NASA kini menguji sebuah mesin ion baru yang disebut 25 kali lebih kuat dibanding ion engine tercanggih yang saat ini dipakai badan antariksa itu. Kenaikan daya ini menjadi penting karena teknologi ion selama ini dikenal sangat efisien, tetapi belum cukup bertenaga untuk mendorong misi berawak jarak jauh sendirian menuju Mars.
Prototipe yang diuji bukan mesin biasa. Sistem ini memakai pendekatan lithium-fed magnetoplasmadynamic, atau MPD, thruster, yang mengandalkan arus listrik kuat dan medan magnet untuk mempercepat ion litium keluar sebagai dorongan.
Pengujian dilakukan di fasilitas vakum Comet sepanjang 26 kaki milik Jet Propulsion Laboratory NASA. Dalam uji pertama itu, prototipe menjalani lima kali tembakan pada 24 Februari dan mencapai daya hingga 120 kilowatt.
Jared Isaacman, administrator NASA, menyebut pencapaian ini sebagai pertama kalinya sistem propulsi listrik di Amerika Serikat beroperasi pada level daya setinggi itu. Ia juga menegaskan bahwa NASA akan terus berinvestasi secara strategis untuk mendorong lompatan besar berikutnya.
Bagi NASA, yang paling menarik bukan hanya mesin ini berhasil menyala. Yang lebih penting, pengujian tersebut menunjukkan bahwa level daya target memang bisa dicapai oleh desain yang telah dikerjakan selama beberapa tahun.
Dari efisiensi tinggi ke dorongan yang lebih besar
Ion engine selama ini menjadi pilihan menarik karena jauh lebih hemat propelan dibanding roket kimia. Sistem ini membutuhkan sekitar 90 persen lebih sedikit propelan, sehingga wahana antariksa bisa dibuat lebih ringan dan biaya peluncuran dapat ditekan.
Cara kerjanya juga berbeda dari roket kimia. Alih-alih membakar bahan bakar, ion engine memakai medan elektromagnetik untuk mempercepat ion melalui nosel dan menghasilkan dorongan.
Masalahnya ada pada karakter dorongannya yang kecil di awal. Mesin jenis ini memang bisa membuat wahana melaju sangat cepat, tetapi kecepatannya dibangun bertahap sehingga belum ideal jika dipakai sendiri untuk perjalanan manusia ke Mars.
Saat ini, ion engine terkuat yang sudah terpasang di wahana antariksa adalah milik misi Psyche NASA. Mesin itu telah membawa wahana tersebut melaju hingga 124.000 mil per jam, atau sekitar 200.000 kilometer per jam.
Arah pengembangan berikutnya
James Polk, ilmuwan riset senior di JPL, mengatakan pengembangan thruster ini sudah berlangsung selama beberapa tahun sebelum uji pertama dilakukan. Menurut dia, keberhasilan itu penting karena tim tidak hanya membuktikan mesin bekerja, tetapi juga berhasil mencapai level daya yang ditargetkan.
Polk sendiri telah bekerja pada ion engine sejak era misi Deep Space 1. Kini, fokusnya mengarah pada target yang jauh lebih ambisius, yaitu daya antara 500 kilowatt hingga satu megawatt dalam beberapa tahun ke depan.
Setelah itu, tim menargetkan ion engine yang dapat mempercepat ion dengan daya listrik hingga empat megawatt. Jika sasaran itu tercapai, sebuah wahana yang membawa astronaut dapat memakai beberapa ion engine sekaligus untuk menuju Mars.
Selama ini, misi yang memakai ion engine memperoleh daya dari Matahari melalui panel surya yang dibentangkan. Namun, sistem seperti ini tidak efektif saat dipakai jauh dari Matahari di wilayah luar tata surya.
Keterbatasan lain juga muncul karena tanpa panel surya yang sangat besar, daya yang tersedia tetap terbatas. Karena itu, NASA juga mengerjakan proyek propulsi nuklir antariksa bernama Space Reactor-1 Freedom.
Peran tenaga nuklir dan jejak penggunaan ion engine
Proyek Space Reactor-1 Freedom akan membawa reaktor fisi nuklir kecil ke misi antariksa untuk menghasilkan energi yang lebih besar bagi ion engine. NASA berharap proyek ini bisa meluncur pada akhir 2028 dan membawa armada kecil rotor-craft mini bernama Skyfall ke Mars.
Wahana Skyfall itu akan memakai ion engine berbahan xenon yang lebih konvensional. Sementara itu, pengembangan MPD berbahan litium dipandang sebagai langkah penting untuk masa depan pendorong berdaya tinggi.
Teknologi ion sendiri bukan hal baru. Sistem ini sudah dipakai dalam misi antariksa sejak 1960-an, tetapi baru digunakan melampaui orbit Bumi saat NASA meluncurkan Deep Space 1 pada 1998.
Sejak saat itu, ion engine juga dipakai dalam misi Dawn ke Ceres dan Vesta, Hayabusa2 milik Jepang, DART yang menabrak asteroid Dimorphos, misi SMART-1 milik European Space Agency ke Bulan, serta BepiColombo yang sedang menuju Merkurius.
Dengan uji MPD berbahan litium ini, NASA menambah satu jalur pengembangan baru untuk propulsi listrik antariksa. Di saat yang sama, kombinasi antara tenaga nuklir di luar angkasa dan teknologi ion berdaya tinggi mulai memperluas peluang misi jauh ke depan.
