Teknologi Angkasa Lepas — Nota JomSkor

Jenis-jenis Orbit Satelit

Orbit satelit yang mengelilingi Bumi dikelaskan kepada lima jenis mengikut ketinggian orbit (altitud): Orbit Rendah Bumi (LEO, 180-2000 km), Orbit Sederhana Bumi (MEO, 2000-35780 km), Orbit Tinggi Bumi (HEO, >=35780 km), Orbit Geosegerak (GSO, 35786 km, satah orbit mempunyai sudut kecondongan terhadap satah khatulistiwa) dan Orbit Geopegun (GEO, 35786 km, satah orbit pada satah khatulistiwa). Terdapat dua bentuk orbit: bulatan sempurna (contoh GEO) dan elips (contoh MEO dan HEO); orbit LEO dan GSO boleh berbentuk bulatan sempurna atau elips.

LEO: 180-2000 km | MEO: 2000-35780 km | HEO: >=35780 km | GSO: 35786 km (condong) | GEO: 35786 km (khatulistiwa)

Apogi dan Perigi

Bagi satelit yang membuat orbit elips, apogi (apogee) ialah kedudukan satelit yang paling JAUH daripada planet atau bintang yang dikelilingi, manakala perigi (perigee) ialah kedudukan satelit yang paling HAMPIR dengan planet atau bintang tersebut.

Hubungan Ketinggian Orbit dengan Halaju Satelit

Semakin tinggi orbit satelit, semakin rendah halaju satelit yang diperlukan untuk satelit kekal dalam orbit. Hal ini kerana daya tarikan graviti terhadap satelit semakin berkurang apabila ketinggian satelit meningkat. Contoh: HEO (altitud 35780 km) berlaju ~11100 km/j, MEO (altitud 20200 km) berlaju ~13900 km/j, LEO (altitud 705 km) berlaju ~27500 km/j.

Ketinggian orbit naik -> Halaju satelit turun (hubungan songsang)

Pelancaran dan Penempatan Satelit

Kenderaan pelancar (terdiri daripada satu atau lebih roket) digunakan untuk menghantar satelit atau kapal angkasa ke angkasa lepas, melalui dua cara: (a) pindah secara terus ke orbit, atau (b) melalui orbit pindah Hohmann (orbit elips perantaraan dengan pembakaran di perigi untuk memasuki orbit pindah, dan pembakaran di apogi untuk mencapai orbit akhir). Kenderaan pelancar terbahagi kepada dua jenis: kenderaan pelancar yang digunakan sekali sahaja (expendable launch vehicle, ELV) dan kenderaan pelancar guna semula (reusable launch vehicle, RLV).

Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS)

ISS merupakan hasil usaha lima agensi angkasa: NASA (Amerika Syarikat), Roscosmos (Rusia), JAXA (Jepun), ESA (Eropah) dan CSA (Kanada). Dato' Dr. Sheikh Muszaphar Shukor Al Masrie bin Sheikh Mustapha adalah rakyat Malaysia pertama yang sampai di ISS. Angkasawan di ISS berada dalam keadaan sifar graviti (mikrograviti) — keadaan tiada kesan ketara daya graviti dirasai, kerana daya tujahan ke atas yang dihasilkan adalah sama nilai dengan berat tetapi bertentangan arah.

Kesan Perkembangan Pesat Teknologi Angkasa Lepas

Dua kesan utama: (a) Bahan buangan di angkasa lepas (space junk) yang semakin bertambah — terdiri daripada satelit tidak berfungsi, bahagian ELV yang telah digunakan, serpihan satelit akibat perlanggaran, dan roket yang habis dibakar; 95% daripada objek buatan manusia pada orbit rendah Bumi adalah space junk, meningkatkan risiko perlanggaran (contoh: satelit cuaca GOES kerap menukar orbit untuk mengelak space junk). (b) Peningkatan aktiviti penyelidikan dan pembangunan dalam bidang kesihatan manusia, respons bencana cuaca, teknologi inovatif, pendidikan global dan ekonomi angkasa lepas.

Sistem Penentu Sejagat (GPS) — Tiga Segmen

GPS ialah sistem navigasi yang memberi maklumat lokasi dan masa kepada pengguna dalam semua keadaan cuaca, terdiri daripada tiga segmen: (1) Segmen kawalan — stesen kawalan utama, stesen kawalan utama alternatif, antena arahan dan kawalan, serta stesen pengawasan; menjanakan dan menghantar mesej navigasi ke satelit. (2) Segmen angkasa — rangkaian satelit GPS yang mengorbit Bumi pada ketinggian 20000 km (orbit separuh segerak Bumi, tempoh ~12 jam); sekurang-kurangnya 4 satelit GPS dapat dilihat pada sudut 15 darjah atau lebih daripada paksi ufuk pada setiap masa dari mana-mana lokasi di Bumi. (3) Segmen pengguna — sesiapa sahaja yang menggunakan alat penerima GPS seperti telefon pintar.

Ketinggian orbit satelit GPS: 20000 km, tempoh orbit ~12 jam (orbit separuh segerak Bumi)

Format Koordinat GPS: DMS dan DD

Koordinat GPS boleh ditulis dalam dua format: Darjah, Minit dan Saat (DMS) atau Darjah Desimal (DD). Bagi latitud, nilai POSITIF mewakili hemisfera UTARA dan nilai NEGATIF mewakili hemisfera SELATAN. Bagi longitud, nilai POSITIF mewakili arah TIMUR Garisan Greenwich dan nilai NEGATIF mewakili arah BARAT Garisan Greenwich. GPS digunakan untuk navigasi dalam pengangkutan darat, laut, udara dan angkasa lepas, contohnya melalui aplikasi Google Maps dan Waze.

DMS: darjah, minit, saat | DD: darjah perpuluhan

Contoh soalan

Rajah menunjukkan satu satelit X yang mengorbit Bumi pada ketinggian 35786 km dengan satah orbit pada satah khatulistiwa. (a) Namakan jenis orbit satelit X. (b) Bandingkan halaju satelit X dengan halaju satelit yang mengorbit pada Orbit Rendah Bumi (LEO).

• (a) Satelit X berada dalam Orbit Geopegun (Geostationary Orbit, GEO) kerana ketinggian orbitnya 35786 km dan satah orbitnya berada pada satah khatulistiwa.
• (b) Halaju satelit X (pada GEO) adalah LEBIH RENDAH berbanding halaju satelit pada LEO.
• Hal ini kerana semakin tinggi ketinggian orbit, semakin rendah halaju satelit yang diperlukan untuk kekal dalam orbit, disebabkan daya tarikan graviti yang semakin berkurang pada ketinggian yang lebih tinggi.

Contoh soalan

Bezakan antara kenderaan pelancar yang digunakan sekali sahaja (ELV) dengan kenderaan pelancar guna semula (RLV).

• ELV (expendable launch vehicle) hanya boleh digunakan SEKALI sahaja untuk melancarkan satelit atau kapal angkasa, dan tidak dapat digunakan semula selepas pelancaran.
• RLV (reusable launch vehicle) boleh digunakan BERULANG KALI untuk pelancaran, kerana sebahagian atau keseluruhan kenderaan pelancar dapat kembali dengan selamat ke Bumi untuk digunakan semula.
• Penggunaan RLV secara umum lebih menjimatkan kos pelancaran jangka panjang berbanding ELV yang perlu dibina baharu setiap kali pelancaran.

Contoh soalan

Terangkan tiga segmen utama dalam Sistem Penentu Sejagat (GPS) dan peranan masing-masing.

• Segmen kawalan terdiri daripada stesen kawalan utama, stesen kawalan utama alternatif, antena arahan dan kawalan, serta stesen pengawasan; ia menerima isyarat daripada satelit GPS dan menjanakan mesej navigasi yang dihantar semula ke satelit.
• Segmen angkasa terdiri daripada rangkaian satelit GPS yang mengorbit Bumi pada ketinggian 20000 km (orbit separuh segerak Bumi); satelit ini menghantar maklumat posisi dan masa ke alat penerima GPS.
• Segmen pengguna terdiri daripada sesiapa sahaja yang menggunakan alat penerima GPS seperti telefon pintar untuk mendapatkan maklumat lokasi dan masa.
• Ketiga-tiga segmen ini berfungsi bersama untuk membolehkan sistem GPS memberi maklumat lokasi dan masa yang tepat kepada pengguna dalam semua keadaan cuaca.