianalisa melalui exciter control a t a u Two or Four Channel FFT Dynamics Signal Analyzers k e m u d i a n diperbesar melalui power amplifier. P e n g a t u r a n frekuensi ini d a p a t dilakukan secara m a n u a l a t a u o t o m a u s mulai b a t a s bawah frekuensi s a m p a i b a t a s a t a s n y a , baik berulang-ulang a t a u sekali s a p u a n . Sinyal akibat getaran s t r u k t u r ditangkap oleh accelerometer d a n diteruskan ke measuring amplifier melalui conditioning amplifier. U n t u k m e n g g a m b a r k a n proses pengujian yang sedang berlangsung, baik sinyal yang diberikan p a d a sistem peng-getar (shaker) melalui force transducer a t a u p u n sinyal yang diterima oleh sistem s t r u k t u r mikrosat melalui accelerometer, m a k a kita d a p a t melihatnya secara l a n g s u n g p a d a monitor FFT Dynamics Signals Analyzers atau monitor oscilloscope a t a u dengan m e n g h u b u n g k a n n y a p a d a s u a t u plotter/x - y recorder/printer yang sinkronisasi frekuensinya diatur dari exciter control/FFT Dynamics Signals Analyzers. Sedangkan u n t u k melihat dan meyakinkan kalau terjadi resonansi dipasang oscilloscop
yang a k a n m e m b a n d i n g k a n sinyal yang diberikan p a d a s t r u k t u r melalui penggetar d a n sinyal yang diterima oleh s t r u k t u r . Dalam oscilloscop ini a k a n nampak pola Lissayous yang menunjuk-kan resonansi, yaitu pola b e r u p a s u a t u lingkaran (sinyal y a n g m a s u k s a m a dengan sinyal yang keluar). Otomatisasi oscilloscop dikontrol melalui computer PC-AT y a n g dilengkapi perangkat lunak Test Procedure Generator (TPG) dari o t o m a t i s a s i osiloskop, t e r u t a m a dalam p e n g a t u r a n Lissayous mode. G a m b a r lengkapnya d a p a t dilihat p a d a Gambar 3-2 u n t u k s u s u n a n rangkaian peralatan pengujian.
Untuk mengetahui seberapa besar p e n g a r u h t e m p e r a t u r p a d a m u a t a n misi w a h a n a a n t a r i k s a (mikrosat LAPAN), di dalam r u a n g uji m u a t a n misi d i p a s a n g d u a b u a h p e m a n a s (heater) yang a k a n m e m a n a s k a n r u a n g uji b e r d a s a r k a n t e m p e r a t u r terprogram. Besarnya t e m p e r a t u r (naik turunnya) ini diatur dengan m e n g g u n a k a n alat Programable Temperature Controller.
Gambar 3-2: Susunan pengujian getaran termal u n t u k mikrosat LAPAN
4 ANALISA DAN HASIL PENGKAJIAN Penempatan struktur satelit dalam r u a n g payload h a r u s ditempatkan p a d a kondisi tertentu u n t u k mengurangi derajat k e b e b a s a n s t r u k t u r satelit. Hal ini m e r u p a k a n syarat b a t a s penempatan, k a r e n a syarat b a t a s yang berbeda a k a n sangat mempengaruhi hasil yang diperoleh. Agar diperoleh k e s e s u a i a n a n t a r a per-h i t u n g a n , k e n y a t a a n p e n e m p a t a n d a n kondisi pengujian, h a r u s dilakukan simulasi t e r h a d a p syarat b a t a s yang a d a hingga sangat m e n d e k a t i k e n y a t a a n .
Ge t a ra n p a d a s t r u k t u r dapat di-l a k u k a n d e n g a n m e n g g u n a k a n meja getar/mounting y a n g t e r b u a t dari b a h a n k a k u dengan frekuensi alami d a s a r yang tinggi (di a t a s frekuensi pengamatan). J a n g k a u a n frekuensi pengujian yang
diamati, b a t a s a t a s n y a dibatasi oleh k e m a m p u a n p e r a l a t a n y a n g dipakai. Dua b u a h piranti alat y a n g menyebabkan t e r b a t a s n y a pengujian, yaitu
a. Transducer (Accelerometer)
Tiap accelerometer s u d a h dikalibrasi dengan m e n g u k u r frekuensi resonansi dasarnya. Dengan demikian pemakaian h a r u s di bawah frekuensi tersebut. Cara p e n e m p a t a n accelerometer ini akan mengurangi dayajangkau frekuen-sinya, k u r v a kalibrasi u n t u k hal ini digambarkan p a d a Gambar 4 - 1 .
b. Meja getar/ mounting
Meja getar/mounting ini seperti accelero meter m e m p u n y a i frekuensi resonansi alami yang tinggi, p l a t / m e j a ini h a r u s dibuat dari b a h a n tertentu yang ke-k u a t a n n y a tinggi tetapi m a s s a n y a ke-kecil. U n t u k m a k s u d ini p l a t / m e j a getar biasanya d i b u a t dari b a h a n komposit. Plat ini h a r u s diuji tersendiri u n t u k mengetahui frekuensi alami dasarnya.
Gambar 4 - 1 : Hasil kalibrasi dari s u a t u accelerometer
J a d i u n t u k keperluan kelayakan pengujian getaran termal mikrosat LAPAN a d a b e b e r a p a faktor yang h a r u s diperhatikan d a n dipertimbangkan, yaitu
a. J a n g k a u a n frekuensi dibatasi oleh kemampuan transducer (accelerometer) d a n meja penggetarnya sehingga metoda ini kurang begitu memuaskan d i b a n d i n g k a n m e t o d a pengujian lainnya seperti Modal Analysis Test. b. Perlu m e m b u a t meja getar/mounting
yang m e m p u n y a i k e k a k u a n tinggi tetapi massanya kecil serta melakukan kalibrasi j a n g k a u a n frekuensi yang diijinkan sebelum d i g u n a k a n p a d a pengujian s e s u n g g u h n y a .
c. Untuk simulasi syarat batas penem-patan m e m e r l u k a n r a n c a n g a n yang jelas mengenai kondisi penempatan s e s u n g g u h n y a . Hal ini a k a n dipakai j u g a dalam p e r h i t u n g a n teoritis. d. Peningkatan penelitian dapat
dilaku-kan dengan m e m a s a n g Band Pass Filter di Measuring Amplifier.
e. Penggunaan peralatan GPIB a k a n m e m u d a h k a n m e l a k u k a n control melalui PC.
f. Pengadaan peralatan Two or Four Channel Dynamics Signal Analyzer sangatlah diperlukan u n t u k pengujian j e n i s random mode and data analisys yang tidak dimiliki oleh peralatan pembangkit sinyal lainnya.
5 KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengkajian yang telah dilakukan, m a k a dapat disimpulkan b a h w a :
• Untuk kelayakan muatan misi wahana antariksa (Mikrosat LAPAN) yang akan diorbitkan, perlu dilakukan pengujian getaran kondisi termal sebelumnya. Hal ini dilakukan mengingat k e d u a parameter lingkungan tersebut sangat mendominasi di dalam kegiatan pelun-curan Mikrosat LAPAN nantinya. • Untuk keperluan analisa data selama
dilakukan terhadap" m i k r o s a t LAPAN, m a k a p e n g a d a a n alat Fast Foourier Transform (FFT) Dynamics Signal Analyzer d u a k a n a l a t a u e m p a t k a n a l sangatlah penting. Dengan alat ini kila dapat melakukan uji validasi pengaruh getaran acak (random) y a n g a k a n diterima oleh Mikrosat LAPAN selama b e r a d a di dalam r u a n g m u a t a n hingga berada p a d a wilayah orbitnya.
• U n t u k kegiatan pengujian getaran kondisi termal nantinya, masih perlu d i l a k u k a n pengkajian lebih j a u h lagi sehingga d a l a m m e n s i m u l a s i k a n p e n e m p a t a n mikrosat di a t a s shaker p a d a r u a n g uji sesuai dengan kondisi yang a k a n dialaminya. Apakah dalam m e n s i m u l a s i k a n p e n e m p a t a n mikrosat LAPAN ini diperlukan metoda s a t u derajat k e b e b a s a n [single degree of f r e e d o m ) , d u a derajat k e b e b a s a n a t a u
banyak derajat k e b e b a s a n {multi degree of freedom), t e r g a n t u n g p a d a spesifikasi m i k r o s a t LAPAN i t u sendiri.
DAFTAR RU JUKAN
- , Vibrating Testing System, Application note, Bruel & Kjaer.
, 1987. Guru II, GPIB User's Resource Utility For the IBM PC, Tektronix User's Manual, Beaverton.
1 1997, Rohini Sounding
Rocket and Payloads for Upper
Atmospheric Research, Manual for Environmental testing, Antrix, India. Broch, J.T., 1980. Mechanical Vibration
and Shock Measurement, Bruel & Kjaer, D e n m a r k .
C M . Harris, C.E. Creede.1961. Shock and Vibration Handbook, Vol 3 : Engineering Design and Environ-m e n t a l Conditions, Mc. Graw Hill Book Co. NY.
Demeter G. Fertis, 1973. Dynamics and Vibration of Structures, J o h n Wiley a n d Sons, New York.
Fokker VFW B.V., 1981. Arianne 2 -User's Manual, Ariane 3 Issue No. 1, February, Arianespace.
Fokker B.V., 1980. Dynamic Responses of Structures due to Acoustic Exitation, October 10.
Fokker - VFW B.V., 1980. Study Concer-ning the Reduction of Structures Dynamic Responses, April 1 1 .
Hommer E. Newell J r . , 1953. High Altitudes Rockets Research, New
York.
Thompson, W.T., Lea Prasetyo (alih bahasa), 1986. Teori Getaran dengan Penerapannya, Erlangga edisi k e d u a , J a k a r t a .
Prof. Said D. Jenie Sc. D,, 2004. Pengantar Teknik Perancangan Satelit, Mated Diklat Teknologi d a n I n s t r u m e n t a s i Satelit, Pustek-elegan Ranca Bungur - Bogor.
LAMPIRAN :
Gambar l - l : B a g a n s k e m a sistem pengujian getaran termal u n t u k mikrosat LAPAN (muatan misi roket/satelit)
DATA HASIL PENGUJIAN
Hasil pengujian getaran random s u m b u Y, p a d a frekuensi 72 Hz dengan Acceleration Spectral Density/ASD sebesar 0,023429 g2/ H z terjadi kenaikan p a d a frekuensi 88 Hz yang besarnya 0 , 0 9 1 9 2 6 5 g2/Hz d a n p a d a frekuensi 96 Hz sebesar 0,100191
Hasil pengujiari getaran sinusoidal u n t u k s u m b u Y, p a d a frekuensi 80 Hz terjadi k e n a i k a n ASD y a n g tinggi. Dibawah 50 Hz tidak d i t e m u k a n resonansi d a n frekuensi dasar. Hasil Rekaman Pengujian Vibrasi u n t u k s u m b u Y d e n g a n frekuensi 10 Hz terdapat p a d a Tabel 1.
Gambar 1-3:Hasil Rekaman Pengujian getaran u n t u k s u m b u Y dengan frekuensi 10 Hz Hasil S a p u a n P a d a S u m b u Y dengan Sweep Rate : 2 O c t / m i n , Accel : 2,5 Gpk dan d u r a s i : 40 min dapat dilihat p a d a table di b a w a h ini :
No of sweep 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Freq (Hz) 8 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Accel (Gpk) 2.295 2.650 2.822 2.681 2.944 3.004 3.118 3.112 2.466 2.812 3.228 3.457 3.805 4.867 4.433 5.167 5.065 5.580 5.041 6.707 Remark OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK OK Fail Fail Fail Fail Fail
Contoh : Program pengontrol temperatur r u a n g uji termal vibrasi
