Misi Luar Angkasa Berawak: Mengapa Kembali ke Bumi Masih Menjadi Masalah?

Kami selalu menantikan misi berawak ke luar angkasa, tetapi hari ini kami akan berbicara tentang mengapa mengembalikan kru ke Bumi masih merupakan tantangan besar.

Ruang selalu menarik orang, itu adalah sesuatu yang misterius, belum dijelajahi. Fajar, planet-planet yang jauh memberi isyarat kepada kita, mendorong kita untuk meneliti, bereksperimen, dan penerbangan antarplanet. Patut dikatakan bahwa akhir-akhir ini penerbangan luar angkasa, meskipun kita masih tidak melakukan perjalanan di kelas satu, tampaknya dikuasai dalam volume dasar. Misi Artemis 1 ke bulan seharusnya sudah terbang, tetapi karena kondisi cuaca, peluncuran ditunda hingga 2 September. Dan sementara kita dengan cemas menunggu peluncuran, kita harus memahami bahwa kembalinya juga akan menjadi momen kritis, terlepas dari kenyataan bahwa itu adalah misi tak berawak.

Misi luar angkasa dapat dibagi menjadi dua kelas. Mereka di mana pesawat ruang angkasa suatu hari nanti akan kembali ke Bumi sebagian besar adalah misi berawak, dan mereka yang mendapatkan tiket sekali jalan. Di sini kita juga dapat menyebutkan misi berawak di masa depan, misalnya, ke Mars oleh Elon Musk, yang belum tentu kembali ke Bumi. Namun pada kenyataannya, pesawat seperti itu juga harus mendarat di suatu tempat. Ternyata fase pendaratan adalah bagian tersulit dari misi semacam itu. Hari ini kita akan mencoba mencari tahu.

Baca juga:

• 100 Tahun Fisika Kuantum: Dari Teori 1920-an ke Komputer
• 5 misi luar angkasa masa depan untuk dipikirkan

Keamanan kru dan peralatan

Sejak manusia pertama kali terbang ke luar angkasa, kami mengkhawatirkan kesehatannya dan keberhasilan penerbangan secara keseluruhan. Dalam kasus penerbangan berawak, setiap saat bisa menjadi sangat penting. Keselamatan awak dan peralatan di kapal, jika itu adalah misi tak berawak, selalu menjadi prioritas. Insinyur dan pemimpin misi semacam itu, serta kosmonot atau astronot sendiri, memahami semua risiko penerbangan semacam itu. Tidak semua misi ini berhasil, terutama yang pertama, tetapi penting untuk menarik kesimpulan, memperbaiki kesalahan dan tidak mengulanginya di masa depan.

Misalnya, selama misi pertama pesawat ruang angkasa Apollo, semuanya berakhir tragis pada tahap tes pra-peluncuran. Dalam misi Apollo 13 yang terkenal, sebuah kecelakaan terjadi selama penerbangan, akibatnya pendaratan di permukaan bulan menjadi tidak mungkin. Untung saja bisa menyelamatkan awak dan berhasil membawa kapal sejauh 7,5 km dari kapal induk Iwo Jima. Kesimpulan dibuat, dan kapal misi berikutnya dikirim ke luar angkasa hanya 5 bulan kemudian. Bahkan misi Apollo 11 yang paling sukses pun penuh dengan momen menegangkan selama pendaratan astronot di permukaan Bulan dan selanjutnya lepas landas dan kembali ke Bumi. Pesawat ruang angkasa Soviet Soyuz juga mengalami banyak kecelakaan. Sayangnya, ini adalah norma dalam industri luar angkasa.

Ya, ini sebagian besar adalah situasi tunggal yang tidak dapat diprediksi. Namun, dalam setiap misi luar angkasa berawak yang melibatkan kembalinya ke Bumi, ada momen yang selalu menakjubkan. Anda mungkin tahu masalah tak terduga yang muncul saat mendaratkan kendaraan tak berawak di Mars, tetapi dalam kasus misi berawak, nyawa manusia dipertaruhkan. Kita semua ingat bencana tahun 2003 - selama pendaratan, pesawat ulang-alik "Columbia" terbakar begitu saja di lapisan atmosfer yang padat, seluruh kru yang terdiri dari tujuh orang tewas secara tragis.

Di bawah ini adalah fragmen dari film "Apollo-13", yang menunjukkan proses pendaratan para astronot di Bumi. Tentu saja, ini adalah film yang memiliki aturannya sendiri, tidak selalu mencerminkan kenyataan secara akurat, tetapi juga tidak jauh berbeda.

Baca juga: Teleskop Luar Angkasa James Webb: 10 target untuk diamati

Mengapa kembali dengan selamat ke Bumi dari luar angkasa menjadi masalah seperti itu?

Tampaknya gravitasi akan membantu di sini, jadi tidak perlu berjuang untuk memperlambat roket. Tetapi kecepatannya puluhan ribu kilometer per jam - ini adalah kecepatan yang diperlukan perangkat untuk mengorbit di sekitar Bumi (yang disebut kecepatan kosmik pertama, yaitu 7,9 km/s), atau bahkan melampauinya ( kecepatan kosmik kedua , yaitu 11,2 km/s) dan terbang, misalnya, ke Bulan. Dan kecepatan tinggi inilah yang menjadi masalah.

Poin kunci saat kembali ke Bumi atau saat mendarat di planet lain adalah pengereman. Ini sama merepotkannya dengan mempercepat kapal saat lepas landas. Bagaimanapun, roket tidak bergerak relatif terhadap Bumi sebelum lepas landas. Dan itu juga tidak akan terjadi setelah dia mendarat. Seperti halnya pesawat yang kita naiki di bandara. Meskipun mencapai kecepatan 900 km/jam (kecepatan jelajah pesawat penumpang berukuran sedang) dalam penerbangan, ia berhenti lagi setelah mendarat.

Artinya, roket yang akan mendarat di Bumi harus mengurangi kecepatannya menjadi nol. Kedengarannya sederhana, tapi tidak. Sebuah pesawat terbang yang harus melambat dari 900 km/jam ke 0 km/jam relatif terhadap Bumi memiliki tugas yang jauh lebih mudah daripada roket yang bergerak dengan kecepatan sekitar 28 km/jam. Selain itu, roket tidak hanya terbang dengan kecepatan gila, tetapi juga memasuki lapisan atmosfer yang padat hampir secara vertikal. Bukan pada sudut seperti pesawat terbang, tetapi hampir vertikal setelah meninggalkan orbit Bumi.

Satu-satunya hal yang secara efektif dapat memperlambat pesawat adalah atmosfer bumi. Dan itu cukup padat, bahkan di lapisan luar, dan menyebabkan gesekan pada permukaan perangkat yang turun, yang dalam kondisi yang tidak menguntungkan dapat menyebabkan panas berlebih dan kehancurannya. Jadi, setelah pesawat ruang angkasa melambat ke kecepatan yang sedikit lebih rendah dari pesawat ruang angkasa pertama, ia mulai turun, jatuh ke Bumi. Dengan memilih jalur penerbangan yang sesuai di atmosfer, dimungkinkan untuk memastikan terjadinya beban tidak melebihi nilai yang diizinkan. Namun, saat turun, dinding kapal dapat dan harus memanas hingga suhu yang sangat tinggi. Oleh karena itu, penurunan yang aman ke atmosfer Bumi hanya mungkin jika ada perangkat perlindungan termal khusus di selubung luar.

Bahkan atmosfer Mars, yang lebih dari 100 kali lebih tipis dari Bumi, merupakan hambatan serius. Ini dirasakan oleh semua perangkat yang turun ke permukaan Planet Merah. Cukup sering kecelakaan terjadi dengan mereka, atau mereka hanya terbakar di atmosfer Mars.

Terkadang pengereman seperti itu berguna, sebagaimana dibuktikan oleh misi di mana atmosfer berfungsi sebagai rem tambahan, membantu kendaraan memasuki orbit target planet ini. Tapi ini agak pengecualian.

Juga menarik:

• Mengapa bintang-bintang berkelap-kelip?
• Mengapa pesawat ruang angkasa dilengkapi dengan prosesor abad ke-20

Pengereman atmosfer efektif, tetapi memiliki kelemahan besar

Ya, pengereman atmosfer cukup efektif, tetapi memiliki kelemahan besar, meskipun perlu untuk pengereman yang efektif.

Deselerasi seperti itu dalam kasus misi orbit ke planet lain tidak lengkap, dan kembalinya ke Bumi dikaitkan dengan perlambatan total. Hal yang sama berlaku untuk pendaratan rover di Mars. Sebuah probe yang memasuki orbitnya tidak boleh berhenti total, jika tidak maka akan jatuh ke permukaan Planet Merah.

Perangkat di luar angkasa, yang mengorbit Bumi atau kembali dari Bulan, bergerak dengan kecepatan luar biasa yang diberikan kepada mereka pada saat lepas landas. Oleh karena itu, misalnya, Stasiun Luar Angkasa Internasional menyesuaikan orbit dari waktu ke waktu, menaikkannya, karena semakin tinggi, semakin rendah kecepatan yang dibutuhkan untuk tetap berada di orbit.

Karena memberikan kecepatan ini memerlukan pengeluaran energi yang sesuai, pengereman harus dikaitkan dengan pengeluaran energi yang sama. Oleh karena itu, jika mungkin untuk memperlambat perangkat sebelum memasuki atmosfer, terbang dengan kecepatan rendah atau bahkan perlahan-lahan jatuh ke Bumi, itu tidak akan terlalu panas dan bahaya bagi kru tidak akan signifikan.

Di sinilah letak tangkapannya. Penerbangan luar angkasa membutuhkan biaya energi yang besar. Massa muatan roket adalah bagian kecil dari total massa lepas landas roket. Sebagian besar, ada bahan bakar di tengah roket, yang sebagian besar dibakar pada tahap pertama perjalanan melalui lapisan atmosfer yang lebih rendah. Penting untuk mengirim peralatan atau awak kapal ke luar angkasa. Bahan bakar juga dibutuhkan untuk keluar dari orbit Bumi saat mendarat, dan jumlahnya sangat besar. Oleh karena itu, saat mengerem, ada risiko bahan bakar akan menyebabkan kapal terbakar. Dalam kebanyakan kasus, tangki bahan bakar yang meledak dari suhu tinggi saat mendarat.

Juga menarik:

• 10 hal teraneh yang kami pelajari tentang lubang hitam pada tahun 2021
• Terraforming Mars: Bisakah Planet Merah berubah menjadi Bumi baru?

Mendarat, mirip dengan lepas landas, hanya dalam arah sebaliknya

Untuk memperlambat kendaraan hampir sepenuhnya sebelum memasuki atmosfer, perlu menggunakan jumlah bahan bakar yang sama seperti saat lepas landas, dengan asumsi bahwa massa kendaraan tidak berubah secara signifikan selama misi. Namun, ketika kita menambahkan bahan bakar yang dibutuhkan untuk mengangkat kapal dan untuk pengereman selanjutnya terhadap berat kapal, ternyata dikalikan berkali-kali lipat. Dan justru perhitungan ekonomi yang menyedihkan ini yang berarti bahwa masih perlu mengandalkan penghambatan atmosfer bumi.

Misalnya, ketika mendaratkan roket SpaceX Falcon 9, bahan bakar digunakan, tetapi di sini roket itu sendiri sangat ringan (kebanyakan hanya tangki bahan bakar yang kembali ke Bumi), dan pengembalian dari orbit yang jauh tidak dilakukan.

Insinyur telah menghitung bahwa mendarat di Bumi membutuhkan sumber daya bahan bakar yang sama per kilogram saat lepas landas ke orbit. Artinya, hampir seperti lepas landas, hanya dalam arah yang berlawanan.

Dan, mungkin, akan seperti ini untuk waktu yang lama. Tidak hanya selama misi Artemis 1, tetapi juga setelah manusia mencapai Planet Merah. Ketika sampai batas tertentu kendala ini akan diatasi, maka akan mungkin untuk mengatakan bahwa kita akhirnya menguasai penerbangan luar angkasa. Karena semua orang bisa lepas landas, tetapi mungkin ada masalah dengan pendaratan.

Tetapi sejarah mengetahui banyak contoh ketika para ilmuwan dan insinyur kita berhasil memecahkan masalah yang kompleks. Kami berharap bahwa penerbangan ke Bulan atau Mars tidak akan lebih sulit dari penerbangan dari New York ke Kyiv dalam waktu dekat. Dengan pendaratan yang menyenangkan dan aman.

Jika Anda ingin membantu Ukraina memerangi penjajah Rusia, cara terbaik untuk melakukannya adalah dengan menyumbang ke Angkatan Bersenjata Ukraina melalui selamatkan hidup atau melalui halaman resmi NBU.

Baca juga:

• Mengamati Planet Merah: Sejarah Ilusi Mars
• Teleportasi dari sudut pandang ilmiah dan masa depannya