Pros;d;ng Pertemuan /lm;ah Sa;ns Mater; 1997 /SSN /4/0 -2897

q~PERKEMBANGANTEKNOLOGIPENERBANGANDAN W AHANA ANT ARIKSA I

Darwin Sebayang2

ABSTRAKPERKEMBANGAN TEKNOLOGI PENERBANGAN DAN W ADANA ANT ARIKSA. Teknologi Penerbangan

dan Wahana Antariksa selalu dianggap merupakan teknologi mutakhir yang merupakan pelopor berkembangnya ilmu barn ataumemanfatkan ilmu baru untuk menunjang programnya. OJ sini ditunjukkan perkembangan teknologi penerbangan dan wahanaantariksa secara global dan di Indonesia serta trend penggunaan material pada ke dua teknologi tersebut. Sasaran yang ingindicapai pada kedua teknologi tersebut di abad mendatang merupakan tantangan dan peluang untuk berkontribusi bagi para pakarsains dan materi dengan mengembangkan potensi somber kekayaan alam Indonesia.

ABSTRACTDEVELOPMENT OF TECHNOLOGY AERONAUTICS AND AEROSPACE. The Technology of Aeronautics

and Aerospace has always being discussed as sophisticated Technology, as pioneer for developing new science or using newscience to support its program. In this paper the development of Aeronautics Technology and Aerospace materials in Indonesia\\ill be shown, as well as the tendency of Its applications in both technologies. The aim of both technologies in coming centurywill be a challenging and an opportunity for the materials science expertise in developing and utilizing the potential of materialsresources in Indonesia.

KEY WORDAeronautic technology, Aerospace

PENDAHULUAN

Perkembangan Teknologi PenerbangandaD wahana antariksa sangat cepat. Dalam kurunwaktu 100 tahun pesawat yang dikembangkanmula-mula oleh Lilianthal kini mampu membawamanusia mendarat ke bulan. Perkembanganteknologi ini membuka peluang kepadapengembangan teknologi lainnya seperti indrajauh, sistem kontrol sains daD materi daD lain-lain..Indonesia merupakan negara kepulauan yangterdiri dari 13700 kepulauan meskipun yangsecara tetap didiami kira-kira 300 pulau. Negaraindonesia dipisahkan antara Sabang sampaiMerauke oleh jarak ribuan kilometer di mana jarakdari timur ke barat .Indonesia lebih besar dari jarakNew York daD Sanfrasisko. Oleh karena itutidaklah mengherankan bila penggutJaan teknologitinggi seperti teknologi transportasi daD sistemkomunikasi sangat penting. Disamping faktorekonomis tentunya tidak bisa dilupakan bahwadengan transportasi yang baik di tanah air akanmempererat rasa kebersamaan, rasa sebangsa daDsetanah air. Di sini ditunjukkan perkembanganteknologi penerbangan daD antariksa baik secaraglobal daD lokal daD peluang yang tersedia bagiperkembangan sains daD materi. Kemampuanuntuk meraih teknologi itu merupakan tantangan.

riksa berjalan paralel pada tahun-tahun terakhir iniclan satu sarna lain saling mendekati. Bila pada

penerbangan konsentrasinya kepada aerodinamikclan tnesin penggerak yang mengisap udara, makapada wahana antariksa diusahakan masalah inidihindari. Pada wahana antariksa dikembangkanmotor roket yang tidak tergantung kepada udara.Disamping itu peluncuran dilakukan secara tegaklurus sehingga kerugian akibat tahanan udaraberkurang. pengembangan ini dilakukan sejaktahun 30 an. Dengan mengembangkan teknologimotor roket akhimya manusia bisa ke bulan.Pengembangannya diawali di Jerman denganproyek V2. Sesudah perang teknologipenerbangan clan antariksa dikembangkan diAmerika clan Rusia. Peluncuran satelit bumi

pertama yang memungkinkan manusia mendaratdi bulan merupakan hasil dari kesuksesanpengembangan roket balistik. Professor EugenSanger pada tahun 1930 melemparkan ide agarmengembangkan teknologi penerbangan keteknologi ruang angkasa. Pemikiran inidilatarbelakangi oleh pemikiran agar ada integrasikedua teknologi hingga menjadi satu kesatuan. Ideini selanjutnya dijabarkan dalam bidang teknikpenerbangan mula-mula dengan mengembangkanpesawat terbang dengan kecepatan di bawahbilangan Mach misalnya pesawat Comet clanpesawat terbang sipil pertama dengan kecepatan diatas bilangan Mach yaitu Concorde clan

selanjutnya pesawat hiperschal yangdikembangkan di Amerika (Orient Express) ataudi Eropa dikenal dengan pesawat EHTV

(European Hypersonik Transport Vehichle).Dalam bidang wahana antariksa dikenal dengan

PERKEMBANGANTEKNOLOGIPENERBANGAN DAN ANT ARIKSA

Perkembangan Teknologi Penerbangan daDAntariksa secara global

Pengembangan Penerbangan clan Anta-

T1)tpreseniaStkanpadaPertemuan

Ilmiah gains Materl19972 Peneliti Madya dalam bidang Konstruksi Ringan di LAPAN

18

Pros;d;ng Pertemuan //m;ah Sa;ns Mater; 1997 1SSN 1410 -2897

pesawat terbang clan wahana antariksa merupakanlingkup konstruksi ringan yang merupakan rantaidari beberapa cincin yang terdiri antara lain:

pengembangan wahana antariksa berawak yaituproyek Mercury, Gemini, Apollo clan pesawatulang alik di USA clan proyek Hermes di Europa.Kombinasi kedua arab pengembangan mengacukepada saran Singer yang kemudian berkembangmenjadi pengembangan wahana antariksa satutingkat, misalnya sejak tahun 1985 dari FirmaBritish Aerospace clan proyek X-300 dalam rangkaUS-Program NASP (National Aerospace Plane)seperti terlihat pada gambar 1 sedangkanhubungan perkembangan teknologi tersebut

dengan kecepatan pesawat terbang dapat padagambar 2. Dari pengembangan teknologi pener-bangan sejak tahun 1903 maka diharapkan akandicapai dua tujuan besar yaitu A WahanaAntariksa Transatmosfir satu tingkat (Aerospace-plane atau TAV= Transatmospheric Vehicle) clanB pesawat terbang sipil Hyperschall dengankecepatan 4-5 Mach danjarakjelajah 10000 km.

1) Taksiran behan, lingkungan2) Kriteria rancangan3) Qetail rancangan , sifat rancangan, metoqe

pembuatan4) Pemilihan bahan5) Analisa statis clan dinamis6) Analisa kerusakan, clara dukung beban7) Uji kwalitas

Filosofi rancangan yaitu cincin yang terlemahmerupakan kekuatan dari rantai. Oleh karena itudiupayakan peningkatan keandalan masing-masingcincin.

Kriteria rancanganKriteria Rancangan yang paling penting adalahkriteria harus memenuhi missi. Selanjutnyastruktur harus dirancang, dianalisa, dibuat,dikembangkan , dikwalifikasi clan diserahkansedemikian rupa sehingga memenuhi jadwal clanbatasan biaya. Semua persayaratan di atas

mengandung tugas yaitu:

_".,...J

SANGER"

i S818..nb8rl!utnyl

~-_/ ~~"~~

--II~ ;:::~~~~ ~";.(\~ I ~~ ~ .-.,_DE -_/-.-.-

-..,

Arab pengembangan pesawat terbang clanwahana antariksa clan bersatu pada wahana

ruang angkasa(TAV,NASA)

Gambar

I. Konfigurasi2. Lama pemakaian3. Sifat termis4. Perhindaran kebocoran5. Tahanan radiasi6. Deformasi clan clearance7. Kekakuan clan frekwensi pribadi8. Faktor keamanan clan kemungkinan hidup9. Filosofi keselamatan10. Kelelahan bahan clan seterusnya

Pemilihan bahan

Gambar 2 .Sejarah perkembangan pesawat berdasarkan

kecepatan

Seperti yang disampaikan terdahulu maka padaawalnya diinginkan pesawat terbang mampu lebihjauh, lebih cepat dan terbang lebih tinggi. Untukmerealiser ini maka tidak saja filosofi perancanganyang berubah misalnya daTi safe life menjadi failsafe dan/ atau damage tolerance tetapi jugadiperlukan material barn yang memenuhipersyaratan. Di sini dinmjukkan kriteria pemilihanbahan/material yang menyangkut sifat bahan,beban clan model kerusakan harus terlihat sepehi

Ipada tabel I.Dengan ditemukannya paduan logam ringandengan perbandingan berat daD kekuatan yangtinggi yaitu Duralumin (1940) suatu bahan alumi-Nium yang diperkeras dengan paduan Cu danmengh~~.ilkan kekuatan pecah maksimum sebesar

4400 kg/cm2.

Konstruksi ringanPada pengembangan pesawat terbang

yang memegang peranan penting yaitu faktorekonomis clan keamanan. Rancangan konstruksi

19

Pros;d;ng ~ertemuan Ilm;ah Sa;ns Mater; 1997 ISSN ~410-2~97

Dengan ditemukannya bahan ini dimungkinkanmisalnya sejak tahun tigapuluhan sebagai ganti

kayu dikembangkan penggunaaan aluminium.Dilihat dari perkembangan teknologi penerbangandan wahana antariksa maka harus diketahui

kondisi lingkungan pada ruang angkasa yangmembutuhkan bahan yang sangat tahan padatemperatur tinggi (hingga 2000 0 C) seperti terlihat

Tabel I. Kritet;ja pemilihan bahan/material)

Load case and/orfoilure mode (Kasus bebsn dan! atausifat kerusuMl)

Koefisien

Beban tarik, tek8nan pecah (Tension loads; burstpressure storage of kinetic energy)

0-

P

!

Kekakuan, frekwensi pribadi (Stiffuess.I .

e1genfrequency) fpEp

Tekukan panel elastis ( Elastic panel buckling) ~/Ep

Tekukan kolortl elastis ( Elastic colomn buckling)

fpTekukanplastis (plastic buckling)

'{/E sec Etang~.p .p

O"crip

P

I

Penyimpan energi regangan (Storage of strain energy)(~)2E

pada g~mbar 3 clan 4 yang menunjukkan distribusitemperatur pada permukaan wahana antariksa(Hermes clan Orient) 131 clan latau temperatursangat rendah yang terjadi pada tangki bahanbakar.

lebih ringan membutuhkan bahan yang lebih baikdari bahan aluminium (isotrop). Sifat bahan Ya.ngmemenuhi persyaratan ini yaitu bahan serat yangdiperkuat dengan matrik. Agar bahan ini dapatdigunakan secara optimal maka sifat serat clanmatrik, cara menggabung, cara memperolehkekuatan clan kekakuan yang diinginkan, pengaruhsifat bahan terhadap lingkungan harus dikenali.Bahan ini dapat dirancang sedemikian rupasehingga kekuatan clan kekakuan disesuaikandengan yang diinginkan. Sifat mekanis laminasangat tergantung kepada sifat pembuatanlembaran yang kekuatannya tergantung tebal, arahclan kadar resin. Di sini ditunjukkan beberapa datayang dimaksud. Untuk membandingkannyaumumnya digunakan seperti terlihat pada gambar5 di mana kekuatan spesifik (alp) dibandingkandengan modulus spesifik (E/p) 18/.Pada gambar 6 dipilih data bahan dengan kadarserat 60 % clan ditunjukkan data dalam arah tekanclan tarik. Di sini terlihat bahwa aramid tidaksesuai untuk tekan (Di sini ditunjukkan laminaarah tunggal yang sejajar dengan serat).Gambar 3. Oistribusi Temperatur Hermes-reentry

20

Oleh karena itu diharapkan bahan yangdigunakan harus mampu mendukung beban

berulang pada berbagai temperatur. Untuk kondisiini maka bahan yang digunakan bisa berupa logamatau bukan logam, homogen atau komposit,isotrop atau anisotrop clan sebagainya. Disampingitu misalnya pada konstruksi pesawat diinginkanpermukaan yang lebih baik, profil yang lebih tip is,'ang

memenuhi persyaratan

Prosiding Pertemuan J/miah SainsMateri 1997 ISSN 1410 -2897

pada.garnbar 6 di mana komposit unidirektionalmengandung 30 % clan 60% kadar serat. Untukmeninjau bahan yang tahan pada temperatur tinggimaka dari gambar 7 terlihat bahwa keramik lebihbaik daripada paduan logam. Komposit Karbon-Karbon tahan hingga temperatur tinggi, bahkankekuatannya bertambah. Tetapi hila menggunakanbahan ini maka hams dilindungi terhadap korosi(secara sederhana dikenal dengan "Quming")dengan lapisan silicium-carbide.

~

T rit T'aMpont,

"".i'" 1;0"" _.~ 1-",0 C),..1 um.

',"' ,.n \ROM

.;'.. .., ..,,-"95 ,;, ;,1.. Uk) "",,"'on .oj,/ "OCI *70 "'0~' i--'60 19..~~I

~IEN1" EXPRESS

..FLYING ALm\JOO

...27 km

~!!~~~'!!' !'f- ':!-!~!!!_.' 2 . 1790

'00

Orient Express-Hypersonicsmospheric Transporter

Gambar 4 Transat-

,..

10'

Gambar 7. Daya dukung komposit-keramik diban-

dingkan dengan paduan Logam.

Pada gambar 8 ditunjukkan grafik antarakekuatan/kerapatan dengan temperatur untukberbagai bahan. Bahan yang ditunjukkan pactagambar itu umumnya digunakan pacta rentangfrekwensi yang rendah yaitu hingga temperatur500-6000 c.

Gambar 5. Kekakuan Spesifik dan Modulus Elastisitasuntuk Komposit Prosentase Serat 60 %

--._-". ESTmTED SPECIFIC STRENGTH

--- "rot.'.~..,. U""'UEW,."""

., ..,...n".'"~ """"""""""O "...:."1:" I tl'-"

: ,.;; \ -~

~-:::::::'\".~.,..".. ~ ":',t..."'.. ...10. 10..

..~ ...'- , ..,."}

':. ~ ~. ~. ~. _![C.J

~~o t.

IT"'.THr;y-

..

~

- .---- ,-

Gambar 6. Kekuatan spesifik dan Modulus ElastisitasBahan Komposit (UD)

,uo

Terdapat dua jenis serat karbon yaitU HM (highmodulus) dan HS (high strenght). HM biladibandingkan dengan HS terlihat kurang sesuaiuntUk beban tekan. HS mempunyai moduluselastisitas lebih rendah dari yang pertama.Kekuatan tekan yang paling tinggi dapat diperolehpada boron. Kekuatan spesifik clan modulusspesifik sangat tergantung kepada kadar serat yang

terdapat pada komposit seperti ditUnjukkan

0 1M n.0 ,

II I

""'" .TrPI. TO--.:r-

".., .T('P) ..,..,~

Gambar 8. Taksiran Daya dukung berbagai bahan!material sebagai fungsi

21

Saat ini terlihat bahan yang mempunyai potensi di

masa mendatang untuk mengurangi berat pesawat

atau wahana antariksa ditunjukkan pada gambar 9.

FUTURE STRUCTURAL MATERIALS

Trend. for POlenllal Weight S..lng.

PERKEMBANGANINDONESIA

TEKNOLOGI DI

Gambar 9. Material Masa Mendatang -Trend bahankonstruksi

Strategi perkembangan teknologi penerbanganPerkembangan teknologi di Indonesia

berbeda dengan Eropa yang dimulai dengantemuan-temuan yang dilakukan oleh para penelitibaik yang dikembangkan sendiri berdasarkaninisiatif sendiri atau lembaga yangmengembangkannnya. Oari ide penelitian dicaripemanfaatannya dan dibuat prototipe. Selanjutnyaprototipe dikembangkan menjadi produk dandipasarkan. Dari dampak ekonomis yang diperolehdari produk dikembangkan lagi penelitian barnsehingga merupakan iterasi yang semakin baikdan barn. Model pengembangan di Jepang mulaidari belajar, meniru, berinovasi dan barn mencipta.Oi Indonesia sejak tahun 1974 Pemerintah telahmenetapkan konsep untuk meraih teknologi yangdibagi atas empat tahap yaitu dimulai denganmembuat produksi dengan menggunakan lisensihingga pengembangan produk akhir berdasarkanpenelitian sendiri. Setiap tahap dijabarkan dengansuatu proyek yang ril yang selalumengikutsertakan pengembangan sumber dayamanusia, pembangunan infrastruktur daDpengembangan hukum. Sebagai contoh pada raseyang pertama yaitu perakitan pesawat NC-212,Helikopter NBO 15, BK 117, Bell 412,Superpuma, rase kedua pembuatan pesawat CN235, rase ketiglt pesawat N250 dan rase keempatyaitu pembuatan pesawat N2130 /5/. Pesawat inidapat mengangkut penumpang 84 sampai 130orang dengan kecepatan transonik dan akanmenggunakan bahan-bahan mutakhir /5/.Lampiran I dan 2 menunjukkan spesifikasipesawat N2130 /6/. Proyek ini merupakan rasekeempat dari perkembangan teknologipenerbangan dan merupakan proyek unggulanpada abad mendatang.

Dengan acuan kepada penggunaan bahan ini padaBoeing 747 (pesawat subsonic) maka denganmempertimbangkan tingkat teknologi makadiperkirakan beratnya berkurang hingga 35% -40% dibandingkan dengan berat standar.Diperkirakan bila bahan ini digunakan padapesawat transatmospheric maka beratnya akanberkurang hingga 30 %. Tambahan informasibahan-bahan yang tahan terhadap temperaturtinggi ditunjukkan pada gambar 10, 11, dan 12/3/.

Gambar 10. Rentang Temperatur Material Tertentu

Gambar 11. Daya dukung spesifik material temperatur

tinggi

22

Perkembangan Teknologi Wahana AntariksaMinat terhadap antariksa dimulai dengan

pemberian ceramah mengenai peroketan yangberisi konsep Van Braun ten tang pendaratan dibulan. Tahun limapuluhan ABRI mulaimenggunakan roket sebagai sistem senjata. A waltahun enam puluhan pembuatan roket disponsorioleh mahasiswa Universitas Gajah Mada (RoketGama) selanjutnya diikuti oleh mahasiswa ITByang dikenal dengan roket Ganesha. Tahun 1963dimulai kegiatan yang melibatkan berbagaiinstansi seperti Angkatan Udara, Angkatan Darat,Pindad, ITB dan LAPAN dengan proyek PRIMA (Pengembangan Roket Ilmiah Militer Awal).Proyek ini menghasilkan Kartika yang beratnya220 kg. Upaya menguasai Teknologi Antariksadilakukan juga dengan menggunakan metode"reverse engineering" yaitu dengan membeli roketKappa-8 lengkap dengan peralatan mas bumi yangditempatkan di Stasiun Peluncuran roketCilauteureun, kecamatan Cikelet dekatPameungpeuk. Disamping itu Indonesia telahmemanfaatkan teknologi Antariksa yaitupenggunaan sistem komunikasi satelit Palapa,indra jauh yaitu manfaatan satelit sistem sumberalam Landsat (Landsat-6, SPOT -3, Jers-3, ERS-Idan ERS-2) dan pemanfatan satelit cuaca (TIROS,NIMBUS, NOAA dan GMS). Sejalan denganpekembangan pemanfatan teknologi antariksatersebut maka Deputi Bidang PengembanganTeknologi Dirgantara merencanakan sejak awalPJP II mengembangkan kemampuan untukmenguasai Teknologi Antariksa (T A) dengan

mengupayakan penguasaan teknologi peroketandengan mengembangkan sistem antariksa yaitusatelit, wahana peluncur dan mas bumi penunjangoperasional. Upaya ini dilakukan secara bertahapyang diawali dengan sasaran kemampuan TAkelas sub orbit Region F-Rendah (RFR, ketinggian200 km dengan berat muatan 50 kg) pada pelitapertama PJP II ini seperti dicantumkan padagambar 13 /7/. Selama ini bahan yang digunakanadalah paduan Alumnium untuk bodi dan sayap.Untuk mengurangi berat berat struktur roket telahdirintis penggunaan bahan komposit pada sayap,tabung motor bakar. Karena penggunaan bahan inimenyangkut multidisiplin telah dilakukan usahauntuk mengetahuinya dengan baik denganmelakukan pelatihan dalam bidang komposit

sekaligus dijabarkan dengan proyek pembuatantabung motor roket /8/.

adalah kekayaan alam yang tersedia. Selama ini,sumber daya alamnya misalnya minyak bumi, gasalam clan energi, Bauksit atau sumber energiseperti barn bara atau cadangan gas alam denganproduksi 1.6 1012 Kubikkaki per tahun yang bisaditambang sampai 50 tahun digunakan sebagaimodal untuk mengembangkan industri clanekonomi negara. Dengan kala lain dengan dasarpotensi ini Indonesia bisa membiayai

pembangunan. Tetapi yang mengembangkanbahan mentah tersebut menjadi produk jadi adalahnegara Industri clan selanjutnya dibeli kembalioleh Indonesia dengan harga mahal. Akibatnyakegunaan bahan alam bukanlah ditentukan olehpemilik kekayaan alam tersebut, tetapi umumnyaditentukan oleh negara Industri yangmenempatkan penelitian sebagai bahan baku.Dengan kala lain' Peneliti, basil penelitian clanpengguna basil penelitian lah' yang menentukanmanfaat kekayaan alam terse but.

KESIMPULAN

Sesuai dengan filosofi perancanganpesawat yang berupaya menggunakan bahan yangmutakhir sesuai dengan fungsinya maka peluangpara peneliti dalam bidang sains clan materiaterbuka luas untuk berkontribusi. Dengandiketahuinya trend bahan-bahan yang digunakanpada pesawat terbang clan wahana antariksa sertaproyek-proyek masa mendatang di Indonesia,diharapkan peluang untuk mengembangkan bahanyang berasal dari sumber clara alam Indonesiasendiri dimanfaatkan. Rintisan usaha ini

merupakan upaya agar pengembanganpengetahuan pengembangan pengetahuan sainsclan materi dengan meman-faatkan potensi sumberclara mineral sesuai dengan proyek unggulan diIndonesia..

DAFfARPUSTAKA

[I] BOELKOW, L, Ein Jahrhundert Flugzeuge,VDI Verlag, (1990)

[2] OERY, H., Structural Design of AerospaceVehichles I,ll, III, Space Course on LowEarth Transportation and Orbital Systems,Aachen (1991)

[3] BRODEN, G., High temperature materialselection, Space Course on Low EarthTransportation and Orbital Systems, Aachen(1991)

[4] SEBA YANG, D., Perkembangan Teknologidi Indonesia, Kajian Karya Alumni dan olehAlumni dan pelajaran yang dipetik,

PotensiSebagai potensi Indonesia mengem-

bangkan material yang berguna untuk industri

23

Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Mater! 1997 ISSN 1410- 2897

[8] SEBA YANG, D., Komposit, Mekanika,Perancangan, Pembuatan clan Pengujian,Pelatihan Peneliti dalam bidang PerancanganKonstruksi Ringan clan Matlab, Juli- Augustus

(1997)

Proseeding Seminar Nasional Peranan Agamadalam Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan danTeknologi, Maret (1997)

[5] HABIBIE, I.A., Introduction of the N2130Program, P.T.IPTN -Bandung, (1995)

[6] NN, Republika, 7 Maret 1997

[7] SADEWO, A., Perkembangan TeknologiAntariksa dan rota Penguasaannya di

Indonesia, Lapan

Lampiran

Data Teknis Pesawat N2130Oimensi I Satuan 100 penumpang 130 Pe!1~m~a~g

(m2)(m2)

107.430.08.4

25.031.253.95

107.430.08.425.031.063.95

(deg.)(m)(m)

Sayap:Area

I SpanI Aspect Ratio:

Sweepback (0.250)I .;

Panjang Keseluruhani Diameter Badan Pesawat

BebanBeban Tinggal Landas MaksimumBeban Mendarat MaksimumKapasitas Bahan Bakar Maksimum

(kg)(kg)(kgt

51.50 I46.35212.650

58.72352.85115.000

I Mesin: High Bypass Ratio Turbofan Engine

Sea Level Static Test (kN) 12 x 97.5 2 x 97.5

24