Sains
Ilmuwan: Mesin Fusi Magnetik Bisa Membawa Kita Melintasi Tata Surya hingga Ruang Antarbintang
ANTARIKSA -- Berbagai misi luar angkasa telah dicanangkan oleh para ilmuwan. Ada misi ke bulan, Mars, robot penjelajah di luar tata surya, mengunjungi bintang terdekat, dan bahkan pesawat luar angkasa pengejar objek antarbintang yang melewati sistem kita.
Tentu saja, profil misi ini menimbulkan berbagai macam tantangan, paling utama adalah tenaga penggeraknya. Apapun wahananya, mesin harus sudah melewati kecepatan konvensional yang telah dicapai umat manusia saat ini.
Scroll untuk membaca
Scroll untuk membaca
Untuk mengirim misi ke Mars dan tujuan yang lebih jauh lainnya, diperlukan teknologi propulsi canggih yang menawarkan akselerasi tinggi (delta-v), impuls spesifik (I sp), dan efisiensi bahan bakar.
Dalam makalah terbaru, Profesor Leiden Florian Neukart mengusulkan, misi masa depan dapat mengandalkan konsep propulsi baru yang dikenal sebagai Magnetic Fusion Plasma Drive (MFPD)/mesin plasma fusi magnetik. Perangkat ini menggabungkan aspek metode propulsi yang berbeda untuk menciptakan sistem kepadatan energi tinggi. Bahkan, efisiensi bahan bakar sistem ini jauh lebih besar dibandingkan metode konvensional.
Baca Juga: Mengenal Fusi Nuklir, Sumber Cahaya Matahari
Florian Neukart adalah Asisten Profesor di Leiden Institute of Advanced Computer Science (LIACS) Universitas Leiden dan Anggota Dewan pengembang teknologi kuantum Swiss Terra Quantum AG. Makalah Neukart telah diterbitkan di server pra-cetak arXiv. Pra-cetak makalahnya juga sedang ditinjau untuk dipublikasikan.
Menurut Neukart, teknologi yang dapat melampaui propulsi kimia konvensional (PKT) adalah hal terpenting di era eksplorasi ruang angkasa saat ini. Secara khusus, teknologi ini harus menawarkan efisiensi energi, daya dorong, dan kemampuan yang lebih besar untuk misi jangka panjang.
Selama ini, NASA dan badan antariksa lainnya secara aktif mencari propulsi alternatif untuk misi besar. Berbagai konsep telah bermunculan, seperti layar surya yang bisa menghasilkan akselerasi terus menerus tanpa memerlukan bahan bakar. Namun, misi yang dilengkapi dengan teknologi itu memiliki daya dorong terbatas dan harus lebih dekat dengan matahari.
Kembali ke sulan Neukart. Mesin ini menggabungkan unsur propulsi fusi, propulsi ionik, dan konsep lainnya.
“MFPD adalah sistem propulsi untuk eksplorasi ruang angkasa, memanfaatkan reaksi fusi nuklir terkendali sebagai sumber energi utama baik untuk daya dorong maupun pembangkit listrik potensial," kata dia kepada Universe Today.
Baca Juga: Ilmuwan Temukan Jalur Cepat ke Mars dari 9 Bulan menjadi 26 Hari
Sistem ini didasarkan pada pemanfaatan keluaran energi yang sangat besar dari reaksi fusi, biasanya melibatkan isotop hidrogen atau hidrogen-helium. Energi itu akan menghasilkan pelepasan partikel berkecepatan tinggi, sehingga menghasilkan gaya dorong sesuai hukum ketiga Newton.
“Plasma dari reaksi fusi dibatasi dan dimanipulasi menggunakan medan magnet, memastikan pelepasan dan arah energi yang terkendali," kata Neukart.
Secara bersamaan, konsep MFPD juga bisa mengubah sebagian energi fusi menjadi tenaga listrik untuk menopang sistem di dalam pesawat, seperti sistem kendali reaksi dari pesawat ruang angkasa itu.
Untuk mengembangkan konsep ini, Nuekart memulai dengan reaksi fusi deuterium-tritium (DT). Ini adalah salah satu reaksi yang paling banyak diteliti dan dipahami serta menawarkan dasar yang jelas untuk menguraikan prinsip inti dan mekanisme MFPD.
Lebih lanjut, Neukart menambahkan, reaksi DT memiliki suhu penyalaan yang relatif rendah dan penampang melintang yang lebih tinggi dibandingkan konsep lainnya. Itu menjadikannya titik awal yang baik.
Baca Juga: NASA Pamer Jet Supersonik X-59, Bakal Kalahkan Kecepatan Cahaya tanpa Masalah
Tujuan akhir MFPD adalah memanfaatkan fusi aneutronik (p-B11), di mana energi yang dilepaskan oleh reaksi yang dibawa oleh neutron sangat sedikit. Reaksi aneutronik melepaskan energi dalam bentuk partikel bermuatan (biasanya proton atau partikel alfa), sehingga secara signifikan mengurangi tingkat radiasi neutron yang dihasilkan.
"Keuntungan dari sistem ini akan segera terlihat, menggabungkan impuls spesifik yang tinggi dan kepadatan energi yang sangat besar serta menyediakan daya dorong dan tenaga dari satu sumber energi," kata Neukart.
Berikut ini adalah anfaat lainnya dari sistem MFPD tersebut:
Impuls spesifik tinggi: MFPD dapat memberikan impuls spesifik tinggi, memberikan perubahan kecepatan substansial (delta-v) ke pesawat ruang angkasa untuk misi ke benda langit yang jauh.
Bahan bakar padat energi: Bahan bakar fusi, seperti isotop hidrogen, sangat padat energi, sehingga memungkinkan misi jangka panjang yang efisien.
Baca Juga: Belum Ada Fusi Nuklir di Bumi, Tapi China Sempat Buat Rekor
Ruang yang lebih banyak: Pesawat ruang angkasa dirancang dengan fraksi massa yang lebih rendah untuk penyimpanan bahan bakar. Ini agar memberikan lebih banyak alokasi massa untuk instrumen ilmiah atau teknologi tambahan.
Sumber ganda: MFPD bukan sekadar sistem propulsi, melainkan dapat menyediakan tenaga listrik untuk sistem dan instrumen pesawat ruang angkasa itu sendiri.
Kemampuan beradaptasi: Potensi untuk menyesuaikan daya dorong dan impuls spesifik, menawarkan keserbagunaan untuk berbagai fase misi, seperti akselerasi, jelajah, dan deselerasi.
Mengurangi waktu perjalanan: Daya dorong yang tinggi secara signifikan akan mengurangi waktu transit ke tujuan yang jauh.
Pelindung radiasi: Meskipun menantang, akan ada rekayasa perlindungan radiasi pada tingkat tertentu bagi pesawat ruang angkasa dan awaknya, dengan memanfaatkan plasma dan medan magnet.
Baca Juga: Ilmuwan Akhirnya Mampu Membuat Fusi Nuklir Matahari, Energi Terkuat di Dunia
Tidak bergantung pada matahari: MFPD tidak memerlukan energi dari matahari sehingga layak untuk misi ke luar tata surya dan sekitarnya.
Minim risiko kontaminasi nuklir: Dibandingkan dengan konsep nuklir-termal atau fisi-listrik, MFPD minim risiko kontaminasi radioaktif karena fusi memerlukan lebih sedikit bahan radioaktif.
Nuekart menekankan, sistem ini akan mampu melintasi jarak kosmik yang luas dalam jangka waktu yang lebih singkat. "Ini memperluas profil misi (transit cepat ke planet lain di tata surya dan misi antarbintang)," kata dia.
Tentu saja, proposal teknologi generasi mendatang tidak akan lengkap tanpa beberapa syarat dan rekomendasi. Misalnya, kata Nuekart, tantangan utama penggerak MFPD terletak pada pencapaian dan pemeliharaan hubungan fusi yang stabil di luar angkasa.
Di Bumi, para peneliti telah membuat kemajuan besar dalam penciptaan energi fusi nuklir, yaitu pengurungan magnetik (MCF) dan pengurungan fusi inersia (ICF). Yang pertama melibatkan reaktor Tokamok yang menghasilkan fusi dalam bentuk plasma, sedangkan yang kedua mengandalkan laser untuk mengompresi dan memanaskan tablet bahan bakar DT.
Baca Juga: Lama Perjalanan ke Mars 9 Bulan, Tapi Ada Opsi Hanya 16 Hari
Pada akhirnya, kata Nuekart, penelitian MFPD bertujuan membangun jalur yang akan mengarah pada eksplorasi antarplanet, kemudian mengarah ke antarbintang.
Meskipun perjalanan untuk mewujudkan konsep MFPD akan penuh dengan tantangan dan rintangan ilmiah, potensi manfaatnya sangat besar. Mencapai propulsi fusi yang andal, efektif, dan efisien dapat mendefinisikan kembali batasan-batasan tujuan yang dapat dicapai.
“Harapannya adalah penelitian ini dapat menumbuhkan rasa ingin tahu, inovasi, dan tekad di antara para ilmuwan, insinyur, dan penjelajah di seluruh dunia, serta memetakan arah masa depan kita di antara bintang-bintang.” Sumber: Phys.org
Ikuti Ulasan-Ulasan Menarik Lainnya dari Penulis Klik di Sini
