Inovasi Propulsi Laser, Mempersingkat Perjalanan Luar Angkasa

Berita Baru, Amerika Serikat – NASA memperkirakan akan memakan waktu sekitar 500 hari bagi manusia untuk mencapai Planet Merah, tetapi para insinyur Kanada mengatakan bahwa dengan adanya sistem berbasis laser dapat memotong perjalanan itu menjadi hanya 45 hari.

Dilansir dari Dailymail.co.uk pada 7 Maret, Badan antariksa AS berencana mengirim kru ke Planet Merah pada pertengahan 2030-an, sekitar waktu yang sama China juga berencana mendaratkan manusia di Mars.

Insinyur dari McGill University, di Montreal, Kanada, mengatakan mereka telah mengembangkan sistem “laser-termal propulsi”, di mana laser digunakan untuk memanaskan bahan bakar hidrogen.

Ini adalah propulsi energi terarah, menggunakan laser besar yang ditembakkan dari Bumi untuk mengirimkan daya ke susunan fotovoltaik pada pesawat ruang angkasa, yang menghasilkan listrik, dan pada gilirannya mendorong.

Pesawat ruang angkasa berakselerasi sangat cepat saat berada di dekat Bumi, kemudian berpacu menuju Mars selama bulan berikutnya, melepaskan kendaraan utama untuk mendarat di Planet Merah dan mengembalikan sisa kendaraan ke Bumi untuk didaur ulang untuk peluncuran berikutnya.

Mencapai Mars hanya dalam enam minggu adalah sesuatu yang sebelumnya hanya mungkin dilakukan dengan menggunakan roket bertenaga fisi nuklir, yang menghadirkan peningkatan risiko radiasi.

Berbicara kepada media, tim di balik penelitian tersebut mengatakan sistem ini dapat memungkinkan transportasi cepat di dalam tata surya.

Propulsi energi-terarah bukanlah ide baru, itu telah menjadi berita utama baru-baru ini dengan sebelumnya ada Breakthrough Starshot, sebuah proyek yang bertujuan untuk menggunakan laser untuk mengirim probe lightsail kecil ke sistem bintang terdekat, Proxima Centauri dengan kecepatan relativistik.

Sistem ini menggunakan sinar laser untuk mendorong pesawat ruang angkasa ke luar angkasa, pada kecepatan relativistik sebagian kecil dari kecepatan cahaya dengan semakin kuat laser, semakin cepat pesawat ruang angkasa dapat dipercepat.

Beberapa penelitian memperkirakan itu bisa mengirim satelit seberat 200 pon ke Mars hanya dalam tiga hari, dengan pesawat ruang angkasa yang lebih besar membutuhkan sekitar satu bulan hingga enam minggu.

Konsep tersebut membutuhkan susunan laser berkekuatan gigawatt di Bumi, yang dapat ditembakkan ke luar angkasa, diarahkan ke layar ringan yang terpasang pada pesawat ruang angkasa untuk mempercepatnya ke kecepatan yang cepat – pada sebagian kecil dari kecepatan cahaya.

Emmanuel Duplay, lulusan McGill dan mahasiswa MSc Aerospace Engineering di TU Delft, menerbitkan sebuah makalah yang menunjukkan bahwa ini dapat diterapkan pada perjalanan ke Mars.

Dia mengatakan kepada Universe Today: ”Aplikasi utama dari propulsi energi terarah adalah untuk mendorong lightsail ke bintang-bintang untuk perjalanan antarbintang yang sebenarnya, kemungkinan yang memotivasi tim kami yang melakukan penelitian ini.”

“Kami tertarik pada bagaimana teknologi laser yang sama dapat digunakan untuk transit cepat di tata surya, yang diharapkan akan menjadi batu loncatan jangka pendek yang dapat mendemonstrasikan teknologi tersebut.”

Pesawat ruang angkasa hipotetis yang dibuat tim akan membutuhkan laser berdiameter 32 kaki, 100 megawatt, untuk dibangun di suatu tempat di Bumi.

Ini akan, mengingat tren saat ini dalam pengembangan teknologi laser fotonik, cukup untuk menggerakkan pesawat ruang angkasa menuju Mars.

Ia bekerja dengan memfokuskan laser ke ruang pemanas hidrogen melalui reflektor tiup, sebagai pendorong hidrogen dikeluarkan melalui nosel untuk mendorongnya ke depan.

“Pendekatan kami akan menggunakan fluks laser yang jauh lebih intens pada pesawat ruang angkasa untuk memanaskan propelan secara langsung, mirip dengan ketel uap raksasa,” kata Duplay.

“Ini memungkinkan pesawat ruang angkasa untuk berakselerasi dengan cepat saat masih di dekat bumi, sehingga laser tidak perlu fokus jauh ke luar angkasa.”

“Pesawat ruang angkasa kami seperti dragster yang berakselerasi sangat cepat saat masih di dekat Bumi,’ Duplay menjelaskan,’ dan pendekatan tersebut dapat membantu membawanya kembali dari Mars, di mana tidak akan ada array laser besar, siap untuk mengirimkannya dalam perjalanan.”

“Kami percaya kami bahkan dapat menggunakan mesin roket bertenaga laser yang sama untuk membawa booster kembali ke orbit bumi, setelah itu melemparkan kendaraan utama ke Mars, memungkinkannya untuk didaur ulang dengan cepat untuk peluncuran berikutnya,” katanya kepada media

Reflektor tiup adalah kunci agar teknologi berfungsi dengan baik, karena akan dirancang sangat reflektif sehingga dapat menopang daya laser yang lebih besar per satuan luas daripada panel fotovoltaik.

Inilah yang membuat misi tersebut layak dilakukan dengan susunan laser yang relatif sederhana, atau berdiameter 32 kaki di Bumi.

Dengan mengurangi waktu di luar angkasa, astronot menghadapi tingkat radiasi yang lebih rendah, yang dapat membuat perjalanan ke Mars dan kembali jauh lebih aman.

Semua elemen baru akan diperlukan untuk memungkinkan pesawat ruang angkasa mencapai Mars dalam enam minggu – secara signifikan kurang dari sembilan bulan yang diprediksi oleh NASA.

” Dengan array laser serat optik yang bertindak sebagai elemen optik tunggal, struktur ruang tiup yang dapat digunakan untuk memfokuskan sinar laser ketika tiba di pesawat ruang angkasa ke dalam ruang pemanas,” sangat penting, kata Duplay.

Juga “pengembangan material bersuhu tinggi yang memungkinkan pesawat ruang angkasa menembus atmosfer Mars saat tiba.”

Mampu menembus atmosfer adalah trik yang memungkinkan untuk kembali.

Masalahnya adalah banyak dari teknologi ini masih dalam masa pertumbuhan, dan belum diuji di dunia nyata – menimbulkan pertanyaan tentang kelayakannya pada tahun 2035.

“Ruang pemanas laser kemungkinan merupakan tantangan paling signifikan,” kata Duplay kepada Universe Today, mempertanyakan apakah gas hidrogen dapat terkandung.

Menanyakan apakah itu dapat ditampung karena “dipanaskan oleh sinar laser hingga suhu lebih besar dari 10.000 K sementara pada saat yang sama menjaga dinding ruangan tetap dingin?”

“Model kami mengatakan ini layak, tetapi pengujian eksperimental pada skala penuh tidak mungkin saat ini karena kami belum membangun laser 100 sekuat MW yang dibutuhkan.”

Profesor Andrew Higgins dari McGill, yang mengawasi pekerjaan Duplay, mengatakan: “Kemampuan untuk mengirimkan energi jauh ke luar angkasa melalui laser akan menjadi teknologi yang mengganggu untuk propulsi dan tenaga.”

“Studi kami meneliti pendekatan termal laser, yang terlihat menggembirakan, tetapi teknologi laser itu sendiri adalah pengubah permainan yang sebenarnya.”

Temuan telah diterbitkan dalam pra-cetak di arXiv.