Roket konvensional terjebak dalam sebuah paradoks. Anda membutuhkan bahan bakar untuk bergerak. Bahan bakar mempunyai bobot. Berat membutuhkan lebih banyak bahan bakar untuk diangkat. Ini adalah siklus yang membatasi kita pada bagian dalam tata surya dan membuat perjalanan antarbintang tampak seperti fiksi ilmiah.
Namun bagaimana jika Anda tidak harus membawa momentum Anda sendiri?
Ulasan baru yang diterbitkan di Acta Astronautica membahas teknologi perjalanan ruang angkasa tanpa bahan bakar yang mengabaikan batasan ini. Alih-alih membakar bahan kimia, pesawat ruang angkasa ini mencuri momentum dari lingkungannya. Planet-planet. Sinar matahari. Partikel bermuatan. Mereka tidak membawa api. Mereka hanya berselancar.
Inilah cara kita meninggalkan Bumi tanpa membawa tangki hidrazin ke dalam kehampaan.
Gravity Assist: Waktu Pertukaran Bahan Bakar
Kita sudah tahu cara menipu persamaan roket. Ini disebut bantuan gravitasi.
Para insinyur mengirimkan wahana terbang melewati sebuah planet dengan sudut yang tepat. Pesawat ruang angkasa itu menyelam ke dalam sumur gravitasi planet dan berayun mengelilinginya. Hal ini mengganggu sedikit kecepatan orbit planet. Planet ini kehilangan energi yang dapat diabaikan. Penyelidikan ini mendapat dorongan besar.
Voyager 1 dan 2 melakukan ini. Mereka menabrak Jupiter. Lalu Saturnus. Uranus. Neptunus. Tidak ada bahan bakar yang dibakar untuk peningkatan kecepatan besar tersebut. Hanya fisika dan waktu.
Masalahnya? Planet-planet tidak cocok untuk Anda.
Bantuan gravitasi adalah kesepakatan satu kali saja. Anda memerlukan jendela tertentu. Lewatkan tanggal peluncuran dan Anda melewatkan peningkatannya. Anda tidak bisa begitu saja mengarahkan pesawat berbantuan gravitasi ke mana pun Anda mau. Rutenya kaku. Langka. Bersifat membatasi.
Layar Surya: Didorong oleh Foton
Jika gravitasi terlalu pilih-pilih, cobalah sinar matahari.
Penggerak pesawat ruang angkasa tanpa propelan yang menggunakan layar surya telah berubah dari teori menjadi kenyataan. Misi IKAROS Jepang pada tahun 2010 membuktikannya. Pesawat luar angkasa itu menyebarkan membran besar. Sinar matahari menerpanya. Foton dipantulkan. Refleksi menciptakan tekanan. Dorongan.
Tidak banyak dorongan. Ini berkelanjutan. Tidak ada konsumsi bahan bakar. IKAROS berhasil mencapai Venus.
Namun, layar surya memiliki kekurangan. Bahannya besar dan tipis. Bayangkan saja. Satu dampak mikrometeoroid dapat membuat mesin Anda berlubang. Dan ada masalah lainnya: jarak. Sinar matahari memudar seiring kuadrat jarak dari sumbernya. Pergilah cukup jauh, dan layar Anda akan menjadi seperti layang-layang. Dorongannya lenyap.
Layar Magnetik: Membelokkan Angin Matahari
Foton lemah. Bagaimana dengan partikel?
Matahari mengeluarkan aliran plasma bermuatan yang disebut angin matahari. Layar magnetik berencana untuk menangkapnya. Alih-alih cermin fisik, mereka menggunakan loop superkonduktor untuk membuat gelembung magnet. Partikel bermuatan yang terbawa angin menghantam gelembung. Mereka membelokkan. Konservasi momentum memberi dorongan pada layar.
Ini kedengarannya lebih baik daripada layar surya. Itu tidak bergantung pada refleksi. Ini tidak akan terdegradasi akibat kerusakan akibat sinar UV atau dampak debu dengan cara yang sama. Secara teoritis, ia bekerja lebih jauh dari Matahari.
Jadi mengapa kita belum membangunnya?
Ukuran. Lingkaran superkonduktor membutuhkan radius hingga 50 kilometer. Lima puluh kilometer. Dari kawat superkonduktor. Itu harus tetap beku pada suhu kriogenik di luar angkasa. Kami tidak dapat memproduksinya. Kami tidak dapat menerapkannya. Kami tidak bisa mendinginkannya.
Layar Listrik: Opsi Magnetik yang Lebih Murah
Medan magnet itu berat dan mahal. Pengisian daya lebih ringan.
Layar listrik (E-sail) menggunakan kabel panjang bermuatan. Biasanya tambatan puluhan kilometer. Kabel tersebut mengusir proton dalam angin matahari. Ini seperti model listrik statis pada layar magnet.
Keuntungannya adalah massa. Anda tidak memerlukan loop superkonduktor yang berat. Anda hanya perlu kawat konduktif ringan.
Sisi negatifnya adalah kekuatan dan kerapuhan. Anda memerlukan voltase yang cukup untuk mempertahankan medan listrik dalam jarak puluhan kilometer. Kabelnya rapuh. Tabrakan dengan puing-puing luar angkasa membuat mereka patah. Jika sirkuitnya putus, Anda berhenti bergerak.
Setiap teknologi memperdagangkan kompleksitas teknik demi akses terhadap energi bebas dalam kehampaan.
Metode Propulsi Mana yang Tepat untuk Anda?
Tidak ada pemenang di sini. Belum.
Pilihannya tergantung pada misinya. Butuh perjalanan cepat ke Mars menggunakan teknologi yang ada? Gunakan roket kimia dengan bantuan gravitasi. Ingin perjalanan murah dan mantap ke objek sabuk asteroid? Mungkin layar surya, jika Anda bisa membuat cerminnya.
Melihat lebih jauh? Tata surya bagian luar gelap dan dingin. Layar surya terhenti. Anda membutuhkan angin matahari. Namun layar magnetis memerlukan teknologi yang belum kita temukan. Layar listrik masuk akal tetapi belum teruji dalam skala besar.
Konsep penerbangan luar angkasa tanpa propelan menantang asumsi bahwa Anda harus membakar diri untuk berangkat. Mereka memaksa para insinyur untuk berpikir tentang struktur sebagai sistem propulsi. Sangat besar. Rentan. Anggun.
Tinjauan tersebut menyarankan agar kita melihat hal ini bukan sebagai alternatif, namun sebagai perangkat. Gunakan gravitasi untuk mengangkat beban berat. Berlayar untuk meluncur.
Bintang-bintang masih jauh. Tapi mungkin kita tidak membutuhkan lebih banyak bahan bakar untuk mencapainya. Kita hanya memerlukan jaring yang lebih besar untuk menangkap cahaya.
Atau angin.
Siapa yang tahu? Kami masih di lapangan.
