Langkah menuju misi manusia ke Mars tidak lagi hanya soal membuat mesin yang sangat efisien. NASA kini mendorong teknologi yang jauh lebih kuat, setelah sebuah mesin ion baru lolos uji pertama di laboratorium dan disebut memiliki tenaga 25 kali lebih besar dari ion engine tercanggih yang sedang dipakai lembaga itu.
Lonjakan daya ini penting karena mesin ion selama ini dikenal hemat propelan, tetapi belum cukup bertenaga untuk misi berawak jarak jauh bila berdiri sendiri. Dengan dorongan yang lebih besar, NASA melihat jalur yang lebih masuk akal untuk membangun pendorong listrik berdaya tinggi menuju Mars.
Dari efisien ke bertenaga besar
Berbeda dari roket kimia, ion engine bekerja dengan medan elektromagnetik untuk mempercepat ion keluar dari nosel. Cara ini membuat kebutuhan propelan turun drastis, sekitar 90 persen lebih sedikit dibanding roket kimia, sehingga wahana bisa dibuat lebih ringan dan biaya peluncuran dapat ditekan.
Namun, karakter utama teknologi ini juga menjadi batasannya. Dorongannya kecil di awal dan kecepatan tinggi baru terbentuk secara bertahap, sehingga mesin seperti ini unggul untuk efisiensi, tetapi belum ideal untuk perjalanan manusia ke Mars tanpa dukungan sistem lain.
Mesin baru yang diuji di JPL
Prototipe yang baru diuji itu disebut lithium-fed magnetoplasmadynamic, atau MPD, thruster. Mesin ini memakai arus listrik kuat yang berinteraksi dengan medan magnet untuk mempercepat ion litium.
Pengujiannya dilakukan di fasilitas vakum Comet sepanjang 26 kaki di Jet Propulsion Laboratory milik NASA. Dalam uji itu, prototipe menjalani lima kali tembakan pada 24 Februari dan mencapai daya hingga 120 kilowatt.
Jared Isaacman, administrator NASA, menyebut ini sebagai pertama kalinya sistem propulsi listrik di Amerika Serikat beroperasi pada level daya setinggi itu. Ia juga mengatakan NASA akan terus berinvestasi secara strategis untuk mendorong lompatan besar berikutnya.
Arah pengembangan berikutnya
James Polk, ilmuwan riset senior di JPL, mengatakan desain dan pembangunan thruster tersebut sudah berlangsung selama beberapa tahun sebelum uji pertama. Menurut dia, keberhasilan ini bukan hanya soal mesin yang bekerja, tetapi juga soal pencapaian level daya yang memang ditargetkan.
Polk sudah bekerja pada ion engine sejak era misi Deep Space 1. Kini fokusnya bergeser ke target yang jauh lebih ambisius, yakni daya antara 500 kilowatt hingga satu megawatt dalam beberapa tahun ke depan.
Setelah itu, tim menargetkan ion engine yang bisa mempercepat ion dengan daya listrik hingga empat megawatt. Jika sasaran ini tercapai, sebuah wahana antariksa yang membawa astronaut dapat memakai beberapa ion engine sekaligus untuk menuju Mars.
Mengatasi batas energi di luar angkasa
Selama ini, misi yang memakai ion engine mendapatkan daya dari Matahari lewat panel surya yang dibentangkan. Cara itu efektif di dekat Matahari, tetapi menjadi tidak efisien saat wahana bergerak jauh ke wilayah luar tata surya.
Masalah lain 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.
Proyek itu 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 lama, peran baru
Ion engine sebenarnya bukan teknologi baru. Sistem ini sudah dipakai dalam misi antariksa sejak 1960-an, tetapi baru digunakan melampaui orbit Bumi ketika NASA meluncurkan Deep Space 1 pada 1998.
Sejak saat itu, ion engine juga digunakan 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 tenaga nuklir di luar angkasa dan pengembangan lithium-fed MPD thruster, NASA kini membuka fase baru bagi pendorong listrik antariksa. Arah pengembangannya jelas: bukan hanya lebih hemat, tetapi juga cukup kuat untuk membawa manusia melaju lebih jauh dari yang pernah dicapai sebelumnya.
