Pergi ke Bulan, Mungkinkah?

Saat menulis artikel ini (Desember 2013) China baru saja berhasil meluncurkan roket, yang kemudian mendarat empuk (soft landing) di bulan. Dalam misi pendaratan di bulan ini, dibawa serta robot beroda 6 (enam). Hebat! Ini adalah suatu pencapaian yang luar biasa! Betapa tidak, tingkat kesulitan untuk mencapai bulan adalah amat sangat tinggi. Diperlukan penguasaan berbagai macam disiplin ilmu dan teknologi, juga biaya yang sangat besar. Tak heran baru 3 negara yang memiliki kemampuan tersebut. Mereka adalah Amerika Serikat, Russia (dulu Uni Soviet) dan kini China. Dengan demikian China menjadi negara ke-3 yang berhasil mendarat empuk di bulan. Untuk anda ketahui: Russia dan Amerika Serikat telah melakukan hal yang serupa lebih dari 40 tahun yang lalu. Russia berhasil mendarat di bulan dengan Luna 9 pada bulan Januari 1966. Beberapa bulan kemudian Amerika Serikat menyusul pada tanggal 30 Mei 1966 dengan Surveyor 1. Baik Luna 9 maupun Surveyor 1 berhasil mengirim banyak gambar ke bumi.

Sebenarnya China adalah penemu roket yang pertama di dunia. Kembang api yang sering kita saksikan di malam tahun baru sebenarnya adalah bentuk primitif dari roket modern. Yang pertama kali menemukan kembang api adalah bangsa China. Ilmu membuat roket telah "dicuri" dan dikembangkan oleh bangsa lain. Tampaknya kini China berhasil merebut kembali teknologi yang telah "dicuri" tersebut.

Gambar dari Washinton Post

Dalam bidang eksplorasi ke bulan, pencapaian China sebenarnya masih kalah dengan Amerika Serikat atau Russia. China telah berhasil mendaratkan proba di bulan, tetapi proba tersebut ditinggalkan di bulan untuk selama-lamanya. Di lain pihak, proba kepunyaan Russia kembali ke bumi dengan membawa contoh batuan bulan. Amerika Serikat malahan pernah mendaratkan manusia ke bulan dan kembali ke bumi dengan selamat, juga membawa contoh batuan bulan.

Pada masa perang dingin setelah perang dunia ke-2, Amerika Serikat dan Russia saling bersaing secara ketat dalam menguasai teknologi antariksa. Perlombaan ini dimulai sejak Russia menggemparkan dunia karena berhasil meluncurkan satelit Sputnik pada tahun 1957. Kemudian Amerika Serikat berhasil mengukir prestasi spektakuler dengan mendaratkan manusia pertama ke bulan dan kembali dengan selamat dengan Apollo 11 tahun 1969. Hingga kini belum ada negara lain selain Amerika Serikat yang berhasil mendaratkan manusia ke bulan. Saingan dekatnya Russia mampu melakukan misi yang serupa tetapi tanpa awak. Luna 16 kepunyaan Russia berhasil mendarat di bulan dan kembali lagi ke bumi dengan membawa contoh batuan bulan pada tahun 1970.

Sukar dipercaya bahwa ada manusia yang pernah menginjakkan kakinya di bulan. Bukankah bulan itu jauh banget! Nun jauh di atas sana? Karena itu banyak orang yang tidak bisa mempercayainya. Apalagi kini di Internet beredar teori konspirasi yang mengatakan bahwa pendaratan manusia di bulan dan kembali dengan selamat adalah HOAX, bohong, cuma isapan jempol. Tapi menurut hemat saya, terlalu naif untuk mengatakan hal tersebut bohong. Kan kita bisa lihat bukti dari foto yang dibuat saat pendaratan di bulan dulu. Foto-foto itu cuma rekayasa di studio Holywood??? Kalau cuma untuk sebuah rekayasa, lalu untuk apa proses belajar yang memakan banyak waktu, uang dan nyawa? Sebelum berhasil mendarat di bulan, bangsa Amerika telah melakukan proses belajar yang melelahkan, dan mengalami banyak kegagalan. Tiga awak Apollo 1 tewas semua. Awak Apollo 13 hampir kehilangan nyawa mereka. Bagi mereka yang skeptis, kalau ada uang boleh jalan -jalan ke Amerika Serikat dan Russia untuk melihat-lihat contoh batuan yang diambil dari bulan.

Ada perbedaan waktu yang cukup jauh untuk menyamai Amerika Serikat di bidang teknologi antariksa. Hal tersebut wajar karena teknologi antariksa tidak akan di "share" ke negara lain. Teknologi antariksa bisa disalahgunakan untuk keperluan militer. Roket bisa dibuat senjata mematikan, misalnya roket bisa dibuat menjadi peluru kendali balistik antar benua (ICBM). Kalau kita ingin menguasai teknologi penjelajahan ruang angkasa kita harus riset sendiri.

Sekalipun China tertinggal 40 tahun, tapi proses belajarnya mulus sekali, tidak banyak gagal seperti Amerika Serikat dan Russia dulu. Mungkin karena teknologi masa kini sudah lebih maju dan tinggal mencontek pendahulunya. Misi ke bulan China pertama adalah Chang'e 1 (chang'e = dewi bulan), sukses dengan misi menabrak bulan. Chang'e 1 (2007) berhasil mencapai permukaan bulan dan hancur berkeping-keping. Proses belajar lebih lanjut adalah mengorbit bulan. Chang'e 2 (2010) berhasil mengorbit bulan, kemudian melepaskan diri dari orbit bulan dan kabur ke ruang angkasa raya. Chang'e3 (2013) dengan misi mengorbit, kemudian mendarat empuk dan ternyata lagi-lagi sukses. Cukup dengan 3 langkah besar!

Saya menjadi terheran-heran, antara percaya dan tidak, bagaimana cara mereka sampai ke bulan??!! Saya jadi galau, iri dengan prestasi mereka. Hati saya jadi "panas", betul-betul "penasaran". Untunglah ada mas WIKI dan oom GOOGLE yang dapat menghibur hati saya. Berikut ini percakapan saya dengan kedua tokoh tersebut.

Bagaimana mereka sampai ke bulan?

Tanya: Mas Wiki dan Oom Google yang baik dan pintar, mereka bisa ke bulan menggunakan kendaraan apa?

Jawab : Mereka sampai ke bulan dengan menggunakan Roket. Pernah melihat kembang api yang sering dinyalakan pada malam tahun baru? Kembang api sejatinya adalah roket kecil. Roket dapat melaju karena dorongan gas buang yang keluar dari nozzel. Hal tersebut sesuai dengan hukum Newton ke-3. Gas buang terpancar dengan kecepatan yang tinggi akibat pembakaran bahan bakar oleh bahan pembakar. Selanjutnya bahan bakar plus bahan pembakar kita sebut propellan. Roket "kembang-api" primitif propellannya adalah arang, kalium nitrat dan belerang. Arang adalah bahan bakar dan kalium nitrat adalah bahan pembakar. Belerang sebagai katalisator.

Propellan roket ada 2 macam: Propellan cair dan propellan padat. Roket dengan propelan padat konstruksinya amat mirip dengan "kembang-api", tentu saja konstruksinya lebih kokoh dan propellannya jauh lebih bertenaga. Roket propellan cair jauh lebih rumit. Tetapi roket dengan propellan cair mempunyai kelebihan: Mesin roket dapat dengan mudah dihidup-matikan, dan gaya dorong roket bisa diatur besarnya menurut keperluan. Pengaturan ini dilakukan dengan mengendalikan aliran propellan ke ruang bakar. Menghidup-matikan mesin roket dan pengaturan gaya dorong sangat diperlukan saat roket bermanuver. Contoh propellan cair adalah: kerosene (minyak tanah ) sebagai bahan bakar dan oksigen cair sebagai bahan pembakar. Contoh lain propellan cair: Hidrogen cair plus Oksigen cair.

Tanya : Untuk sampai ke bulan tentu ada langkahnya, bisakah oom dan mas menjelaskan tahap apa saja yang diperlukan?

Jawab: Tahapan langkah-langkah yang harus dilalui agar sampai kebulan adalah sebagai berikut

  1. Naik ke Orbit Rendah (LEO = low earth orbit)
  2. Dilempar ke Orbit Transisi Bulan (TLI = Trans Lunar Injection)
  3. Masuk Ke Orbit Bulan (Lunar Orbit Insertion)
  4. Turun mendarat di permukaan bulan

Tanya: Coba jelaskan tahapan-tahapan tersebut!

Jawab: Cerita dimulai ketika roket masih berada di bumi, di tempat peluncuran. Setelah dinyalakan, roket meluncur naik ke angkasa vertikal ke atas, kemudian belok mengikuti lintasan yang direncanakan dan masuk ke orbit rendah.

Orbit rendah adalah orbit dengan ketinggian rendah tetapi harus di atas lapisan atmosfir agar tidak ada gesekan udara. Ketinggian minimal orbit rendah 160 km. Ketinggian sekitar 200 km di atas permukaan bumi sudah mencukupi. Pada ketinggian tersebut praktis sudah hampa udara, alias sudah tidak ada angin. Namanya orbit rendah, tapi sebenarnya ketinggian ini jauh melampaui ketinggian pesawat terbang. Bayangkan: ketinggian pesawat terbang cuma sekitar 10 km.

Kecepatan yang harus dicapai pada orbit rendah amat sangat tinggi, mencapai 7,9 km/detik atau 26 mach (= 26 kali kecepatan suara). Sehubungan kecepatan wahana antariksa demikian tinggi maka kita mengukurnya dengan satuan: km/detik atau kecepatan suara (bilangan mach). Kecepatan 1 km/detik kira-kira 4 kali kecepatan pesawat jet atau 3 kali kecepatan suara.

Untuk mencapai kecepatan yang sedemikan tinggi tidaklah mudah, karena akan menghabiskan propellan yang banyak sekali. Juga harus digunakan trik tertentu. Biasanya digunakan roket bertahap. Roket Long March 3B yang mengantar Chang'e 3 ke bulan terdiri dari booster (pengangkat) dan roket 3-tahap. Awalnya booster dinyalakan untuk "menggendong" roket naik ke atas. Bila bahan-bakar roket booster habis, roket booster memisahkan diri jatuh ke bumi. Selanjutnya roket tahap 1 dinyalakan. Setelah bahan bakar tahap 1 habis, ia dibuang pula kebumi. Hal yang sama untuk roket tahap ke-2 dan ke-3. Tahap terakhir atau roket tahap ke-3 dinyalakan untuk melempar (injection) pada kecepatan orbit rendah.

Trik roket bertahap ini digunakan untuk mengurangi bobot (massa), karena dengan bobot yang besar maka percepatan yang diperoleh kecil. Jadi dengan bobot yang besar sangat sukar dicapai kecepatan yang tinggi. Karena itu bobot roket harus terus dikurangi dengan membuang tahapan yang tidak lagi tepakai. Tentunya hal ini harus diwaspadai supaya reruntuhan tahapan roket yang jatuh ke bumi tidak menimpa ke daerah berpenduduk dan menimbulkan bencana.

Roket dapat meluncur sesuai rencana karena di dalam mesin roket dilengkapi dengan sensor berupa giroskop, accelerometer dan jam. Giroskop digunakan untuk menentukan arah, accelerometer untuk mengukur percepatan (akselerasi). Jam yang akurat tentu saja untuk mengukur waktu. Sensor tadi digunakan sebagai input dari komputer. Dengan adanya sensor tersebut, komputer dapat mengetahui ketinggian, arah terbang dan kecepatan. Pada gilirannya komputer akan mengatur manuver roket sehingga roket terbang seturut lintasan yang direncanakan.

Selain membawa sensor yang sangat akurat dan komputer dengan program yang canggih, wahana antariksa ini haruslah didukung oleh pengendali di bumi. Antara wahana dan pengendali di bumi terhubung dengan komunikasi radio dua arah. Tugas pengendali darat adalah Tracking, Telemetering and Control (Menjejak, Pengukuran-jauh dan pengendalian). Umumnya sinyal yang dipancarkan oleh wahana, dalam hal ini chang'e 3, berdaya kecil saja. Padahal jaraknya dapat mencapai ratusan ribu kilometer, akibatnya sinyal yang diterima di bumi lemah. Karena itu pengendali di bumi harus dilengkapi dengan antena yang sangat peka untuk menangkap sinyal yang lemah tadi. Untuk maksud tersebut antena perlu dilengkapi dengan pemantul parabola berdiameter besar.


Lintasan roket pada tahap naik ke orbit rendah. Roket mula-mula berada di atas tanah pada titik 0, kemudian naik mengikuti lintasan 1, 2, 3, 4. Pada titik-4, ketinggian dan kecepatan orbit telah tercapai. Selanjutnya mesin roket dipadamkan. Roket terbang bebas mengorbit bumi

Inilah kronologi peluncuran Roket Long March 3b yang membawa Chang'e 3. Roket diluncurkan di Xichang Satellite Launch Center, t = 1 December 2013 pukul 17:30 UTC (Universal Time Coordinated). Pada saat diluncurkan 4 buah booster dengan propellan cair dinyalakan untuk membawa Long March 3b naik vertikal ke atas. Pada ketinggian tertentu arah roket dibelokkan. Propellan booster semakin lama semakin berkurang dan pada t+127 detik booster dilepas ( titik-1) setelah propellan habis terbakar. Dua puluh detik kemudian tahap 1 menyusul dilepas atau pada t+150 detik (titik-2). Sekarang roket didorong oleh tahap 2 keluar atmosfir bumi. Propellan tahap kedua habis terbakar pada t+5,5 menit. Tahap 2 terlepas dan tahap ke-3 dinyalakan ( titik-3). Tahap-3 dinyalakan selama 4 menit, kemudian dipadamkan karena telah mencapai kecepatan orbit rendah 26 mach pada ketinggian 200 km (t+9.5, titik-4)

Langkah-1 yaitu naik ke orbit rendah telah berhasil dilalui dengan baik. Selanjutnya Langkah-2 yaitu dilempar ke Orbit transisi bulan (Trans Lunar Injection, TLI). Lihat gambar di bawah: Pada titik A roket dinyalakan agar kecepatannya bertambah. Akibatnya orbit yang semula bundar menjadi sangat ellips. Ketika sampai di titik terjauh B (apogee), titik tersebut telah memotong garis orbit bulan. Bulan yang pada saat TLI berada pada posisi C kini telah bergerak sangat dekat dengan titik B di mana Chang'e 3 berada. Akibatnya Chang'e 3 terperangkap gravitasi bulan, pada gilirannya akan mengorbit bulan.

Setelah dilaksanakannya Trans Lunar Injection (TLI), kecepatan Chang'e 3 yang semula 7,9 km/detik (26mach) kini menjadi 11km/detik (33 mach). Sekarang Chang'e 3 kabur meninggalkan orbir rendah menuju bulan. Roket dinyalakan harus pada saat yang tepat dengan memperhitungkan bulan juga bergerak mengorbit bumi, sedemikian sehingga 112 jam (=4,7 hari) kemudian Chang'e dan Bulan akan bertemu. Bulan mengorbit satu lingkaran penuh selama 27,3 hari atau 360°/27,3 = 13,2°/hari. Maka dalam perjalanan Chang'e 3 menuju titik B, bulan telah bergerak α = 13,2x4,6 = 61°. Jadi TLI akan dilakasanakan saat jarak Chang'e 3 dan bulan β = 180 - 61 = 119°. Tetapi ketika keduanya bertemu harus pada jarak yang aman (tidak tabrakan). Mungkin sudut yang benar β = 116°

Pada Apollo 11, TLI dilaksanakan setelah mengelilingi bumi satu setengah putaran (setelah lebih 2 jam). Di lain pihak chang'e 3 TLI dilaksanakan tak lama berselang setelah kecepatan orbit tercapai, tak perlu mengelilingi bumi terlebih dahulu seperti Apollo11. Maksud Apollo 11 menunda dilaksanakannya TLI adalah untuk memeriksa apakah semua fungsi berjalan dengan baik. Bila ternyata ada malfungsi, maka misi dibatalkan. Sebagai wahana berawak, Apollo harus seaman mungkin.

Adapun TLI dilaksanakan demikian: setelah tercapai orbit rendah pada t+9.5 menit, motor roket tahap-3 dinyalakan kembali pada t+14 menit. Jadi roket dipadamkan selama 4.5 menit. Pemadaman selama beberapa menit maksudnya tak lain untuk mengatur saat yang tepat dilaksanakannya TLI. Kecepatan yang diperlukan untuk menuju bulan dicapai setelah tahap-3 dinyalakan selama 5 menit. Jadi pada t+19menit tahap-3 dipadamkan kembali.

Tugas tahap akhir (ke-3) dari roket Long March berakhir setelah TLI terlaksana. Selanjutnya tahap ke-3 memisahkan diri dari Chang'e 3. Sang Dewi pun melaju sendirian ke bulan. Diharapkan 112 jam dari sekarang masuk ke orbit bulan.

Bagaimana kisah perjalanan dari sang dewi menuju bulan? Oke, kita lanjutkan pada tulisan selanjutnya. Klik link berikut: Pergi ke Bulan, Mungkinkah? Part 2


Komentar:

saidi(2016-02-05 15:43:21)

Good article bisa ditambahkan bagaimana perjalanan kembali ke bumi?


Silahkan tulis komentar anda: