NASA sedang mendorong batas baru dalam propulsi antariksa lewat uji prototipe kerja magnetoplasmadynamic atau MPD drive. Teknologi ini menarik perhatian karena dianggap lebih menjanjikan untuk perjalanan berawak ke Mars, terutama saat kebutuhan dorongan besar dan efisiensi jangka panjang menjadi penentu utama.
Bagi NASA Jet Propulsion Laboratory, nilai MPD drive tidak berhenti pada efisiensi motor listrik luar angkasa. Sistem ini diarahkan untuk memberi tenaga dorong yang jauh lebih besar dibanding thruster listrik yang saat ini digunakan, sehingga lebih relevan untuk misi yang harus menempuh jarak sangat jauh.
Dorongan yang lebih besar dari thruster listrik yang ada
MPD drive memakai uap logam litium sebagai propelan, berbeda dari xenon yang lebih umum dipakai pada thruster listrik. Perbedaan itu memberi konsekuensi besar pada performa, karena gaya dorong yang dihasilkan bisa berkali-kali lipat lebih besar.
Tim JPL menyebut prototipe tersebut telah diuji pada lebih dari 120 kW. Setelah tahap itu, target berikutnya adalah menaikkan skala hingga satu megawatt atau lebih, level yang dinilai lebih dekat dengan kebutuhan perjalanan antarplanet berawak.
NASA Jet Propulsion Laboratory memperkirakan misi berawak ke Mars mungkin membutuhkan daya dorong 2 hingga 4 megawatt. Kebutuhan sebesar itu masih dianggap mungkin dicapai dengan menggabungkan sejumlah drive berbasis litium-metal dalam konfigurasi yang masuk akal.
Mengapa propulsi listrik tetap penting
Propulsi listrik tidak dirancang untuk menyaingi roket kimia dalam ledakan dorong sesaat. Mesin roket konvensional masih mampu menghasilkan puluhan gigawatt thrust, jauh melampaui kemampuan sistem listrik mana pun.
Keunggulan propulsi listrik justru terletak pada kemampuan bekerja lama. NASA memperkirakan drive yang layak untuk Mars harus mampu beroperasi lebih dari 23.000 jam agar misi berawak dapat kembali dengan selamat.
Dalam konteks itu, daya tahan menjadi aspek yang sama pentingnya dengan besarnya dorongan. NASA tampaknya menempatkan MPD drive sebagai bagian dari jawaban atas kebutuhan tersebut, bukan sebagai pengganti roket kimia untuk semua situasi.
Perbedaan dengan thruster satelit yang lebih umum
Thruster listrik Hall-effect yang banyak dipakai satelit bekerja dengan mendorong ion searah medan magnet. Pendekatan itu juga terlihat pada pengembangan Freedom, tetapi dalam skala yang lebih besar dan dengan generator besar untuk membentuk medan propulsi yang lebih kuat.
Freedom tetap menghasilkan dorongan kecil jika dibandingkan roket kimia, namun sistem ini punya kelebihan penting. Panas yang dihasilkan nyaris tidak ada, sehingga pendekatan tersebut menarik untuk operasi jangka panjang di ruang angkasa.
MPD drive melangkah lebih jauh lagi karena medan listriknya tidak hanya mempercepat ion. Sistem ini memaksa propelan membentuk plasma, dan ruang reaksinya dapat mencapai suhu lebih dari 2.000 derajat Celsius.
Tantangan daya besar dan kemungkinan tenaga nuklir
Suhu setinggi itu memunculkan pertanyaan soal daya tahan perangkat jika dipakai dalam durasi panjang. Namun NASA tampaknya memandang tantangan tersebut sejalan dengan misi yang memang harus bertahan dalam kondisi ekstrem.
Kebutuhan daya besar juga membuat tenaga nuklir ikut masuk dalam pembahasan propulsi listrik masa depan. Dalam konteks ini, pengembangan SR-1 Freedom disebut sebagai upaya untuk menggerakkan rancangan thruster ion canggih dengan reaktor nuklir.
Dengan tenaga sebesar itu, NASA menilai sistem listrik masa depan dapat memberi daya puluhan hingga ratusan kali lebih besar dibanding thruster ion konvensional. Hal ini menjelaskan mengapa propulsi listrik kian dipandang penting untuk misi antariksa yang lebih ambisius.
Jarak yang masih harus dikejar
Perbandingan dengan sistem yang sudah beroperasi menunjukkan bahwa teknologi ini masih berada di jalur pengembangan. Thruster listrik terkuat yang saat ini dipakai berada di kisaran 4 hingga 5 kW pada wahana Psyche milik NASA, sementara Freedom ditargetkan mencapai sekitar 20 kW.
Di sisi lain, hasil uji MPD drive di atas 120 kW memberi sinyal bahwa langkah berikutnya masih terbuka lebar. Untuk menuju skala yang dibutuhkan misi Mars berawak, NASA masih harus menaikkan performa secara bertahap hingga level megawatt.
Perkembangan ini menunjukkan bahwa perjalanan manusia ke Mars terus bergeser dari gagasan besar menjadi rancangan teknologi yang semakin konkret. Hasil uji terbaru MPD drive memberi gambaran bahwa masa depan misi berawak mungkin tidak lagi sepenuhnya bergantung pada roket seperti yang selama ini dikenal.
