Mesin Ion untuk Penjelajahan Antariksa

INSINYUR Neil Wallace melongok ke dalam sebuah kamar hampa udara berukuran raksasa yang dirancang untuk meniru sejauh mungkin kondisi luar angkasa. Di latar belakang, pompa-pompa kriogenik terdengar bersiulan bak mesin-mesin uap mini.

Dengan menggunakan gas helium sebagai pendingin, mereka bisa menurunkan suhu di dalam kamar vakum terbesar di Eropa itu hingga 20 derajat Kelvin (-253 derajat C). Sementara tekanannya bisa turun hingga sepersejutaan atmosfer.

Di laboratorium inilah firma pertahanan dan keamanan Qinetiq sedang mengembangkan dan mengujicoba mesin-mesin ion bertenaga matahari, suatu teknologi yang kelak akan membawa pesawat angkasa luar ke berbagai planet.

Mesin ion adalah suatu ”sistem propulsi listrik”, cara kerjanya berdasarkan pada fakta bahwa suatu arus yang mengalir lewat medan magnet akan menciptakan suatu medan listrik secara langsung.

Prinsip ini digunakan untuk mempercepat sinar ion-ion (atom-atom yang bermuatan) xenon menjauh dari pesawat angkasa, dengan demikian akan memberikan dorongan.

Neil Wallace, pimpinan teknis tim propulsi listrik di Qinetiq ini, kemudian membuka pintu kamar uji coba itu. Ia menunjuk beberapa blok logam besar di bagian dasar ruangan tersebut.

”Ada pompa-pompa xenon yang didinginkan oleh kompresor helium hingga mendekati 20 derajat Kelvin,” jelas Neil. ”Sehingga beberapa atom gas yang menabrak panel-panel tersebut, akan membeku,” ujarnya menambahkan.

Selama pengujian, mesin itu akan menembakkan ion-ion ke arah berlawanan di ujung ruangan, yang memiliki lapisan pelindung dari grafit. ”Ion-ion akan bergerak sangat cepat, mendekati 50 km per detik,” ujarnya.

Menurut dia, ketika ion-ion menabrak ujung lain dari ruangan, mereka sebenarnya menghentikan atom-atom di permukaan yang mereka tabrak, analog dengan menyemburkan pasir dalam skala atom.

Mesin ion yang sedang dikembangkan perusahaan Qinetiq, dinamai T5, untuk pertama kalinya akan menerbangkan Goce (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer), sebuah pesawat angkasa luar milik Lembaga Antariksa Eropa (ESA). Goce akan terbang pada ketinggian 200-300 km di atas Bumi, memetakan variasi kecil dari medan gravitasi Bumi.

Sebuah replika mesin T5 yang ada fasilitas uji di Qinetiq, ukurannya memang cukup kecil bobotnya hanya 3 kg, dan sosoknya agak-agak mirip saringan oli mobil.

Walaupun sosoknya begitu sederhana, pengembangan mesin T5 ini telah memakan waktu 20 - 30 tahun dengan menghabiskan biaya sepuluh juta pondsterling.

Di angkasa luar, mesin-mesin ion ini akan menggunakan daya listrik dari panel-panel solar, seraya membangkitkan sebuah dorongan yang setara dengan bobot sebuah kartu pos.

Secara teoritis, dorongan jinak ini akan mampu membawa pesawat antariksa menjelajah sistem tata surya.

Keuntungan dari sebuah mesin ion pada misi Goce adalah menyediakan kompensasi tarikan, atau pengendalian laju Goce yang harus melayang sangat dekat ke Bumi, terbang pada orbit ultra rendah, dan akan berhadapan langsung dengan gumpalan udara. ”Pesawat ini (melaju) pada kecepatan sekitar delapan setengah kilometer per detik,” ujar Neil Wallace.

Mesin ion bukanlah pertama kali ini dikembangkan di Qinetiq, berbagai jenis mesin ion telah digunakan termasuk pada Smart-1, misi Eropa ke Bulan, dan Deep Space 1 dari NASA, yang terbang melintasi komet.

Misi-misi ESA masa depan seperti BepiColombo, yang akan mengeksplorasi Merkurius, juga akan menggunakan teknologi semacam ini.

Qinetiq menguji coba mesin T5-nya pada Goce yang akan diluncurkan dari pelabuhan antariksa Rusia, Plesetsk, menggunakan jenis roket yang sama yang pernah gagal dan menghancurkan misi es Cryosat milik ESA, tiga tahun lalu. (Dede Suhaya/dari berbagai sumber)***


Bagaimana Mesin Ion Bekerja?

1. Atom-atom gas xenon dipompa ke dalam ruangan berbentuk silinder, di sini mereka bertabrakan dengan elektron-elektron dari katoda. Elektron-elektron (yang bermuatan negatif) menabrak keluar elektron-elektron atom xenon, menciptakan ion-ion xenon yang bermuatan positif.

2. Kumparan yang ada di dalam ruangan kemudian menciptakan sebuah medan magnet, yang menyebabkan elektron-elektron dari katoda bergerak spiral dan terperangkap di mulut ruangan.

3. Elektron-elektron bermuatan negatif di mulut ruangan ini akan menarik ion-ion bermuatan positif, dan mempercepat mereka keluar dari ruangan.

4. Aliran ion-ion yang dipercepat ini akan meninggalkan ruangan dan mendorong pesawat antariksa ke depan. Walaupun gaya ini kecil, dengan bertambahnya waktu ia akan menciptakan kecepatan luar biasa di lingkungan antariksa yang bebas gesekan. ***