Sistem Propulsi Ion Persingkat Perjalanan Luar Angkasa

Beberapa waktu lalu, Tiongkok berhasil mengorbitkan modul inti Tianhe bagi pembangunan stasiun luar angkasa Tiangong. Kesuksesan mengorbitkan Tianhe ini semakin membuka jalan bagi misi berawak ke Mars, apalagi saat ini Tiongkok telah memanfaatkan sistem propulsi terbaru yang belum pernah dipergunakan, bagi wahana luar angkasa berawaknya.
Modul inti Tianhe ini digerakkan oleh 4 unit pendorong ion yang dikenal dengan sebutan pendorong efek Hall (Hall Effect Thruster/HET) dan pada pengujung bulan ini modul tersebut akan dikunjungi para astronot untuk pertama kalinya.
Pendorong ini merupakan sebuah sistem propulsi elektrik yang telah beberapa dekade ditemukan dan bisa secara dramatis memangkas waktu tempuh perjalanan menuju planet merah.
Empat unit pendorong yang menggerakkan modul Tianhe ini relatif kecil jika dibandingkan dengan mesin roket, namun pendorong-pendorong ini amat efisien.
"Sebagai perbandingan, Stasiun Luar Angkasa Internasional (International Space Station/ISS) membutuhkan lebih dari 4 ton bahan bakar per tahunnya agar bisa tetap berada di orbit Bumi. Jika saja ISS digerakkan oleh pendorong ion, maka konsumsi dayanya akan turun hingga 400 kilogram saja dan membutuhkan sekali misi pengisian daya per tahunnya," demikian pernyataan dari Chinese Academy of Sciences.
Dengan teknologi roket yang ada saat ini, misi perjalanan berawak ke Mars membutuhkan waktu hingga 8 bulan dan akan memerlukan pesawat luar angkasa yang amat besar agar bisa mengangkut bahan bakar dan pasokan lainnya.
Namun saat ini sejumlah ilmuwan telah mengkalkulasi bahwa sebuah wahana luar angkasa yang memiliki daya 200 megawatt ion bisa mempersingkat perjalanan ke Mars hanya dalam waktu 39 hari saja dan memungkinkan misi ini menggunakan wahana yang lebih kecil atau membawa lebih banyak pasokan lagi.
Seiring dengan semakin sengitnya persaingan eksplorasi luar angkasa antara Tiongkok dan Amerika Serikat, teknologi propulsi elektronik ini makin dilirik. SpaceX, perusahaan kedirgantaraan AS yang didirikan oleh Elon Musk, bahkan berencana untuk memenuhi luar angkasa dengan puluhan ribu satelit kecil yang digerakkan oleh pendorong ion.
Tiongkok sendiri telah memanfaatkan teknologi ini bagi sejumlah satelitnya dan akan memperlebar penggunaannya hingga akan dipergunakan dalam wahana luar angkasa berawak bertenaga nuklir yang akan membawa astronot ke Mars.
Sebagian besar pendorong ion yang telah dipergunakan di luar angkasa memiliki daya berkisar 1 kilowatt dan Tiongkok akan memperbesar kapasitas itu untuk program luar angkasanya.
"Untuk misi besar seperti penjelajahan luar angkasa berawak, daya listrik untuk menyokong sistem propulsi ion bisa melampaui 5MW bahkan mungkin hingga 500MW. Semakin besar daya, maka semakin jauh dan singkat waktu tempuh perjalanan di luar angkasa," tulis Hang Guanrong beserta mitranya dari Shanghai Space Station Institute dalam makalah yang diterbitkan jurnal domestik Aerospace China.

Sempat Ditinggalkan
Pendorong efek Hall secara teori pertama kali ditemukan pada era '30-an oleh fisikawan AS bernama Edwin Herbert Hall, namun teori ini justru diaplikasikan oleh ilmuwan dan insinyur dari Soviet.
Pada era '70-an, Soviet mulai membuat sejumlah satelit dengan pendorong efek Hall dan bahkan menjual sejumlah mesinnya ke Badan Penerbangan dan Antariksa Amerika Serikat (National Aeronautics and Space Administration/NASA).
NASA sendiri pernah membangun sendiri sistem pendorong ini namun otoritas luar angkasa AS tak memprioritaskan penggunaan mesin ini dengan sejumlah alasan seperti partikel yang bermuatan listrik bisa mengikis komponen mesin sehingga memperpendek umur satelit dan membahayakan astronot.
Sementara itu secara diam-diam, para ilmuwan Tiongkok berupaya menyempurnakan teknologi ini. "Hanya beberapa pakar di bidang ini tahu upaya penyempurnaan itu," ungkap seorang ilmuwan luar angkasa dari Beijing yang enggan disebutkan jati dirinya karena kerahasiaan program ini.
Sementara Hang Guanrong menulis bahwa uji coba terhadap desain pendorong efek Hall telah dilakukan dengan kapasitas mesin 50 KW yang akan dipergunakan untuk misi berawak besar, misi transport kargo ke Bulan dan Mars.
Saat dinyalakan, mesin pendorong efek Hall akan menghasilkan asap kebiruan dan cincin halo yang disebabkan oleh partikel bermuatan listrik yang sangat panas yang keluar dari mesin yang menghasilkan kecepatan lebih dari 30 kali kecepatan suara.
Tim ilmuwan Tiongkok sendiri telah melakukan serangkaian uji coba pendorong efek Hall yang telah mereka sempurnakan untuk memastikan kelayakan dan ketahanan mesin itu sehingga bisa dengan aman dipergunakan untuk misi luar angkasa berawak.
Berdasarkan hasil uji coba yang dilakukan oleh Chinese Academy of Sciences, mesin pendorong ion itu bisa menyala nonstop selama 8.240 jam atau lebih dari 11 bulan tanpa adanya kesalahan/kerusakan. SCMP/I-1