Pergi ke Bulan, Mungkinkah? (part 2)

John F. Kennedy : "Sebelum akhir dekade ini kita akan mengirim manusia ke bulan dan kembali dengan selamat!"

Foto presiden kita, Ir. Soekarno bersama presiden Amerika Serikat John F. Kennedy. Mendaratkan manusia ke bulan adalah impian Kennedy. Impian tersebut menjadi kenyataan. Sayang Kennedy tak sempat menyaksikannya. Ketika hal tersebut terjadi beliau sudah meninggal dunia, mati tertembak.

Tanya: Oom Google dan mas Wiki yang baik dan pintar, pada waktu yang lalu anda telah memaparkan perjalanan Chang'e 3 ke bulan dari sejak diluncurkan sampai meninggalkan bumi dan melayang menuju bulan. Bagaimana kelanjutan ceritanya?

Jawab: Setelah Chang'e 3 melakukan perjalanannya selama 112 jam (4hari) dan menempuh jarak lebih dari 380 ribu km. Chang'e 3 berada dekat sekali dengan bulan sampai akhirnya terperangkap gravitasi bulan dan kemudian mengorbit bulan. Untuk lebih jelasnya silahkan lihat animasinya. tamasya_ke bulan

Perlu ditekankan di sini, untuk masuk ke orbit bulan wahana antariksa perlu bermanuver untuk mengurangi kecepatan agar dapat ditangkap oleh gravitasi bulan. Bila tidak wahana akan kabur meninggalkan bulan, sebab gravitasi bulan tak mampu menangkap objek yang melintas terlalu cepat! Apa sebabnya demikian? Hal tersebut disebabkan karena bulan sendiri bergerak dengan kecepatan 1,022 km/detik mengorbit bumi. Kecepatan bulan dan kecepatan wahana saling menambahkan, hasilnya kecepatan relatif terhadap bulan menjadi tinggi. Pada gilirannya wahana antariksa akan melintas-hiperbola apabila tidak bermanuver mengurangi kecepatan. Manuver (langkah ke-3) ini kita namakan Lunar Orbit Insertion. (masuk ke orbit bulan).

Manuver mengurangi kecepatan dilakukan dengan retro roket. Pada terbang normal pancaran gas mesin roket digunakan menambah kecepatan. Sebaliknya pancaran gas retro roket digunakan untuk mengurangi kecepatan. Pada terbang normal pancaran gas diarahkan pada "buritan", sebaliknya untuk mengurangi kecepatan pancaran gas diarahkan ke "haluan".

Chang'e 3 berhasil memasuki orbit bulan pada tanggal 5 Desember 2013 tanpa hambatan yang berarti (langkah ke-3). Wajar saja, ketrampilan tersebut sudah dipelajari pada misi terdahulu, yakni Chang'e 2. Sekarang memasuki tahap yang paling menegangkan (langkah ke-4), yaitu mendarat empuk di bulan. Ya.... mendarat empuk di bulan merupakan misi yang sulit dan bergengsi. Kalau mendarat tapi hancur berkeping-keping sudah biasa. Beberapa negara yang pernah mengirim pendarat menabrak (impactor) adalah:

  1. Amerika Serikat (Ranger 7, 1964)
  2. Russia (Luna2, 1959)
  3. China (Chang'e 1, 2007)
  4. Jepang (Hiten 1991)
  5. Uni Eropa(Smart 1, 2006)
  6. India (Candrayaan 1, 2008)

Selain mengirim pendarat menabrak (impactor) mereka juga telah mengirim pengorbit bulan. Tidak banyak orang yang tahu kalau di bulan telah hiruk-pikuk dengan satelit pengorbit dari berbagai bangsa. Bahkan India negara miskin (tapi orangnya pintar-pintar) pernah melakukannya. Apa ini bukan HOAX atau tipu-tipu? Tapi ini benar adanya. India menawarkan negara yang mau menitipkan instrumen ilmiah tanpa membayar. Maka ESA (Uni Eropa) dan NASA (Amerika Serikat) ramai-ramai menitipkan instrumen ilmiah mereka pada pengorbit bulan India yang bernama Candrayaan. Sambil mengorbit bulan, Candrayaan melepas pendarat bergambar bendera nasional India. Si pendarat sebelum menemui "ajalnya" sempat mengirim gambar siaran langsung permukaan bulan. India kini tengah merancang pendaratan empuk Candrarayaan 2 yang akan dilaksanaakan pada tahun 2017.

Gambar yang keren banget memperlihatkan bumi terbit di permukaan bulan. Gambar ini dikirim dari oleh Kaguya pengorbit bulan Jepang pada tahun 2007

Gambar sebelah kanan adalah foto yang diambil oleh astronot Apollo 15 dan di sebelah kiri adalah rekonstruksi 3D dari Terrain Camera yang dibawa oleh pengorbit bulan Kaguya pada lokasi yang sama. Kemiripan gambar yang dihasilkan membuktikan bahwa foto tersebut memang diambil di bulan. Tapi mana kendaraan bulan pada gambar kaguya kok nggak ada? Jangan salah ini rekonstruksi Terain Camera, batu ukuran kecil, kendaraan bulan tidak bisa tergambar, tapi bukit dan lembah dapat tergambar dengan baik. (Credit Nasa dan NHK)

Sebelum membahas pendaratan Chang'e 3, ada baiknya tinjau dulu sesuatu di balik layar yang membuat Change'3 berhasil mengorbit bulan. Tanpa faktor pendukung tadi tak mungkin sampai ke bulan. Hal yang tak boleh dilupakan adalah menghitung hari baik: kapan, ke arah mana dan dari mana menuju ke bulan agar tidak banyak halangan. Ini bukan ilmu perdukunan, tapi murni ilmu sain astronomi.

Arah yang baik saat peluncuran adalah arah timur, sesuai arah perputaran bumi. Di equator kecepatan perputaran bumi 0,42 km/detik (1,4 mach ). Kalau kita mengarahkan roket ke timur akan mendapat booster gratisan 1,4 mach (di equator) akibat perputaran bumi. Lumayan besar untuk menghemat propellan yang mahal itu. Jadi umumnya roket diarahkan ke timur demi menghemat bahan bakar. Untuk mendapat kecepatan maksimum dari putaran bumi tempat peluncuran harus equator. Kalau di lintang yang tinggi kecepatannya kurang dari harga di atas, karena harus dikali dengan cosinus lintang yang bersangkutan. Tetapi China tidak terletak di equator, dipilihlah yang dekat equator yakni Xinchang Satelite Launch Center yang mempunyai lintang 28 LU. Harga cosinusnya 0.88. Kecepatan perputaran bumi di tempat tersebut 0.88x0.42 = 0.37 km/detik (1,2 mach). Lintang yang lebih rendah akan masuk negara lain: Vietnam, Burma dan sebagainya.

Selain dekat equator, sebaiknya tempat tersebut di tepi pantai yang arah timurnya adalah lautan bebas. Misalnya tanjung Caneveral tempat diluncurkannya Apollo 11 langsung menghadap Samudra Atlantik. Ini penting karena reruntuhan roketnya jangan sampai mengenai penduduk tetapi jatuh ke laut. Tapi Xinchang letaknya kok tidak terlalu dekat dengan pantai?? Tanya saja pada mereka, saya juga tidak tahu.

Sekarang tinggal menghitung hari baik "zero window". Perhitungan hari baik ini adalah masalah astronomi yang penjelasannya ribet banget. Bagi yang tertarik silahkan membaca: Menghitung posisi bulan. Singkatnya waktu peluncuran ditentukan sedemikan rupa hingga memudahkan masuk ke bidang orbit bulan, tidak diperlukan manuver yang terlalu berat (baca: belok terlalu tajam). Manuver terlalu berat akan menyulitkan dan memboroskan bahan bakar. Sekarang cukup lihat saja kemungkinan lintasan Chang'e 3 melalui gambar di bawah ini:

Menduga Lintasan Long March yang membawa Chang'e3:
Garis biru adalah bidang orbit bulan. Bintik hitam tempat peluncuran. Bintik merah adalah titik di mana kecepatan trans lunar 11 km/detik harus dicapai. (Jarak bulan dan Bintik merah β = 116°, baca part1) Dari tempat peluncuran, roket langsung diarahkan ke tenggara (garis merah) ke bintik merah. Seandainya roket diarahkan untuk masuk bidang orbit bulan di sebelah timurnya bintik merah, memang sudut masuk ke bidang orbit lebih kecil (manuver lebih mudah). Tapi untuk melaksanakan trans lunar injection(TLI) harus mengelilingi bumi dulu (seperti halnya Apollo 11) . Katanya Long March tidak mengorbit bumi. Jadi yang benar Long March, pastinya diarahkan ke bintik merah dan langsung melakukan TLI dan manuver belok sebelum memasuki bidang orbit bulan (garis biru). Setelah masuk bidang orbit bulan, Chang'e 3 terlepas dari roket yang menggendongnya meninggalkan bumi menuju bulan. Dugaan ini boleh jadi benar, karena di internet lintasan roket tergambar melalui Taiwan. Perhatikan garis merah melintas di atas pulau kecil (Taiwan). Gambar di atas berdasarkan posisi bulan saat peluncuran

Dalam perjalanannya menuju bulan, lintasan Chang'e3 perlu dikoreksi. Bila tidak, kelak dapat meleset dari tujuan. Kuncinya adalah saat dilaksanakannya TLI: harus pada posisi yang tepat dan kecepatan yang tepat, bila tidak wahana tidak akan tepat menuju sasaran. TLI harus dilakukan seakurat mungkin, tetapi 100% akurat hampir mustahil. Sehubungan dengan hat tersebut, koreksi lintasan haruslah dilakukan. Untuk maksud tersebut wahana harus mampu melakukan manuver dalam ruang 3 dimensi, bergerak kiri-kanan (yaw) bergerak naik-turun (pitch). Dalam perjalanannya ke bulan Apollo 11 dan Chang'e 3 melakukan koreksi sampai 2 kali. Setelah dikoreksi wahana antariksa tersebut melayang (coast) dalam lintasan yang benar. Wahana biasanya dilengkapi dengan roket kecil untuk melakukan manuver demikian.

Lukisan yang menggambarkan Change'3 tengah bermanuver melakukan koreksi lintasan.

Koreksi lintasan dapat dilakukan karena adanya kemampuan TTC (Tracking, Telemetering and Control) atau menjejak, pengukuran-jauh dan pengendalian. Posisi wahana dapat diketahui dengan mengetahui arah dan jaraknya dari bumi. Jarak diketahui dengan menghitung tundaan waktu dari sinyal radio. Arah diketahui dengan mengukur sudut arah bintang-bintang di langit menggunakan kamera / alat optik lainnya yang berada dalam wahana. Karena posisi wahana dapat diketahui secara akurat, koreksi lintasan dapat dilakukan apabila diperlukan. Dengan cara demikian wahana dapat sampai ke bulan dan masuk ke dalam orbit bulan.

Tibalah saat yang paling mendebarkan, yang akan membawa China menjadi negara ke-3 yang pernah melakukan pendaratan empuk di bulan. Turun dan mendarat di permukaan bulan! (langkah ke-4). Chang'e 3 telah mengorbit bulan pada ketinggian 100 km. Prosedur pendaratan pun dimulai. Roket dinyalakan beberapa menit untuk mengurangi kecepatan. Dengan demikan orbit yang semula lingkaran menjadi ellips (100km x 15km). Ketinggian Chang'e 3 terus turun. Ketinggian terendahnya (periluna) 15 km. Tepat saat periluna tercapai, roket dihidupkan kembali untuk mengurangi kecepatan lebih lanjut, sampai akhirnya turun perlahan-lahan dan mendarat empuk di bulan.

Gambar yang membandingkan ukuran secara proporsional dari kiri ke kanan: Saturn-5 yang membawa Apollo, Roket Russia N1 yang gagal dan Roket China Long March 3B yang membawa Chang'e 3

Tanya: Selamat untuk China, anda berhasil!!! Tapi sebelum berpisah saya masih ingin bertanya apa selanjutnya yang akan dilakukan China? Betulkah Amerika pernah mendaratkan manusia di bulan? Kalau betul mengapa sudah lebih dari 40 tahun tidak ada negara lain yang melakukannya?

Jawab: China masih akan meneruskan program ruang angkasa mereka. Konon mereka tengah mengkonstruksi roket yang sangat kuat bahkan melebihi kekuatan Saturn-5 yang membawa Apollo dahulu. Roket tersebut nantinya akan mendaratkan manusia di bulan dan tentunya kembali dengan selamat. Tapi sekarang perlu mempelajari ketrampilan tersebut dengan Chang'e 5. Pada tahun 2017 rencananya Chang'e 5 akan mendarat di bulan dan kembali ke bumi, masih menggunakan wahana tanpa awak. Bila berhasil, barulah mengirim manusia ke bulan paling cepat pada tahun 2020. Kita tunggu saja! Ini akan membuat China menjadi negara ke-2 yang mendaratkan manusia di bulan, kalau dunia belum kiamat! Mungkin anda berpikir, apa sebenarnya misi Chang'e 4? Misi Chang'e 4 dibatalkan. Chang'e 4 dibuat bersamaan dengan Chang'e 3 sebagai cadangan bila Chang'e 3 gagal.

Roket Saturn-5 yang membawa Apollo benar-benar nyata, ribuan orang menyaksikan peluncurannya (termasuk wartawan luar negeri). Merasakan kedahsyatannya bagaimana Saturn-V naik ke angkasa, menimbulkan kebisingan dan gempa bumi lokal.

Belum pernah ada orang yang mencoba lagi mendaratkan manusia ke bulan, mungkin karena orang tidak begitu bergairah menjadi yang ke-2, mengingat misi tersebut membutuhkan biaya yang amat besar. Lagi pula misi Apollo terjadi dalam suasana perang dingin. Dalam suasana "damai" buat apa buang begitu banyak uang? Misi Apollo lebih banyak muatan politisnya dibandingkan dengan muatan "ilmiahnya". Saingannya Russia bukan tidak ada usaha yang sama. Mereka pernah membuat roket raksasa N1 yang kekuatannya kira-kira sebanding dengan Saturn-5. Rencananya roket N1 juga akan membawa manusia ke bulan. Sayang roket N1 gagal meluncur dan menimbulkan ledakan yang dahsyat. Ini menimbulkan trauma dan proyek roket N1 dibatalkan, tidak lagi mendapat dukungan politik. Sebagai gantinya adalah misi tanpa awak dan sukses mendarat di bulan dan kembali ke bumi. Biaya misi tanpa awak jauh lebih murah, karena bobot muatan jauh lebih ringan, jadi tidak diperlukan roket yang sangat kuat. Chang'e 5 rencananya akan membawa misi serupa. Jadi Russia dan Amerika sebenarnya mempunyai ketrampilan yang setara. Sampai sekarang belum pernah ada lagi orang yang membuat roket sekuat Saturn-5. Bayangkan tinggi Saturn-5 adalah 100 meter, setinggi menara Monas di Jakarta!

Sebenarnya pelopor peroketan modern adalah Nazi Jerman. Dulu Jerman pada masa perang dunia ke-2 (PD-2) sempat membuat senjata roket V-2 yang diluncurkan di Jerman dan dapat menghantam kota London! Konon V-2 dapat mengubah jalannya perang dunia-2 bila saja munculnya tidak terlambat. Jerman telah mengalami kekalahan, sehingga V-2 tidak bisa berbicara banyak. Keampuhan V-2 disadari oleh Amerika Serikat, sehingga setelah PD-2 Amerika melakukan "bedol desa" membawa lebih dari 700 insinyur roket Jerman ke Amerika. Di antara mereka termasuk pula pentolan V-2 ,si jenius Von Braun. Kelak Von Braun didaulat untuk memimpin pembuatan roket Apollo Saturn-5. Hal yang sama dilakukan pula oleh Russia, yang melakukan "bedol desa" ahli peroketan Jerman. Ini bukannya mengakhiri PD-2 malahan membuat perang dingin di antara kedua negara adidaya tersebut. Mereka sama-sama membuat roket peluru kendali antar benua yang membawa termo-nuklir (ICBM = Inter Continental Balistic Misile). Padahal ledakan nuklir bisa menghancurkan peradapan manusia, jauh lebih dahsyat dari bom atom Hirosima dan Nagasaki dulu. Konon ledakannya dapat menghanguskan sampai radius 200 km! Itulah sejarahnya kenapa sampai terjadi perang dingin. Semoga perang panas yang sebenarnya tidak pernah terjadi! Amit-amit, semoga pemboman Nagasaki dan Hirosima menjadi yang pertama dan terakhir sampai dunia kiamat, Amin!!! Sekian percakapan imajinatif antara saya, oom Google dan mas Wiki... semoga bermanfaat.