Bab ini membahas aplikasi praktis dari mekanika benda langit yang dikenal sebagai Mekanika Orbital (Astrodynamics)—seni dan sains dalam mengubah lintasan dan posisi wahana antariksa menggunakan dorongan (thrust).

5.1 Manuver Orbital Dasar

Manuver orbital adalah penggunaan dorongan sesaat (impulsif) untuk mengubah vektor kecepatan wahana, yang secara langsung mengubah orbitnya. Perubahan kecepatan ini dilambangkan sebagai $\Delta V$ (Delta-V).

A. $\Delta V$ dan Propulsi

• $\Delta V$ (Delta-V): Merupakan ukuran dari upaya yang dibutuhkan untuk melakukan manuver. Ini adalah perubahan total kecepatan yang harus diberikan oleh sistem propulsi wahana.
• Hukum Roket Tsiolkovsky: Persamaan fundamental yang menghubungkan $\Delta V$ dengan massa awal roket ($m_0$), massa akhir ($m_f$, setelah pembakaran propelan), dan kecepatan buang efektif ($v_e$ atau $I_{sp}$):$$\Delta V = v_e \ln \left( \frac{m_0}{m_f} \right)$$Ini menunjukkan bahwa $\Delta V$ yang lebih besar memerlukan rasio massa yang lebih tinggi (lebih banyak propelan).

B. Manuver Ideal (Impulsif)

Dalam perhitungan dasar, manuver diasumsikan impulsif (instan), yang berarti dorongan diberikan dalam waktu yang sangat singkat. Hal ini memaksimalkan efisiensi.

5.2 Transfer Hohmann (Transfer Orbit Paling Efisien)

Transfer Hohmann adalah manuver paling efisien (membutuhkan $\Delta V$ minimum) untuk memindahkan wahana antara dua orbit melingkar ko-planar (berada dalam bidang yang sama) pada ketinggian berbeda.

• Langkah 1: Dorongan Pertama ($\Delta V_1$): Dilakukan di orbit awal (perigee dari transfer elips). Dorongan ini meningkatkan energi wahana, memindahkannya dari orbit melingkar rendah ke orbit transfer elips yang baru.
• Langkah 2: Perjalanan: Wahana bergerak setengah elips (sekitar separuh periode orbit elips).
• Langkah 3: Dorongan Kedua ($\Delta V_2$): Dilakukan di apogee orbit transfer. Dorongan ini mengorbitkan wahana dari transfer elips ke orbit melingkar akhir yang lebih tinggi.

Contoh: Mengirim wahana dari orbit Bumi rendah (LEO) ke orbit geostasioner (GEO) biasanya menggunakan transfer Hohmann.

5.3 Perubahan Bidang Orbit

Perubahan bidang orbit (misalnya, mengubah inklinasi $i$) adalah manuver yang sangat mahal dalam hal $\Delta V$ yang dibutuhkan.

• Manuver Dog-leg: Manuver gabungan yang mengubah ketinggian dan inklinasi secara bersamaan untuk menghemat $\Delta V$ total.

5.4 Gravity Assist (Ayunan Gravitasi) 🪐

Gravity assist (atau Slingshot Effect) adalah teknik vital untuk misi antarplanet (seperti Voyager atau Juno).

• Prinsip: Wahana mendekati sebuah planet masif (misalnya Jupiter) dengan lintasan hiperbola. Dalam kerangka planet, wahana hanya mengubah arahnya. Namun, dalam kerangka Matahari, interaksi ini dapat menambah atau mengurangi kecepatan wahana secara signifikan tanpa menggunakan propelan wahana itu sendiri.
• Kekekalan Energi: Meskipun wahana mendapat dorongan kecepatan, energi total sistem (wahana + planet) tetap kekal. Perubahan kecepatan wahana diperoleh dari perubahan kecil dan tak terukur pada kecepatan planet itu sendiri.