Membuat Roket Peluncur Mikro Blackpowder

Roket blackpowder merupakan salah satu jenis roket yang menggunakan bubuk hitam (blackpowder) sebagai bahan bakar pendorongya. Roket yang dibuat dengan menggunakan campuran bahan kimia seperti kalium nitrat, belerang, serta arang ini umumnya digunakan sebagai roket senjata pada abad 13 di Cina, roket kembang api, roket sinyal, serta sebagai roket model.
Sebagai langkah awal pengenalan roket amatir yang tergolong roket padat (solid rocket) serta dengan tujuan sebagai roket model maka, akan dijelaskan langkah-langkah membuat sebuah roket peluncur mikro berbahan bakar blackpowder.

Langkah pertama yang akan dilakukan sebelum membuat roket ialah mendesain atau merancang roket itu sendiri, adapun desain roket yang akan dibuat adalah sebagai berikut :

Gambar 1. Komponen Roket Blackpowder

Spek Teknis Roket Peluncur Mikro Blackpowder

• Panjang roket                           : 235 mm 
• Diameter luar                           : 32 mm 
• Diameter dalam                       : 20 mm 
• Tebal struktur                            : 2-6 mm 
• Panjang motor roket                : 145 mm 
• Panjang propelan                     : 80 mm
• Panjang nosel                           : 20 mm 
• Panjang kepala motor roket    : 20 mm 
• Diameter leher nosel (throat)  : 5 mm 
• Panjang moncong                     : 40 mm
• Panjnag tabung muatan           : 50 mm
• Jenis propelan                         : Blackpowder
•  Kongfigurasi sirip                   : Delta terpangkas 
• Kongfigurasi moncong             : Conical (kerucut)

Gambar 2. Dimensi Roket Peluncur Mikro Blackpowder

Gambar 3. Desain Roket Peluncur Mikro Blackpowder

Seperti namanya, roket peluncur mikro blackpowder ini dapat digunakan untuk meluncurkan sebuah payload (muatan) ke udara. Payload roket ini pun bermacam-macam mulai dari memasang sebuah parasut yang akan mengembang ketika roket telah mencapai ketinggian tertentu hingga memasang berbagai peralatan penelitian cuaca. Namun kali ini hanya difokuskan untuk membuat sebuah roket secara utuh.

Untuk membuat sebuah roket peluncur mikro berbahan bakar blackpowder ini dibutuhkan berbagai jenis bahan material, adapun bahan material yang dimaksud adalah sebagai berikut :

1.     Kalium Nitrat (KNO₃)

2.     Belerang

3.     Arang Kayu

4.     Koran/Kertas Bekas

5.     Kertas karton

6.     Kertas Tisu

7.     Bubuk Gips

8.     Pelat Plywood/Triplek

9.     Lem Super

10.   Lem Kertas

11.    Amplas grid 240.

12.    Air Bersih

13.    Pipa PVC ¼ inch

14.    Pipa PVC 1 inch

15.    Tongkat Besi Berdiameter 5 mm Sepanjang 30 cm

16.     Sedotan Plastik Berdiameter 6 mm

17.     Papan Kayu Setebal 1-2 cm dengan Ukuran 20x30 cm

Selain berbagai macam bahan material yang dibutuhkan untuk membuat roket, juga dibutuhkan pula berbagai alat serta peralatan safety yang memadai mengigat pekerjaan ini memiliki resiko yang cukup besar terutama bahaya akan kebakaran. Adapun peralatan yang dimaksud adalah sebagai berikut :

1.     Peralatan Safety : Tabung pemadam kebakaran, masker, sarung tangan.
2.     Timbangan
3.     Mortal
4.     Termometer
5.     Saringan
6.     Penggaris
7.     Gunting dan Cutter 
8.     Kompor Gas Portabel Serta Tabung Gasnya
9.     Mangkuk
10.   Wadah Pemasakan
11.   Sendok Kayu Pengaduk
12.  Korek Api
13.  Gergaji Besi
14.  Blender
15.  Palu Penumbuk (Tongkat Kayu/Besi Bediameter 18 mm)
16.  Tongkat Besi Berdiameter 5 mm Sepanjang 5 cm

Pada langkah pembuatan ini, bagian pertama yang akan dibuat ialah komponen utama dari roket itu sendiri yakni propellant atau bahan bakar pendorong roket tersebut. Dalam pembuatan propelan Blackpowder  ini, akan dipakai komposisi 75% Kalium Nitrat, 15% Arang, serta 10% Belerang. Untuk itu akan dibuat propelan sebanyak 100 gram, adapun langkah-langkah dalam pembuatannya adalah sebagai berikut :

1.  Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan serta selalu menyiagakan peralatan safety.

2. Mula-mula haluskan kalium nitrat, belerang, dan arang kayu yang masih kasar menggunakan mortal dan kemudian menggunakan blender.

3.  Haluskan serta saring ketiga bahan tersebut hingga didapatkan kehalusan sebesar 100 mesh atau kehalusan seperti tepung terigu.

Gambar Penghalusan Bahan

4. Timbanglah 75 gram kalium nitrat, 15 gram arang, serta 10 gram  belerang dan tempatkan pada wadah atau mangkuk yang berbeda.

Gambar Penimbangan Bahan

5. Masukkan 90 ml air panas bersuhu sekitar 90° kedalam blender celcius serta masukkan pula ketiga bahan tersebut. Blender selama sekitar 3 menit kemudian keluarkan campuran blackpowder basah tersebut dan tuang kedalam wadah pemasakan kemudian nyalakan kompor gasnya.

6.  Aduk campuran tersebut secara merata serta dengan gunakan termometer untuk mengukur suhu pemasakan. Jaga suhu pemasakan agar tidak lebih dari 110° celcius.

Gambar Pengadukan (kiri) dan Pengukuran Suhu (kanan)

7. Setelah kadar air dalam campuran blackpowder terlihat sudah cukup berkurang maka, angkatlah dari wadah pemasakan lalu tuangkan keatas kertas dan ratakan.

8. Jemur blackpowder diterik matahari selama 1-2 hari hingga bahan benar-benar kering merata.

Gambar Penjemuran Blackpowder

9.  Terakhir, haluskan blackpowder menggunakan palu biasa. Dan propelan pun dapat langsung dimasukkan kedalam motor roket dan bila dilakukan penyimpanan, simpanlah blackpowder pada suhu kamar di tempat kering dan sejuk serta hindarkan dari panas dan api.

Kemudian berlanjut ke tahap pembuatan motor roket dan juga bodi roket yang telah termasuk sirip, tabung, serta moncong roket tersebut. Semua komponen yang dibuat nantinya akan diitegrasikan atau dipasang menjadi satu buah roket yang utuh. Adapun langkah-langkah pembuatan pada bagian ini adalah sebagai berikut :

1.   Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan serta selalu menyiagakan peralatan safety.

2.  Ambil pipa PVC ¾ inch dengan panjang sekitar 20 cm serta koran atau kertas bekas lalu gulung kertas pada pipa tersebut dan berikan lem kertas pada gulungan pertama agar susunan gulungannya tidak berubah atau terlepas. Diamkan hingga lem kering, kemudian gulung kembali kertas hingga mencapai ketebalan sekitar 6 mm atau sesuai dengan diameter dalam pipa PVC 1 inch.

3.  Pastikan gulungan kertas tersebut tergulung dengan keras pada pipa agar nantinya akan membentuk pipa kertas yang cukup kuat ketika dilepas dari pipa cetakannya.

4.  Ambil pipa PVC 1 inch lalu sesuaikan antara diameter dalam pipa PVC 1 inch dengan gulungan kertas. Jika gulungan kertas agak longgar ketika masuk kedalam pipa PVC 1 inch, maka tambahkan lagi gulungan kertasnya dan begitupun sebaliknya.

5.  Pada gulungan terakhir atau ketebalan gulungan yang diinginkan telah tercapai, berikan lem kertas agar gulungan tidak terlepas.  Diamkan hingga lem benar-benar kering lalu lepas gulungan kertas tersebut dari pipa cetakannya secara perlahan sehingga membentuk sebuah pipa kertas yang utuh.

6.  Potonglah pipa kertas sepanjang 130 mm dengan menggunakan cutter dan ratakan kedua ujung pipa kertas tersebut.

7.   Selanjutnya, buatlah 2 buah lingkaran dari pelat plywood/triplek  dengan diameter 20 mm atau sesuai dengan diameter dalam pipa kertas tersebut. Salah satu lingkaran yang dibuat tadi diberi sebuah lubang tepat ditengah-tengahnya dengan diameter sekitar 5 mm.

8.  Masukkan lingkaran yang tidak berlubang kedalam salah satu ujung pipa sedalam 20 mm (lihat gambar/desain dimensi roket) dan sesuaikan posisi lingkaran tersebut didalam pipa lalu lem dengan lem super.

9.  Kemudian, campur gips dengan air secukupnya lalu masukkan gips kedalam ujung pipa kertas yang telah disumbat dengan lingkaran plywood/triplek (lihat gambar/desain dimensi roket).

10. Jemur hingga gips benar-benar kering sehingga menghasilkan sumbatan (kepala motor roket) pada salah satu ujung pipa tersebut.

11. Ambil blackpowder beserta palu penumbuk lalu masukkan sedikit demi sedikit blackpowder kedalam pipa kertas tersebut. Setiap memasukkan blackpowder setinggi sekitar 2 cm, tekan dengan palu penumbuk agar propelan memadat didalam pipa kertas tersebut.

12. Masukkan serta tekan blackpowder hingga mencapai ketinggian 80 mm lalu masukkan lingkaran plywood/triplek yang berlumbang tersebut lalu lem dengan lem super dan keringkan sehingga akan memisahkan antara bagian nosel dengan bagian propelan.

13. Selanjutnya, ambil gips yang telah dicampur dengan air berserta tongkat berdiamater 5 mm sepanjang 5 cm lalu pasang tongkat tersebut tepat di lubang lingkaran plywood/triplek dan sesuaikan posisisnya agar tepat ditengah-tengah.

14. Masukkan gips kedalam pipa kertas setinggi 20 mm (lihat gambar/desain dimensi roket) dan keringkan gips hingga benar-benar kering lalu cabut tongkat secara perlahan sehingga akan membentuk sebuah lubang (throat) berdiamater 5 mm sebagai tempat keluarnya semburan api serta untuk memasukkan sumbu roket.

15. Bagian pembuatan motor roket pun selesai.

16. Selanjutnya membuat bodi roket tersebut. Mula-mula ambillah pipa PVC 1 inch lalu dengan menggunakan gergaji besi, potong pipa tersebut sepanjang 130 mm, 50 mm, dan 20 mm.

17. Potong pula pelat plywood/triplek menjadi 4 buah sirip roket dengan bentuk delta terpaskas (lihat gambar/desain dimensi roket) dan haluskan dengan menggunakan amplas grid 240.

18. Kemudian buatlah moncong roket berbentuk kerucut dengan diameter 32 mm atau sesuai dengan diameter luar pipa PVC 1 inch dan setinggi 40 mm dengan memakai kertas karton yang dipotong menggunakan gunting.

19. Rangkailah komponen-komponen roket yang telah dibuat. Mula-mula dengan masukkan motor roket kedalam potongan pipa PVC 1 inch yang memiliki panjang 130 mm dan rekatkan dengan lem super (lihat gambar/desain dimensi roket).

20. Pasang keempat sirip roket pada bagian sisi tabung roket yang berdekatan dengan nosel dan rekatkan dengan lem super. Seimbangkan posisi sirip roket tersebut dengan cara menyeibangkan sirip disekeliling tabung roket dengan memakai sudut siku-siku (lihat gambar/desain dimensi roket).

21. Potonglah potongan pipa 20 mm (slot sambungan) secara vertical dari atas ke bawah lalu kecilkan ukuran diameter luar dari slot sambungan tersebut hingga memiliki diameter yang sama dengan diameter dalam pipa PVC 1 inch.

22. Masukkan slot sambungan tersebut pada  salah satu ujung potongan pipa PVC 1 inch yang memiliki panjang 50 mm sedalam 10 mm (lihat gambar/desain dimensi roket).

23. Pasang kerucut atau moncong roket yang telah dibuat pada ujung lainnya dari potongan pipa PVC 1 inch yang memiliki panjang 50 mm dan rekatkan dengan lem super.

24. Terakhir, sambung tabung roket yang memiliki sirip dengan tabung roket yang memiliki moncong melalui slot sambungan pipa yang terlebih dahulu telah tersambung dengan tabung pipa yang memiliki moncong. Apabila sambungan agak longgar, sambungan dapat dilem (perhatikan gambar/desain  dimensi roket).

Tahap pembuatan roket pun telah selesai dan selanjutnya adalah membuat sumbu serta peluncur roket tersebut. Adapun langkah-langkah pembuatanya adalah sebagai berikut :

1.     Siapkan alat dan bahan yang dibutuhkan serta selalu menyiagakan peralatan safety.

2.     Gunting kertas tisu sepanjang 7 cm dan selebar 2 cm. Beri lem pada kertas tise tersebut lalu taburi dengan blackpowder.

3.     Gulung kertas tisu tersebut dan perhatikan pula diameter sumbu sekitar 3-4 mm. Keringkan lem pada sumbu hingga benar-benar kering.

4.     Masukkan sumbu kedalam throat atau lubang pada nosel roket tersebut roket hingga sumbu menyentuh propelan.

5.     Selanjutnya, potong sedotan plastik sepanjang 1 cm sebanyak 2 buah. Tempelkan menggunakan lem super pada sisi bagian bawah dan atas tabung roket (lihat gambar/desain dimensi roket).

6.     Terakhir, ambil papan kayu dan tancapkan secara vertikal tongkat besi berdiamater 5 mm sepanjang 30 cm hingga menembus papan kayu tersebut dan terpasang dengan kuat.

Sebelum melangkah ketahap peluncuran roket, roket terlebih dahulu melalui tahapan uji statis yang berguna untuk mengetahui kualitas roket yang dibuat dan durasi pembakaran propelan. Tahap ini sangat penting karena selain dapat menghemat waktu dan biaya dalam pembuatanya juga dapat meminimalisirkan kegagalan pada roket ketiga diluncurkan. Adapun prosedur dalam melaksankan uji statis adalah sebagai berikut :

1.     Memakai peralatan safety seperti masker dan menyiagakan tabung pemadam serta kotak P3K.

2.     Gali tanah sedalam 20 cm berdiamater sekitar 4 cm lalu masukkan roket secara terbalik dengan nosel menghadap ke atas.

3.     Pasang kamera video dari jarak sekitar 5 meter dari roket.

4.     Nyalakan sumbu pada roket dan menjauhlah sekitar 10 meter dan amati motor roket tersebut bekerja.

5.     Selesai uji statis, ambil roket dan amati setiap komponen dengan baik serta hitung waktu pembakaran propelan melalui hasil rekaman dengan kamera video.

6.     Jika selama pembakaran motor roket berlangsung tidak mengalami ledakan dan kondisi roket tidak mengalami kerusakan maka, roket dapat dibangun ulang dan dilakukan tahap uji peluncuran.

Agar dapat meminimalisirkan hal yang tidak diinginkan maka selama melakukan kegiatan peluncuran roket, setiap personil harus mengikuti prosedur peluncuran roket yang ada. Aturan ini disusun berdasarkan pengalaman selama melaksanakan berbagai peluncuran roket yang dilalukuka oleh Tim Indonesian Amateur Rocketry (IAR). Adapun prosedur peluncuran roket blackpowder adalah sebagai berikut :

1.     Pelaksanaan uji statis roket telah dilaksanakan dengan baik.

Apabila dalam pelaksanaan uji statis, roket masih mengalami kegagalan seperti roket meledak maka tidak diijinkan untuk melanjutkan ke tahap peluncuran roket.

2.     Memilih tempat peluncuran roket yang sesuai dengan spesifikasi roket.

Misalnya roket mikro ini diprediksi dapat menjangkau jarak sekitar 200-250 meter, jadi tempat peluncuran yang tepat seperti lapangan golf, persawahan, atau di pinggir pantai ke arah laut.

3.     Menyesuaikan kondisi cuaca di sekitar area peluncuran dan jangkauan roket tersebut.

Misalnya memeriksa kecepatan dan arah angin bertiup sehingga dapat ditentukan kearah mana roket harus diarahkan. Idealnya arah luncur roket disesuai dengan arah angin berhembus.

4.     Menyiagakan peralatan safety di lokasi peluncuran roket.

Selalu mempersiapkan tabung pemadam kebakaran serta kotak P3K di lokasi peluncuran roket sehingga jika terjadi kecelakaan dapat langsung diberikan pertolongan pertama.

5.     Melaporkan kegiatan peluncuran roket kepada warga sekitar.

Dengan cara memberikan edukasi kepada masyarakat awam tentang roket yang khusus ditujukan demi ilmu pengetahuan dan bukannya sebuah bahan peledak yang merusak. Dan warga juga dapat menyaksikan peluncuran roket tersebut sebagai hiburan tersendiri.

6.     Memastikan arah dan jarak aman dari titik peluncuran terhadap personil sesuai dengan spesifikasi roket.

Pastikan bahwa setiap personil telah cukup jauh dari titik peluncuran agar terhindar dari resiko ledakan. Untuk roket jenis ini, atur jarak sekitar 10-30 meter dan jangan sekali-kali mengarahkan roket tersebut ke suatu objek baik itu benda mati maupun mahkluk hidup.

7.     Peluncuran roket dengan melakakukan pengambilan data pengamatan.

Peluncuran roket dilakukan dengan cara memasang roket pada peluncur roket dan mengatur posisi roket terhadap arah luncur sesuai dengan prosedur yang telah ada kemudian menyalakan sumbu roket. Pengambilan data pada peluncuran roket blackpowder ini dilakukan hanya dengan menggunakan kamera video saja.

Pengawetan Propelan Gula

Propelan (KBBI 2003:898) adalah bahan yang dapat menggerakkan dengan daya ledak yang tinggi. Propelan merupakan campuran yang terdiri dari fuel (bahan bakar) dan oxidizer (pengoksidator) yang dibentuk menjadi grain (padat) dan apabila propelan terbakar akan menghasilkan gas dalam jumlah yang sangat besar dan temperatur yang tinggi dan akan diekspansi keluar melalui bagian nosel roket sehingga menghasilkan gaya dorong pada roket tersebut. Dalam hal perekayasaan motor propulsi ini, digunakan propelan berupa gula (jenis sorbitol) sebagai bahan bakar dan sebagai oksidatornya digunakan kalium nitrat yang kemudian akan diolah dan dicetak menjadi bentuk padat. Impuls Spesifik propelan ini dapat mencapai 130 detik sedangkan kelemahan propelan ini adalah sangat higroskopis (menyerap air di udara) sehingga tidak dapat disimpan dalam waktu yang relatif lama. 

Pembuatan  propelan menurut Ricard Nakka (2007) bahwa jenis propelan KNSB dengan bobot seberat 250 gram dengan menggunakan komposisi 65% kalium nitrat (KNO3) dan 35% sorbitol (C6H14O6) yang berarti mencampur kalium nitrat seberat 162,5 gram dan 87,5 gram sorbitol yang dilarutkan dengan 100 ml aquades. Proses selanjutnya memasak propelan dengan temperatur 91 derajat Celcius sehingga kandungan aquades yang terdapat pada campuran menguap sehingga akan tampak seperti bubur berwarna putih kemudian dipress didalam cetakan khusus yang akan membentuk silinder padat dengan panjang 1 inci sebagai sampel uji nyala propelan. Kemudian dilakukan pencetakan khusus yang dipress dengan tekanan beban yang sama, rongga (core) tepat ditengah-tengah batang propelan sepanjang 250 mm diameter 28 mm untuk motor roket diameter 32 mm. Sementara untuk motor roket diameter 63 mm yang dicetak dengan panjang 100 mm sebanyak 3 segmen propelan yang memiliki diameter 58 mm dengan diameter core 10 mm.

Propelan gula (kanan) silika gel (kiri)

Agus Nuryanto,(2010:5) mengemukakan bahwa propelan KNSB dapat menyerap air di udara sehingga struktur propelan menjadi lembek dalam penyimpannya, maka perlu diadakan penelitian membuat propelan KNSB yang tidak higroskopis dan dapat disimpan dalam jangka lama tanpa merusak strukturnya (good ageing characteristics). Setelah melakukan study tentang bahan kimia yang dapat membuat suatu barang dapat tahan lebih lama, ternyata ditemukan cara pengawetan propelan dengan cara mengisi silica gel pada core dan menyumbat lubang nosel agar kedap udara sehingga udara yang membawa uap air tidak masuk kedalam dan merusak struktur propelan. Kemudian ditemukan cara lain yang dapat dipakai yakni dengan melapisi bagian permukaan propelan dengan bahan polimer seperti resin tanpa harus menyumbat lubang nosel motor roket. Dengan menggunakan 3 sampel propelan  yang diberikan lapisan resin, kemudian disimpan di dalam toples yang diberi silika gel dan yang tidak diperlakukan khusus propelan tersebut cepat lembek dan tidak dapat terbakar lagi setelah disimpan selama 2 hari. Sedangkan propelan yang diperlakukan khusus lebih awet dan tahan lama dalam penyimpanan hingga 1 tahun.

Pelapisan propelan dengan silikon

Hasil kedua dari cara tersebut masing-masing memiliki kekurangan dan kelebihan namun keduanya sama-sama dapat mengawetkan batang propelan hingga terhindar dari sifat higroskopis. Kelebihan penggunaan silika gel yakni pemasanganya yang cukup mudah dengan cara mengisi rongga batang propelan hingga penuh, sedangkan kekuranganya adalah ketika motor roket akan diuji, bahan silika gel dan penyumbat perlu dikeluarkan terlebih dahulu, sedangkan kekurangan dari penggunaan pelapis berupa resin adalah memerlukan igniter yang cukup kuat dan pada saat pembakaran awal atau  first firing propelan agak lama terbakar, karena igniter terlebih dahulu harus membakar habis lapisan resin tersebut dengan asap yang tebal. Kelebihanya adalah motor roket dapat langsung diuji tanpa harus membongkar seperti pada metode sebelumnya.