10 Desain Realistis Untuk Pesawat Luar Angkasa Antarbintang

Banyak pemikir terbesar di bidang fisika dan teknik telah menghabiskan banyak waktu untuk memikirkan tentang perjalanan. Mereka telah menghasilkan konsep dan desain terperinci untuk pesawat ruang angkasa yang mampu mengirim manusia ke bintang. Setiap desain memiliki caranya sendiri untuk mengatasi tantangan utama perjalanan antarbintang: jarak ke bintang.

Pada jarak 4 tahun cahaya, Proxima Centauri adalah bintang terdekat ke Bumi (selain Matahari kita, tentunya). Dengan peroketan konvensional, dibutuhkan sekitar 137.000 tahun untuk sampai ke sana. Tujuan dari desain ini adalah untuk mempercepat kapal hingga kecepatan cahaya yang lebih kecil untuk memungkinkan perjalanan diselesaikan dalam waktu kurang dari seumur hidup manusia. Semua desain ini telah diusulkan sebagai solusi yang memungkinkan yang sebenarnya dapat digunakan di masa depan.

10. Propulsi Ion

adalah jenis mesin yang mengalami perkembangan serius selama beberapa tahun terakhir. Roket yang didasarkan pada penggerak ion menghasilkan daya dorong yang jauh lebih sedikit daripada roket konvensional.

Meskipun konvensional berhenti berakselerasi segera setelah mereka meninggalkan Bumi, roket penggerak ion dapat terus mendorong roket selama beberapa dekade. Ide di balik mesin ini adalah untuk terus-menerus mempercepat roket sehingga ia akan mencapai kecepatan yang signifikan hingga 145.000 kilometer per jam (90.000 mph) setelah beberapa tahun.

Meski begitu, kecepatan ini tidak cukup untuk mencapai bintang terdekat. Pesawat ruang angkasa ini akan lebih cocok untuk menjelajahi tata surya bagian luar.

Penggerak ion bekerja dengan memanfaatkan sifat elektrostatis partikel (kecenderungan partikel dengan muatan serupa untuk menolak dan muatan berlawanan untuk menarik). Prosesnya dimulai dengan menginjeksikan gas inert, biasanya xenon, ke dalam ruang ionisasi. Kemudian aliran elektron disuntikkan ke dalam ruangan menggunakan listrik sederhana yang dihasilkan oleh panel surya atau reaktor nuklir.

Ketika elektron bertabrakan dengan atom xenon, atom xenon memiliki beberapa elektronnya terlempar, membuat atom bermuatan positif (ion positif). Muatan serupa dari ion-ion di ruang tersebut mendorong satu sama lain, mempercepat ion-ion tersebut.

Dengan menggunakan kisi bermuatan negatif, ion ditarik ke arah lubang di ujung ruang. Di sana, mereka ditembakkan dari pesawat luar angkasa dengan kecepatan luar biasa, mendorong pesawat luar angkasa saat mereka melakukannya.

Sebagai propelan, xenon sangat efisien dan dapat disimpan dalam jumlah besar, menjadikannya sumber bahan bakar yang luar biasa. Selain itu, sistem propulsi ion bersinar biru terang, membuatnya terlihat persis seperti pesawat ruang angkasa di opera ruang angkasa.

9. Nanoteknologi

Para peneliti di University of Michigan telah melakukan perbaikan pada propulsi ion. Teknologi tersebut dinamakan nanoFET. Alih-alih xenon, propelannya berukuran besar, partikel buatan manusia yang disebut carbon nanotubes. Mereka dapat diisi dan dipercepat semudah atom xenon, jika tidak lebih baik. Tetapi mereka jauh lebih masif, yang berarti pengeluaran mereka akan memberikan dorongan yang jauh lebih besar.

Namun, proses ini berantakan dan sangat rumit. Sebuah pesawat ruang angkasa membutuhkan triliunan partikel ini untuk dikeluarkan secara konstan. Perjalanan NanoFET masih panjang.

8. Bom Nuklir

Ya, ini nyata. sebenarnya bisa digunakan untuk pesawat ruang angkasa antarbintang. Ini mungkin terdengar biadab, tetapi ini adalah salah satu desain paling praktis dalam daftar ini.

Setiap tiga detik, bom nuklir kecil, atau bomblet, akan dinyalakan di bagian belakang pesawat ruang angkasa. Energi dari itu akan diserap oleh peredam kejut pada "pelat pendorong" yang akan mempercepat pesawat ruang angkasa hingga 3 persen dari kecepatan cahaya.

Anda mungkin mengira bahwa penumpang pesawat luar angkasa ini akan mengalami gejolak terburuk dalam hidup mereka. Namun, energi bom diharapkan dapat ditransfer dengan baik dan perjalanan akan lancar.

7. Ramjets

Fusi nuklir adalah proses yang terjadi di inti semua dan merupakan sumber panas setiap bintang. Fusi terjadi ketika atom mengalami suhu dan tekanan yang ekstrim. Dalam kondisi ini, atom cahaya bergabung bersama untuk membuat atom lebih berat. Produk sampingan dari reaksi ini adalah sejumlah besar energi panas.

Fusi adalah proses yang jauh lebih kuat dan energik daripada fisi (ketika bom nuklir membelah atom). Bentuk paling umum adalah fusi hidrogen, yang menciptakan. Beberapa desain untuk pesawat ruang angkasa antarbintang memanfaatkan fusi hidrogen.

Menggunakan laser atau magnet bertenaga tinggi, hidrogen dikompresi dan dipanaskan sampai fusi menyala. Energi panas yang dilepaskan dari fusi ditransfer ke atom sekitarnya, mempercepatnya. Ini dikeluarkan dari pesawat ruang angkasa dengan nosel, mempercepat pesawat ruang angkasa hingga 90 juta kilometer per jam (55,9 juta mph).

Hidrogen dapat disimpan di atas kapal atau dikumpulkan dari medium antarbintang (materi dan radiasi yang ada di antara bintang-bintang) saat kapal bergerak. Pesawat ruang angkasa yang mengambil hidrogen saat melaju disebut ramjet.

6. Antimateri

Partikel dari memiliki sifat kebalikan dari pasangan materi regulernya. Proton bermuatan positif, dan antiproton bermuatan negatif.

Seperti apakah antimateri itu? Anda belum pernah melihatnya karena hanya disintesis di laboratorium. Alasannya: Jika sebuah partikel antimateri bersentuhan dengan partikel materi biasa, mereka akan memusnahkan satu sama lain dalam ledakan yang mencengangkan. Seratus persen massa partikel diubah menjadi energi.

Sebagai gambaran, bom nuklir terbesar saat ini mengubah 0,1 persen massanya menjadi energi. Namun, sebelum semua massa diubah menjadi energi murni, beberapa partikel berumur pendek dibuat sebagai produk reaksi. Mayoritas partikel ini disebut pion.

Dalam roket antimateri, pion ini akan digunakan sebagai propelan dan kemudian dikeluarkan dari kapal sebelum benar-benar diubah menjadi energi. Diperkirakan bahwa sebuah kapal yang digerakkan oleh penghancuran antimateri dapat bergerak dengan kecepatan 40 persen dari kecepatan cahaya. Sayangnya, antimateri sangat sulit untuk disintesis. Saat ini, kami tidak memiliki teknologi untuk membuatnya dalam jumlah yang cukup.

5. Layar Surya

Anda mungkin pernah melihatnya di , tapi layar surya adalah kenyataan. Pengujian pesawat ruang angkasa ini telah dilakukan oleh NASA dan The Planetary Society.

Pesawat ruang angkasa itu bekerja seperti perahu layar. Alih-alih angin, propelannya adalah sinar matahari. Kapal itu terdiri dari muatan kecil yang melekat pada benda besar, sangat tipis, kadang-kadang berdiameter 30 meter (100 kaki).

Tekanan diberikan pada layar saat sejumlah besar foton dipantulkan dari permukaan cermin. Seiring waktu, tekanan meningkat dan pesawat ruang angkasa dapat mencapai kecepatan hingga 241.000 kilometer per jam (150.000 mph).

Meski cepat, pesawat ruang angkasa ini tidak mendekati kecepatan yang dibutuhkan untuk perjalanan antarbintang. Namun, seperti yang akan segera Anda lihat, konsep layar surya dapat dimodifikasi untuk mencapai kecepatan tercepat dalam daftar ini.

4. Sinar Laser

Ide untuk mendorong pesawat ruang angkasa dengan kecepatan ekstrim menggunakan sinar laser yang kuat telah mendapat dukungan dari banyak orang yang berpengaruh, termasuk dan mendiang Stephen Hawking. Proposal tersebut, yang disebut Breakthrough Starshot, akan mengirim ribuan pesawat kecil sejauh 4 tahun cahaya ke Proxima Centauri, bintang terdekat ke Bumi selain Matahari.

Selain jaraknya, Proxima Centauri merupakan target utama karena mengandung Proxima Centauri b (alias Proxima b) yang mengorbit di zona layak huni yang mirip Bumi. Tujuan dari proyek ini adalah untuk mengambil foto dan mengumpulkan data berharga lainnya di planet ekstrasurya dan mengirimkannya kembali ke Bumi untuk melihat apakah Proxima Centauri b benar-benar dapat dihuni atau, lebih baik, sudah dihuni.

Probe akan menjadi wafer kecil seperti pelet yang berisi banyak instrumen berharga dan masing-masing beratnya hanya beberapa gram. Seperti layar surya, mereka akan dihubungkan ke "layar cahaya" dan dikirim ke luar angkasa.

Dari sebuah stasiun di Bumi, jajaran besar laser yang sangat kuat akan menembakkan 100 gigawatt sinar laser terfokus ke pangkal cahaya, mendorongnya pada 20 persen kecepatan cahaya — lebih dari 160 juta kilometer per jam (100 juta mph). Dengan kecepatan itu, bahkan rintangan terkecil di luar angkasa, seperti debu, dapat menghancurkan sebuah probe.

Ribuan probe akan dikirim untuk memastikan bahwa setidaknya beberapa akan mencapai tujuan mereka. Pesawat penjelajah dari Breakthrough Starshot seharusnya dapat mencapai Proxima Centauri b dalam 20 tahun.

3. Propulsi Partikel Bersinar

Salah satu kekurangan dalam Breakthrough Starshot adalah efek yang disebut "pancaran sinar". Ini adalah kecenderungan balok untuk menyebar saat bergerak. Penyebaran sinar mengancam untuk mengurangi kekuatan laser pada lightsail. Beberapa ilmuwan telah mengusulkan untuk menggunakan semburan partikel sebagai pengganti laser. Namun, balok ini juga mengalami penyebaran.

Ilmuwan di Texas A&M telah menemukan solusi baru: Gunakan laser dan. Proyek mereka disebut PROCSIMA. Penyebaran sinar dapat dihilangkan dalam laser dengan memanipulasi properti partikel dan memberantas partikel dengan memanipulasi properti cahaya.

2. SPBU Di Bulan Saturnus

Bahan bakar roket tradisional menggunakan hidrogen cair dan oksidator, biasanya oksigen cair. Selain karena bahan bakarnya sulit untuk disimpan karena tidak terlalu padat, artinya tidak dapat menimbun banyak. Selain itu, harus disimpan pada suhu -252,9 derajat Celcius (-423,2 ° F).

Karena alasan tersebut, pelopor roket seperti Elon Musk dan Jeff Bezos telah beralih ke bahan bakar metana baru. Metana (CH 4 ) tidak beracun, dapat disimpan pada suhu yang jauh lebih tinggi, dan lebih padat daripada hidrogen — memungkinkan lebih banyak lagi untuk disimpan.

Namun, ada satu peringatan. Meskipun umum di Bumi, metana tidak mudah terakumulasi. Namun, tempat di dekatnya memiliki danau bahan bakar cair yang menunggu untuk diambil. adalah bulan terbesar Saturnus. Selain Bumi, Titan adalah satu-satunya tempat yang diketahui di alam semesta dengan cairan di permukaannya. Titan memiliki danau etana, propana, dan yang terbaik dari semuanya, metana.

Jika kita bisa membangun landasan peluncuran di permukaan Titan, kita bisa mengisi roket dengan bahan bakar metana dalam jumlah besar. Lebih jauh, gravitasi Titan jauh lebih rendah dari gravitasi Bumi. Akibatnya, bahan bakar yang dibutuhkan untuk lepas landas jauh lebih sedikit, yang mengonsumsi lebih banyak bahan bakar daripada fase perjalanan lainnya. Meluncurkan pesawat ruang angkasa dari Titan bisa membawa kita ke bintang-bintang.

1. Kapal Luar Angkasa Lubang Hitam

Dari semua pesawat luar angkasa dalam daftar ini, kapal luar angkasa lubang hitam jelas merupakan yang paling tidak realistis. Meskipun demikian, ini adalah ide yang menarik. Ini memanfaatkan, fenomena yang ditemukan oleh Stephen Hawking.

Radiasi Hawking adalah apa yang terjadi saat menguap. Selama masa hidupnya, lubang hitam akan memancarkan radiasi dan menyusut. Untuk kapal luar angkasa, kuncinya terletak pada kenyataan bahwa prosesnya semakin cepat seiring dengan semakin kecilnya lubang hitam. Oleh karena itu, dengan membuat lubang hitam mikroskopis secara artifisial, radiasi Hawking dari lubang hitam dapat digunakan sebagai propelan dengan memantulkan radiasi menjauh dari pesawat ruang angkasa.