Gerhana Bulan Total Terlama Abad Ini dan Mars Terdekat ke Bumi

Bagaimana jika dua peristiwa langit yang berbeda terjadi pada waktu yang hampir sama? Inilah yang akan kita jumpai pada akhir Juli 2018 TU (Tarikh Umum). Yakni peristiwa Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018 dan Mars terdekat ke Bumi 31 Juli 2018.

Sebelum lebih jauh, perlu digarisbawahi bahwa yang dimaksud Gerhana Bulan Total terlama abad ini adalah dalam durasi totalitasnya. Yakni rentang waktu manakala Bulan sepenuhnya berada dalam umbra (bayangan inti) Bumi sehingga sepenuhnya terblokir dari paparan langsung cahaya Matahari. Peristiwa Gerhana Bulan Total telah diperhitungkan akan terjadi pada Sabtu 28 Juli 2018 TU, bertepatan dengan 15 Zulqaidah 1439 H jika berdasarkan takwim standar Kementerian Agama RI atau 14 Zulqaidah 1439 H merujuk kalender Nahdlatul ‘Ulama yang telah dikomparasikan dengan hasil rukyat hilaal. Dan dalam peristiwa ini, durasi totalitasnya adalah sebesar 103 menit atau 1 jam 43 menit. Panjangnya durasi totalitas ini menjadikan Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018 adalah Gerhana Bulan Total (berdurasi totalitas) terlama bagi abad ke-21 TU.

Gambar 1. Bulan dalam tahap parsial saat Gerhana Bulan 7-8 Agustus 2017 silam. Diabadikan dalam citra overeksposur untuk memperlihatkan bagian umbra di cakram Bulan yang berwarna kemerah-merahan. Pemandangan yang lebih memukau akan kita saksikan pada Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018. Sumber: Sudibyo, 2017.

Gerhana Bulan ini mengurung narasi yang hampir serupa dengan peristiwa sejenis sebelumnya. Yakni terjadi manakala Matahari, Bulan dan Bumi berada dalam satu garis lurus ditinjau dari segala arah (syzygy) dengan Bulan berada di tengah-tengah. Pada saat itu Bulan memiliki fase purnama. Dan pada saat yang sama pula Bulan berkedudukan dekat atau bahkan tepat menempati salah satu dari dua titik nodal dalam orbitnya, yakni titik potong antara orbit Bulandengan dengan ekliptika (bidang edar Bumi dalam mengelilingi Matahari). Sebagai akibatnya pancaran sinar Matahari ke arah Bulan akan terhalangi oleh bundaran Bumi. Bergantung pada besar kecilnya derajat penghalangan cahaya Matahari oleh Bumi, maka terdapat tiga macam Gerhana Bulan. Masing-masing Gerhana Bulan Total (GBT), Gerhana Bulan Sebagian (GBS) atau Gerhana Bulan Parsial dan Gerhana Bulan Penumbral(GBP) atau Gerhana Bulan Samar.

Gerhana Bulan Apogean

Gerhana Bulan 28 Juli 2018 merupakan peristiwa Gerhana Bulan Total. Terjadi karena Bulan tepat sepenuhnya melintasi umbra Bumi di kala puncak gerhana terjadi. Perhitungan menunjukkan awal gerhana akan terjadi pada pukul 00:15 WIB, yang ditandai dengan kontak awal penumbra (P1) yang juga pertanda dimulainya tahap penumbral. Dalam kondisi tersebut, meski gerhana telah dimulai namun masih sangat sulit untuk membedakannya dengan Bulan purnama biasa. Kecuali oleh pengamat yang berpengalaman, atau pengamatan dilakukan dengan menggunakan teleskop / binokular.

Gambar 2. Wajah Bulan dalam Gerhana Bulan Sebagian 7-8 Agustus 2017. Panorama tahap parsial seperti ini akan bisa disaksikan lagi dalam peristiwa Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018. Sumber: Sudibyo, 2017.

Gerhana Bulan diperhitungkan baru akan nampak secara kasat mata pada pukul 01:24 WIB. Yakni pada saat kontak awal umbra (U1) dimulai yang juga menandakan dimulainya tahap parsial. Pada yakni pada saat umbra tepat mulai bersentuhan dengan cakram Bulan. Mulai saat itu cakram Bulan akan berangsur-angsur menggelap dari sisi timur. Tahap berikutnya, yakni tahap total, diperhitungkan akan terjadi mulai terjadi pada pukul 02:30 WIB dengan terjadinya kontak awal total (U2). Puncak gerhana diperhitungkan terjadi pada pukul 03:22 WIB.

Tahap total ini diperhitungkan akan berakhir pada pukul 04:13 WIB seiring terjadinya kontak akhir total (U3). Secara kasat mata gerhana diperhitungkan akan berakhir pada pukul 05:19 WIB seiring cakram Bulan tepat meninggalkan umbra sebagai pertanda terjadinya kontak akhir umbra (U4). Tahap parsial pun berakhir pada saat itu. Dan akhir gerhana diperhitungkan bakal terjadi pada pukul 06:28 WIB dengan terjadinya kontak akhir penumbra (P4) sekaligus akhir tahap penumbral.

Dari angka-angka tersebut kita bisa mengetahui durasi gerhana ini. Durasi gerhana secara keseluruhan, dimulai dari kontak awal penumbra hingga kontak akhir penumbra, diperhitungkan sebesar 6 jam 14 menit. Namun durasi gerhana kasat mata, yakni sejak kontak awal umbra hingga kontak akhir umbra, diperhitungkan sebesar 3 jam 55 menit. Sementara durasi totalitasnya adalah 1 jam 43 menit.

Durasi totalitas Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018 cukup panjang. Karena gerhana terjadi pada waktu berdekatan dengan apogee Bulan. Yakni saat Bulan berkedudukan di titik apogee (titik terjauh dalam orbitnya terhadap Bumi). Karena itu merupakan Gerhana Bulan Apogean. Saat puncak gerhana terjadi pada 28 Juli 2018 TU pukul 03:22 WIB, jarak Bumi – Bulan diperhitungkan adalah sebesar 406.100 kilometer (yakni dari pusat Bumi ke pusat Bulan). Sementara apogee Bulan terjadi pada 27 Juli 2018 TU pukul 12:45 WIB, atau hanya 14 jam sebelum puncak gerhana. Apogee Bulan saat itu diperhitungkan memiliki jarak 406.220 kilometer.

Jarak rata-rata Bumi – Bulan adalah sebesar 384.400 kilometer. Jika jarak Bumi – Bulan untuk satu saat lebih besar dari nilai tersebut, maka ukuran tampak (apparent) cakram Bulan akan terlihat lebih kecil kala disaksikan dari Bumi. Fenomena ini akan cukup jelas pada saat terjadinya Bulan purnama. Dalam astronomi, Bulan purnama yang terjadi dalam waktu berdekatan dengan apogee Bulan disebut sebagai Bulan purnama apogean. Namun bagi khalayak ramai lebih populer dengan istilah Minimoon, sebuah lawan-kata dari istilah Supermoon. Sejak awal abad ke-21 hingga beberapa tahun ke depan, Minimoon selalu terjadi di setiap bulan Juli hingga Agustus, sementara Supermoon di setiap bulan Desember hingga Januari.

Gambar 3. Perbandingan ukuran Bulan antara saat Bulan purnama perigean (Supermoon) dengan saat purnama jelang Gerhana Bulan Sebagian 7-8 Agustus 2017. Diabadikan dengan instrumen yang sama. Nampak Bulan saat purnama perigean sedikit lebih besar. Sumber: Sudibyo, 2017.

Kecepatan gerak Bulan dalam mengelilingi Bumi tergantung pada posisinya. Saat berada di perigee (titik terdekat ke Bumi), Bulan bergerak paling cepat. Sebaliknya pada saat berada di apogee ia menjadi yang paling lambat. Maka saat Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018 terjadi, gerak Bulan sedang dalam keadaan paling lambat. Inilah yang menjadikan durasi totalitasnya cukup besar, selain bahwa pada saat gerhana terjadi lintasan pergerakan Bulan tepat hampir menyentuh pusat bundaran umbra. Kombinasi dua hal tersebut menjadikan durasi totalitas Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018 adalah yang terpanjang bagi abad ke-21 TU.

Keterlihatan Gerhana Bulan

Salah satu aspek istimewa dalam peristiwa Gerhana Bulan adalah tahap-tahap gerhananya terjadi pada waktu yang sama pada titik-titik manapun dalam wilayah gerhana. Jika ada perbedaan, maka perbedaan tahap-tahap gerhana antara satu titik dengan titik lainnya hanyalah dalam orde detik. Dengan demikian durasi gerhana Bulan di setiap titik pun dapat dikatakan adalah sama.

Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018 memiliki wilayah gerhana cukup luas mencakup lebih dari separuh bola Bumi yang sedang berada dalam situasi malam hari. Yakni melingkupi seluruh benua Eropa, Afrika, Australia serta hampir seluruh Asia (kecuali sudut timur laut Russia) dan sebagian Amerika (khususnya Amerika selatan). Luasan wilayah gerhana terbagi menjadi dua, yakni wilayah yang mengalami gerhana secara utuh dan wilayah yang mengalami gerhana secara tak utuh (saat Bulan mulai terbenam maupun mulai terbit).

Gambar 4. Peta wilayah Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018 secara global. Perhatikan bahwa hampir segenap Indonesia merupakan bagian dari wilayah yang mengalami gerhana secara tidak utuh. Yakni Gerhana Bulan terjadi di Indonesia saat Bulan sedang dalam proses terbenam. Sehingga tidak seluruh tahap gerhana bisa disaksikan, sepanjang langit cerah. Sumber: Sudibyo, 2018 dengan basis NASA, 2018.

Hampir segenap Indonesia tercakup ke dalam wilayah yang mengalami gerhana meski secara tak utuh. Karena Gerhana Bulan terjadi di Indonesia manakala Bulan sedang dalam proses terbenam. Jadi tidak seluruh tahap gerhana bisa disaksikan mengingat Bulan sudah keburu terbenam (dan sebaliknya sudah Matahari terbit). Karena itulah maka propinsi Papua hanya bisa menikmati Gerhana Bulan ini sebelum akhir tahap total (U3) saja. Sementara segenap daerah yang ada di antara pulau Sulawesi hingga sisi barat pulau Irian (yakni propinsi Irian Jaya Barat) beserta sebagian propinsi Nusa Tenggara Timur dan Kalimantan Utara hanya sanggup mengalami gerhana sebelum akhir tahap parsial (U4). Sisanya, kecuali sebagian pulau Sumatra, masih lebih beruntung karena mengalami Gerhana Bulan hingga sebelum tahap akhir gerhana (P4). Hanya propinsi Aceh, Sumatra Utara, Sumatra Barat dan Riau saja yang berkesempatan menyaksikan gerhana secara utuh.

Gerhana Bulan Total merupakan gerhana Bulan yang kasat mata. Sehingga dapat kita amati tanpa bantuan alat optik apapun, sepanjang langit cerah. Namun penggunaan alat bantu optik seperti kamera dan teleskop akan menyajikan hasil yang lebih baik. Sepanjang dilakukan dengan pengaturan (setting) yang tepat sesuai dengan tahap-tahap gerhana. Detail teknis pemotretan untuk mengabadikan gerhana ini dengan menggunakan kamera DSLR (digital single lens reflex) tersaji berikut ini :


Mars Terdekat ke Bumi

Selain Gerhana Bulan Total, Juli 2018 TU juga ditandai dengan peristiwa langka, yakni saat Mars berkedudukan terdekat dengan Bumi. Terdekat dalam arti yang sesungguhnya, yakni dalam hal jarak. Pada Selasa 31 Juli 2018 TU pukul 14:51 WIB yang bertepatan dengan 18 Zulqaidah 1439 H (dalam takwim Kementerian Agama RI) atau 17 Zulqaidah 1439 H (dalam kalender Nahdlatul ‘Ulama) Mars diperhitungkan akan berjarak 57,59 juta kilometer dari Bumi kita, dihitung dari pusat Bumi ke pusat Mars. Terakhir kali Mars berada pada posisi yang lebih dekat ke Bumi ketimbang saat ini adalah pada 15 silam. Tepatnya pada 27 Agustus 2003 TU dimana saat itu Bumi dan Mars hanya terpisahkan jarak sebesar 55,7 juta kilometer saja.

Gambar 5. Simulasi panorama langit malam pada saat puncak Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018 dilihat dari Jakarta, Indonesia. Atas = utara, kanan = barat. Nampak Bulan sangat berdekatan dengan Mars, dengan jarak sudut (elongasi) hanya sekitar 10º. Sumber: SkyMapOnline, 2018.

Karena berkedudukan cukup dekat dengan Bumi dibanding biasanya, maka Mars akan bertambah terang. Pada 31 Juli 2018 TU itu Mars bakal menjadi benda langit alami terterang nomor tiga di langit malam setelah Bulan dan Venus. Diperhitungkan Mars akan memiliki magnitudo semu hingga -3, atau 10 kali lebih benderang dibandingkan kondisi biasanya. Perubahan kecemerlangan ini akan mudah dideteksi bahkan tanpa menggunakan alat bantu optik apapun.

Baik Mars maupun Bumi adalah planet-planet yang beredar mengelilingi Matahari dalam lintasannya masing-masing. Mars tergolong dalam kelompok planet superior, yakni planet-planet yang orbitnya lebih jauh terhadap Matahari dibandingkan orbit Bumi. Maka dalam sudut pandang kita di Bumi, ada dua peristiwa unik yang terkait erat dengan posisi Bumi dan Mars dalam orbitnya masing-masing terhadap Matahari. Yakni peristiwa konjungsi (ijtima’) dan oposisi (istikbal).

Konjungsi Mars – Matahari terjadi saat Bumi, Mars dan Matahari terletak dalam satu garis lurus dengan kedudukan Matahari di tengah-tengah. Sehingga Mars akan terlihat sangat berdekatan atau bahkan menghilang di balik Matahari saat dilihat dari Bumi. Dalam peristiwa ini maka Matahari dan Mars akan terbit dan terbenam pada saat yang hampir sama dilihat dari Bumi. Saat itu terjadi maka Mars akan memiliki jarak terpanjangnya terhadap Bumi, yakni mencapai 400 juta kilometer. Pada saat konjungsi Mars – Matahari terjadi, Mars berada dalam kondisi paling redup dengan magnitudo semu +1,6.

Sedangkan oposisi Mars – Matahari adalah sebaliknya, yakni saat Bumi, Mars dan Matahari terletak dalam satu garis lurus dengan kedudukan Bumi di tengah-tengah. Sehingga Mars akan bertolak belakang terhadap kedudukan Matahari. Dengan kata lain, pada saat oposisi Mars terjadi maka planet itu tepat akan terbit kala Matahari tepat terbenam. Dan demikian pula sebaliknya. Saat oposisi Mars terjadi maka ia akan berada pada kondisi paling terang dan jaraknya ke Bumi pun adalah yang terpendek.

Gambar 6. Ilustrasi perubahan diameter tampak (apparent) Mars dari waktu ke waktu antara sebelum oposisi, pada saat oposisi 2018 dan setelah oposisi. Sumber: ALPO, 2018.

Mars memiliki orbit yang berjarak rata-rata 1,524 SA (satuan astronomi) terhadap Matahari sehingga mempunyai periode revolusi sideris 1,88 tahun. Namun demikian konjungsi maupun oposisi Mars – Matahari tidak terjadi setiap 1,88 tahun sekali. Dengan mempertimbangkan periode revolusi Bumi, maka Mars memiliki periode revolusi sinodis sebesar 2,135 tahun atau setara dengan 780 hari. Maka setiap 2,135 tahun inilah konjungsi Mars – Matahari terjadi. Demikian halnya oposisi Mars – Matahari.

Oposisi Mars 2018 sejatinya akan terjadi pada 27 Juli 2018 TU pukul 12:07 WIB, atau hanya 15 jam sebelum puncak Gerhana Bulan Total 28 Juli 2018. Sementara jarak terdekat Mars ke Bumi dicapai dalam empat hari kemudian, yang terjadi karena Mars mengalami dua kondisi sekaligus. Yakni oposisi Mars itu sendiri dan Mars yang sedang bergerak menuju titik perihelionnya (akan dicapai pada 15 September 2018 TU mendatang. Kombinasi dua hal ini sering disebut sebagai oposisi perihelion, umumnya terjadi setiap 15 hingga 17 tahun sekali.

Referensi :

SkyMapOnline, 2018.

Beish. 2018. The 2018 Perihelic Apparition of Mars. The Association of Lunar and Planetary Observers (ALPO), diakses 25 Juli 2018 TU.

Espenak & Meeus. 2009. Five Millennium Canon of Lunar Eclipse, – 1999 to +3000 (2000 BCE to 3000 CE). NASA Tech.Pub. 2008-214173, NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland.

Roket Terkuat Sejagat yang Menerbangkan Mobil Termahal

Sebuah sejarah baru nan ganjil tercipta pada Rabu 7 Februari 2018 Tarikh Umum (TU) antara pukul 03:45 WIB hingga 09:30 WIB lalu. Sebuah mobil sport komersial bertenaga listrik berwarna merah melayang di antariksa dekat Bumi. Mobil bermerk Tesla Roadster produksi tahun 2008 TU ini mengedari planet biru kita pada sebentuk orbit lonjong dengan ketinggian bervariasi mulai 184 kilometer hingga 6.953 kilometer, semuanya dari paras air laut rata-rata (dpl). Kemiringan bidang orbitnya terhadap bidang ekuator Bumi, atau inklinasi orbit, adalah 29º. Periode orbitalnya 165 menit, bermakna setiap 2,75 jam sekali mobil sport ini menyelesaikan sekali putaran mengelilingi Bumi.

Gambar 1. Mobil listrik Tesla Roadster dan boneka Starman sesaat setelah mulai meninggalkan lingkungan pengaruh gravitasi Bumi pada Rabu 7 Februari 2018 TU pukul 09:30 WIB. Foto ikonis ini diabadikan dari salah satu kamera yang turut serta dalam penerbangan antariksa Tesla Roadster. Bumi nampak di latar belakang. Sumber: SpaceX, 2018.

Dummy Payload

Mobil sport di beredar orbit Bumi laksana satelit saja sudah cukup ganjil. Ini belum pernah terjadi sepanjang sejarah penerbangan antariksa. Namun keganjilan itu masih ditambah lagi oleh hadirnya sesosok manekin/boneka berjuluk Starman yang mengenakan baju antariksawan dan duduk di sisi pengemudi pada mobil dengan setir kiri ini. Sejumlah kamera, minimal tiga buah, menyoroti Tesla Roadster dan Starman-nya dari berbagai sisi. Semuanya memiliki massa sekitar 1,4 ton. Tatkala sudah mengangkasa, kamera-kamera ini pun menyajikan tayangan liputan langsung yang diunggah ke laman video populer. Seperti terlihat berikut ini :

Tak pelak kehebohan besar pun tercipta dan membelah dunia. Sebagian melihatnya keren dan unik. Sementara sebagian lagi mencibirnya, beranggapan hanya membuang-buang duit sembari menciptakan jenis baru sampah antariksa. Kalangan cendekiawan pun demikian. Sebagian mereka mengkritisi aksi Tesla Roadster dan Starman. Mulai dari mengapa tidak mengirim muatan lebih berharga yang bisa membantu menyokong peradaban manusia modern seperti halnya satelit-satelit buatan, mengingat banyak diantaranya yang masih antri menunggu terbang. Hingga kekhawatiran potensi kontaminasi benda langit lain oleh bakteri bandel yang terbawa dari Bumi, mengingat baik Tesla Roadster dan Starman tidak disterilkan lebih dulu sebelum terbang.

Dalam khasanah penerbangan antariksa, mobil Tesla Roadster dan boneka Starman itu sejatinya hanyalah dummy payload atau muatan inert. Mereka dipilih sebagai bagian unjuk kebolehan penerbangan perdana roket angkut berat Falcon Heavy milik perusahaan Space Exploration Technologies, atau SpaceX. Target uji terbang ini adalah mendemonstrasikan kemampuan roket Falcon Heavy untuk lepas landas, lantas tingkat terbawah (booster) bisa mendarat kembali dengan selamat pada landasan pendaratan masing-masing. Selanjutnya roket tingkat teratas (upperstage) bisa dimatikan dan dinyalakan ulang sesuai kebutuhan berdasarkan orbit tujuan yang ditargetkan. Dengan kemampuan seperti itu, upperstage mampu mengantar muatannya menuju berbagai tingkat orbit. Mulai dari orbit geostasioner hingga orbit heliosentris.

Gambar 2. Roket berat Falcon Heavy saat lepas landas dari landasan nomor 39A yang bersejarah di kompleks Tanjung Canaveral, Florida (AS) pada Kamis 7 Februari 2018 TU pukul 03:45 WIB. Dalam penerbangan antariksa bersejarah ini nampak bagian-bagian struktur roket tingkat dua ini, yang ditambahkan kemudian. Sumber: SpaceX, 2018.

Pilihan Elon Musk, pendiri sekaligus direktur utama dan pemegang saham terbesar SpaceX, akan dummy payload nampaknya bersandar pada pengalaman buruk SpaceX masa silam. Kala mengembangkan roket Falcon 1, SpaceX harus menelan pil pahit saat uji terbang perdana 24 Maret 2006 TU gagal. Meski berhasil lepas landas, namun mesin roket Falcon 1 mendadak mati hanya setengah menit pasca meluncur. Akibatnya muatan mahal berupa satelit FalconSAT-2 milik Departemen Pertahanan AS terpaksa jatuh berdebum mencium Bumi tanpa bisa digunakan lagi. Kegagalan juga menghampiri Falcon 1 pada dua peluncuran berturut-turut berikutnya, masing-masing 21 Maret 2007 TU dan 3 Agustus 2008 TU. Dalam dua peluncuran tersebut roket hancur di udara, membuat satelit-satelit milik Departemen Pertahanan AS dan badan antariksa AS (NASA) turut remuk.

Tidak Dari Nol

Falcon Heavy adalah roket angkut berat produk pengembangan evolutif semenjak 2004 TU. Dalam rancangan terakhirnya ia ditargetkan memiliki kapasitas muatan dalam skala luar biasa. Ia berkemampuan mengangkut 68,3 ton muatan ke orbit rendah (tinggi kurang dari 2.000 kilometer dpl) pada inklinasi 28º. Ke orbit transfer geostasioner (tinggi maksimum 35.900 kilometer dpl) pada inklinasi 27º, Falcon Heavy sanggup mengangkut 26,7 ton muatan. Ke orbit heliosentris (mengelilingi Matahari) dengan tujuan akhir ke orbit Mars, Falcon Heavy sanggup membawa 16,8 ton muatan. Bahkan bila tujuan akhirnya ke orbit Pluto sekalipun, tentu dalam orbit heliosentris, Falcon Heavy masih sanggup mengangkut 3,5 ton muatan. Jadi pada dasarnya ini jenis roket yang mampu mengantar muatan ke bagian manapun tata surya kita.

Kemampuan ini jelas mengesankan, mengingat pesawat ulang-alik AS yang melegenda, kini sudah pensiun, ‘hanya’ sanggup mendorong 27,5 ton muatan ke orbit rendah. Sedangkan bila dibandingkan dengan kapasitas angkut roket-roket berat serupa yang masih aktif pada saat ini seperti Delta IV Heavy, Ariane 5 dan Proton-M, Falcon Heavy masih jauh lebih unggul. Demikian halnya dengan ongkos peluncuran untuk setiap kilogram massa muatan, Falcon Heavy tetap jauh lebih unggul.

Ada dua faktor yang membuat roket Falcon Heavy jauh lebih murah dalam hal ongkos peluncuran ketimbang roket-roket berat sejawatnya. Yang pertama, Falcon Heavy tidaklah dibangun dari nol. Akan tetapi melanjutkan pengembangan roket Falcon 9, kuda beban SpaceX saat ini. Komponen-komponen roket Falcon 9, yang sebagian diantaranya diproduksi industri berskala kecil dan menengah, dapat digunakan juga dalam Falcon Heavy. Struktur Falcon Heavy sendiri pada dasarnya serupa Falcon 9, yakni sebagai roket bertingkat dua. Keduanya sama-sama memiliki booster (lowerstage) dan upperstage. Keduanya juga sama-sama hanya memiliki satu upperstage. Bedanya booster Falcon Heavy berjumlah tiga buah, terdiri dari dua side booster di samping dan satu core booster di tengah. Sementara Falcon 9 hanya memiliki sebiji booster. Namun booster Falcon Heavy sejatinya adalah tiga booster Falcon 9 yang digandeng paralel menjadi satu.

Gambar 3. Roket Falcon 9, tepatnya Falcon 9 FT (Full Thrust), saat mulai mengangkasa dari landasan nomor 40 di kompleks Tanjung Canaveral pada 14 Agustus 2016 TU silam dengan membawa muatan komersial satelit komunikasi JCSAT-16. Sebulan kemudian upperstage-nya mengalami reentry di atas Jawa Timur dan sisa-sisanya jatuh di pulau Madura. Roket berat Falcon Heavy dikembangkan dari roket Falcon 9 ini. Sumber: SpaceX, 2016.

Penggunaan komponen yang sama membuat biaya perakitan Falcon Heavy lebih murah. Namun hal itu juga tak terlepas dari faktor kedua, yakni konsep daya pakai ulang. Selagi Falcon Heavy dirancang di atas kertas, SpaceX juga bereksperimen dengan konsep daya pakai ulang bagi roket Falcon 9. Sejara penerbangan antariksa hingga 2015 TU memperlihatkan daya pakai ulang tak pernah meraup sukses sesuai harapan. Di masa lalu wantariksa (wahana antariksa) ulang-alik menerapkan konsep ini secara parsial. Komponen yang bisa dipakai lagi berulang-ulang adalah dua booster berbahan bakar padat dan pesawat ulang-alik. Sementara tanki bahan bakar eksternal dirancang hanya sekali pakai untuk kemudian dibuang dan hangus dalam proses reentry di ketinggian atmosfer.

Aplikasi konsep daya pakai ulang pada wantariksa ulang-alik merupakan jawaban atas begitu mahalnya ongkos peluncuran roket-roket Saturnus 5 yang menjadi pendahulunya. Akan tetapi wantariksa ulang-alik juga mengemban misi antariksa berawak, yang bisa mengangkut hingga 7 astronot, membuat biaya keamanannya melonjak. Terlebih pasca tragedi meledaknya wantariksa Challenger pada 28 Januari 1986 TU. Maka penghematan yang diidam-idamkan pada wantariksa ulang-alik pun meredup. Peluncuran wantariksa ulang-alik pun akhirnya sama mahalnya dengan Saturnus 5.

Era Baru Penerbangan Antariksa

SpaceX juga menyiasati konsep daya pakai ulang secara parsial, awalnya pada booster. Booster SpaceX memang nampak seperti roket-roket lain umumnya, yakni berupa tabung panjang yang volumenya sangat didominasi bahan bakar dan bahan pengoksid. Bedanya, SpaceX berinovasi menjadikan booster bisa mendarat kembali secara vertikal ke landasan pendaratan tertentu usai menjalankan tugas. Caranya mulai dari membalikkan arah terbang booster menggunakan semburan nitrogen dingin usai menjalani tahap pelepasan (staging). Lantas mengendalikan arah terbangnya melalui empat sirip jala-jala yang bisa dibuka-tutup-putar hingga mereduksi kecepatan lewat penyalaan ulang sebagian mesin roket Merlin 1D. Dan akhirnya memasang empat buah kaki pendarat untuk menyokong booster tetap tegak begitu telah mendarat.

Gambar 4. Diagram implementasi konsep daya pakai ulang (reusability) parsial pada roket Falcon 9. Booster akan didaratkan kembali setelah bertugas, sementara upperstage hanya bisa sekali pakai untuk kemudian dibuang. Roket berat Falcon Heavy juga mengadaptasi konsep daya pakai ulang parsial yang mirip. Bedanya Falcon Heavy harus mendaratkan ketiga booster-nya sekaligus dan mendaratkan pula cangkang-cangkang sungkup muatan dengan selamat. Sumber: SpaceX, 2016.

Ujicoba konsep daya pakai ulang dilakukan dalam sejumlah penerbangan komersial roket Falcon 9 sebagai eksperimen tambahan pasca setiap roket menunaikan tugas utamanya. Setelah mencoba berulang-ulang dengan sejumlah kegagalan, akhirnya SpaceX mencetak sukses lewat variannya, roket Falcon 9 FT (Full Thrust) penerbangan ke-20. Dimana booster mendarat selamat di landasan darat pada 22 Desember 2015 TU pasca mengantar muatan komersial 11 satelit Orbcomm-OG2 ke orbit rendah. Sementara sukses pendaratan misi antariksa ke orbit geostasioner diperoleh dalam penerbangan ke-24 pada 6 Mei 2016 TU lewat peluncuran satelit komunikasi JCSAT-14. Booster mendarat di tengah laut pada sebuah kapal bekas yang didesain ulang sebagai landasan landasan bargas (droneship). Peluncuran satelit geostasioner berikutnya, yakni JCSAT-16, tercatat di Indonesia karena upperstage-nya mengalami reentry di atas Jawa Timur dan sisa-sisanya mendarat di selatan Pulau Madura.

Hingga dua tahun kemudian, tepatnya hingga awal Februari 2018 TU, SpaceX telah sukses mendaratkan 21 buah booster Falcon 9 FT dalam 20 misi antariksa berbeda. Enam diantaranya telah diterbangkan kembali dalam misi antariksa yang lain. Konsep daya pakai ulang pun mulai menjadi rutinitas. Ongkos peluncuran pun mulai bisa ditekan, dimana untuk roket Falcon 9 FT menjadi 30 % lebih murah. Era baru penerbangan antariksa yang menjanjikan biaya lebih murah pun dimulai.

Gambar 5. Momen pendaratan booster roket Falcon 9 FT di landasan bargas di perairan Samudera Atlantik, dalam misi antariksa penerbangan ke-23 yang mengantar muatan kargo CRS-8 ke stasiun antariksa internasional pada 8 April 2016 TU. Keterangan bagian-bagian penting dari komponen kendali pendaratan ditambahkan kemudian. Sumber: SpaceX, 2016.

Kombinasi dua faktor itu membuat biaya pengembangan Falcon Heavy relatif kecil bila dibandingkan roket-roket berat sejenis. Elon Musk dalam satu kesempatan menyatakan SpaceX merogoh kocek hingga sedikit di atas US $ 500 juta guna membangun Falcon Heavy. Seluruhnya dibiayai dari kocek SpaceX sendiri tanpa bantuan pendanaan dari luar.

Meski demikian upaya pengembangan Falcon Heavy harus tertunda berkali-kali. Saat memperkenalkan Falcon Heavy ke publik 2011 TU silam, Musk menyatakan roket berat ini akan siap terbang dua tahun kemudian. Namun beragam masalah teknis menghinggapinya. Pada saat yang sama, berbagai problem juga berkali-kali menerpa pengembangan roket Falcon 9 dan variannya (termasuk Falcon 9 FT). Sementara Falcon Heavy dikembangkan secara paralel dengan Falcon 9. Pada akhirnya, penundaan berlangsung hingga 5 tahun lamanya sebelum Falcon Heavy benar-benar siap diluncurkan.

SpaceX menyiapkan lokasi peluncuran di landasan nomor 39A kompleks Tanjung Canaveral, Florida (AS). Ini adalah lokasi bersejarah yang digunakan dalam peluncuran roket-roket Saturnus 5 (1967-1973 TU) dan selanjutnya digunakan pula dalam peluncuran wantariksa ulang-alik (1981- 2011 TU). SpaceX menyewanya dari badan aeronotika dan antariksa AS (NASA) selama 20 tahun penuh terhitung sejak 2014 TU.

Setelah melewati hari-hari terakhir yang menegangkan, akhirnya roket berat Falcon Heavy pun siap mengangkasa. Saat berdiri tegak di landasan nomor 39A, massa total roket berat Falcon Heavy adalah 1.421 ton. Bagian bawah adalah tiga booster, masing-masing bermesin roket 9 buah, sehingga seluruhnya terdapat 27 buah mesin roket. Jumlah ini hanya bisa dikalahkan oleh roket N1, roket berat era Uni Soviet yang dibangun guna meluncurkan manusia Uni Soviet pertama ke Bulan. Tingkat pertama roket N1 itu memiliki 30 buah mesin roket.

Dua side booster Falcon Heavy ini merupakan booster Falcon 9 FT yang pernah diterbangkan dalam misi antariksa sebelumnya. Sedangkan core boosternya adalah baru, demikian halnya upperstage-nya. Di pucuk upperstage, bertumpu pada sebuah adapter khusus, bertengger muatan Tesla Roadster dan Starman beserta kamera-kameranya. Harga jual Tesla Roadster sekitar US $ 100 ribu. Dengan ongkos peluncuran sekitar US $ 2.200 per kilogram, maka secara keseluruhan Tesla Roadster itu berharga sekitar US $ 3 juta, menjadikannya mobil termahal sejagat. Muatan ini dilindungi oleh sungkup (fairing), sepasang cangkang yang mengatup menjadi satu dan melindungi muatan didalamnya selama penerbangan menembus lapisan atmosfer yang lebih padat.

Saat lepas landas, ke-27 buah mesin roket Merlin 1D menyala penuh menghasilkan daya dorong sekuat lebih dari 2.300 ton. Dorongan ini adalah yang terkuat di antara roket-roket berat aktif pada saat ini. Sepanjang sejarah penerbangan antariksa, daya dorong roket berat Falcon Heavy adalah yang yang terkuat kelima sejagat, setelah roket berat N1, Saturnus 5, Energia dan wantariksa ulang-alik. Hanya saja seluruh roket berat itu telah purna tugas. Ini menjadikan Falcon Heavy sebagai roket terkuat sejagat saat ini.

Menyinkronkan kinerja 27 buah mesin roket berbeda adalah tugas sulit. Sejarah penerbangan antariksa memiliki beberapa pengalaman tak menyenangkan. Paling menonjol adalah yang dialami roket N1. Dalam empat ujicoba penerbangannya, sebagian hingga seluruh 30 mesin roket tingkat pertamanya berjumpa beragam masalah. Mulai dari seluruh mesin mati mendadak hingga sejumlah mesin meledak. Ini berujung pada gagal terbangnya roket secara keseluruhan.

Bahkan dalam satu ujicobanya, tepatnya 3 Juli 1969 TU atau hanya dua minggu sebelum peluncuran Apollo 11, gagalnya mesin-mesin tingkat pertama roket N1 berujung jatuhnya roket berbahan bakar penuh di landasannya. Ledakan dahsyat pun terjadilah, salah satu ledakan non-nuklir terbesar yang pernah tercatat, dengan pelepasan energi sekitar 1 kiloton TNT. Buntutnya program roket N1 dibatalkan dan kelak mesin-mesinnya dijual ke AS). Akan tetapi SpaceX nampaknya telah sanggup mengatasi persoalan tersebut sehingga roket Falcon Heavy pun lepas landas dengan mulus.

Gambar 6. Detik-detik pendaratan dua side booster roket Falcon Heavy pasca menjalani penerbangan perdananya. Keduanya mendarat di landasan daratan dalam kompleks Tanjung Canaveral hanya beberapa kilometer dari landasan nomor 39A tempat Falcon Heavy lepas landas. Keduanya mendarat pada masing-masing titik yang ditentukan, yang berjarak 170 meter satu dengan yang lain. Sumber: SpaceX, 2018.

Dua setengah menit pasca lepas landas, yakni saat mencapai ketinggian kurang dari 100 kilometer dpl, Falcon Heavy mematikan dan melepaskan kedua side booster-nya. Selanjutnya kedua side booster membalik dan mengendalikan arah penerbangan selagi turun kembali ke lapisan atmosfer lebih rendah. Pada setiap booster, 3 dari 9 mesin roketnya dinyalakan ulang selama beberapa saat untuk mengurangi kecepatannya selagi masih di ketinggian. Langkah serupa dilakukan kembali disertai membukanya kaki-kaki pendarat saat side-side booster itu sudah mendekati paras Bumi. Maka hanya dalam 8 menit pasca lepas landas, koreografi manis kedua side booster membuatnya mendarat dengan selamat di landasan darat . Keduanya mendarat di dua titik berbeda yang hanya terpisah jarak 170 meter.

Langkah serupa juga dijalani core booster. Tiga menit setelah lepas landas, pada ketinggian lebih dari 100 kilometer dpl, core booster melepaskan diri dari Falcon Heavy dan mengikuti koreografi serupa side booster tadi. Hanya, karena melepaskan diri di ketinggian lebih tinggi dengan kecepatan lebih besar, maka core booster harus mendarat di landasan bargas yang mengapung di perairan Samudera Atlantik. Sayangnya pengalaman side booster tak terulang. Mengeringnya cairan pematik khusus guna penyalaan ulang mesin roket membuat core booster hanya sanggup menyalakan 1 mesin roketnya saja. Tak cukuplah untuk mengerem. Akibatnya core booster menumbuk paras Samudera Atlantik secepat 500 km/jam yang mematikan. Ia jatuh terhempas sejarak hanya 100 meter dari bargas. Hempasan tumbukan dan puing-puingnya bahkan membuat bargas mengalami kerusakan ringan.

Pasca boosterbooster-nya melepaskan diri mengikuti prinsip dasar penerbangan roket bertingkat, kini Falcon Heavy hanya terdiri dari upperstage dan muatannya saja. Di titik ini sungkup melepaskan diri sembari membuka, menjadi sepasang cangkang. Keduanya lantas mengatur arah dan sikap menggunakan roket-roket kecil yang tertanam di setiap cangkang. Sehingga ketika menurun kembali ke lapisan atmosfer lebih rendah, kedua cangkang sungkup itu memiliki sikap yang benar sehingga tidak hancur. Pada akhirnya keduanya melepaskan parasut supersonik sebagai pengerem, membuatnya cukup pelan kala mendarat di paras air Samudera Atlantik sehingga masing-masing cangkang sungkup tetap utuh dan mengapung. Langkah ini masih menjadi bagian dari jargon daya pakai ulang SpaceX, karena pembuatan sungkup muatan saja bisa menelan ongkos US $ 6 juta.

Lewat di Atas Indonesia

Tiga seperempat menit pasca lepas landas, upperstage menyalakan mesin roketnya selama 5,25 menit penuh. Membuat dirinya beserta Tesla Roadster dan Starman berpindah dari semula mengikuti lintasan balistik menjadi menyusuri orbit sirkular takstabil setinggi 185 kilometer dpl. Dan 28,5 menit pasca lepas landas, kala tiba di atas Afrika Selatan, mesin roket upperstage dinyalakan kembali. Kali ini hanya selama 30 detik, namun cukup untuk mendorong Tesla Roadster dan Starman ke orbit parkir nan lonjong dengan ketinggian bervariasi antara 184 kilometer hingga 6.953 kilometer. Praktis tinggi orbit Tesla Roadster dan Starman menembus sabuk van Allen yang penuh radiasi sebagai pengorbanannya dalam melindungi Bumi. Sejak itu pula Tesla Roadster dan Starman menyedot perhatian dunia. Siaran langsung akan keduanya berjalan selama 4 jam penuh. Meski sesungguhnya Tesla Roadster membawa batere yang sanggup memasok arus listrik mencukupi hingga 12 jam pasca lepas landas.

Gambar 7. Peta lintasan upperstage Falcon Heavy beserta muatannya (Tesla Roadster dan Starman) kala masih menghuni orbit parkir pada 7 Februari 2018 TU antara pukul 03:45 hingga 09:30 WIB. Pada lintasannya yang kedua, mereka sempat lewat di atas Indonesia tepatnya di antara pukul 08:00 WIB hingga 08:30 WIB. Peta digambar oleh Marco Langbroek, astronom amatir Belanda. Sumber: Langbroek, 2018.

Selama menyusuri orbit parkirnya, Tesla Roadster dan Starman sempat lewat di atas Indonesia. Tepatnya di antara pukul 08:00 hingga 08:30 WIB. Tesla Roadster dan Starman melintas dari barat daya menuju timur laut. Awalnya Tesla Roadster dan Starman melintas di atas pulau Lombok (propinsi Nusa Tenggara Barat) sekitar pukul 08:04 WIB. Beberapa menit kemudian tepatnya sekitar pukul 08:15 WIB keduanya sudah melejit jauh sehingga ada di atas pulau Buru (propinsi Maluku). Dan sekitar pukul 08:20 WIB Tesla Roadster dan Starman sudah tiba di atas perairan Raja Ampat (propinsi Irian Jaya Barat) nan elok.

Melintasnya Tesla Roadster dan Starman di atas Indonesia adalah momen terakhir keduanya berada di dekat Bumi. Sebab berselang sejam kemudian SpaceX kembali menyalakan ulang mesin roket upperstage-nya. Kali ini durasinya cukup lama, hingga lebih dari 8 menit, pada tahap yang disebut SOI (Solar Orbit Injection). Dorongan kuat membuat Tesla Roadster dan Starman memiliki kecepatan mencukupi untuk lepas dari kungkungan gravitasi Bumi dan berubah menjadi benda langit buatan pengorbit Matahari dengan orbit heliosentris. Tahap SOI ini dapat disaksikan langsung oleh sebagian benua Amerika khususnya pantai barat AS, negara-negara Amerika Tengah dan Brazil. Mesin roket yang menyala dalam tahap ini nampak sebagai bintik cahaya besar yang cukup terang, lebih terang dari Venus, dan nampak laksana sorot lampu yang bergerak.

Seperti terlihat berikut, berdasarkan rekaman dari Observatorium MMT di University of Arizona (AS), upperstage Falcon Heavy dalam tahap SOI terlihat bergerak dari arah barat ke selatan :

upperstage Falcon Heavy beserta muatannya (Tesla Roadster dan Starman) lalu menempati orbit lonjong dengan periode 1,53 tahun, inklinasi 1º, perihelion 0,986 SA (147,5 juta kilometer) dan aphelion 1,664 SA (248,9 juta kilometer). Ini menempatkan mereka berkeliaran mulai dari lingkungan sekitar orbit Bumi di perihelionnya hingga melambung ke bagian dalam kawasan Sabuk Asteroid Utama di aphelionnya, melampaui orbit Mars. Meski demikian perhitungan menunjukkan mereka takkan singgah dekat-dekat baik ke Mars maupun Bumi hingga berdekade-dekade mendatang. Diperhitungkan pada Kamis 8 Februari 2018 TU pukul 11:20 WIB, Tesla RoadsterStarmanupperstage telah lebih jauh dari orbit Bulan. Pada Senin dinihari 12 Februari 2018 TU pukul 01:00 WIB, Tesla RoadsterStarmanupperstage telah meninggalkan ruang pengaruh gravitasi sistem Bumi-Bulan. Sekitar bulan Juli 2018 TU mendatang Tesla RoadsterStarmanupperstage akan melintasi orbit Mars (namun berjarak puluhan juta kilometer dari planet merah itu) dan pada bulan November 2019 TU akan mencapai titik aphelionnya.

Siaran langsung Tesla Roadster dan Starman berakhir menjelang tahap SOI, meski arus listrik dari baterenya masih mencukupi. Masalahnya adalah jarak yang kian menjauh, sehingga kuat sinyal elektromagnetiknya merosot drastis sebagai fungsi kuadrat terbalik dari pertambahan jarak. Sehingga kekuatan sinyalnya telah merosot dibawah ambang batas yang bisa diterima antenna-antenna SpaceX. Mulai saat itu giliran para astronom mengambil alih, memelototi gerak-geriknya dengan bersenjatakan teleskop-teleskop modern di sejumlah observatorium.

Misalnya observasi dari tim Elecnor Deimos, perusahaan teknologi aeronotika dan antariksa yang bermarkas di Spanyol.Elecnor Deimos merekam gerak Tesla RoadsterStarmanupperstage pada hari Kamis 8 Februari 2018 TU pukul 13:10 WIB pada jarak 520.000 kilometer dari Bumi. Ada juga timVirtual Telescope, mengamati pada hari yang sama mulai pukul 18:10 WIB hingga sejam kemudian dengan memanfaatkan teleskop robotik di Observatorium Tenagra, Arizona (AS). Selanjutnya ada Observatorium Las Cumbres di Cerro Tololo (Chile) yang turut berpartisipasi. Dan masih banyak lagi.

Hasil observasiElecnor Deimos :

Hasil observasiVirtual Telescope:

Hasil observasi Marco Langbroek:

Observasi-observasi para astronom tersebut memperlihatkan bahwa Tesla RoadsterStarmanupperstage kini telah sangat redup, lebih redup ketimbang Pluto. Magnitudo semunya bervariasi antara +17 hingga +18. Variasi ini disebabkan oleh rotasi Tesla RoadsterStarmanupperstage pada sumbunya (tepatnya pada sumbu upperstage) dengan periode rotasi 4,7 menit. Rotasi ini umumnya disebut sebagai barbecue roll, yang biasa dilakukan wantariksa antarplanet sebagai upaya untuk menjaga agar tidak ada bagian yang terpapar sinar Matahari terlalu lama.

Gambar 8. Plot variasi kecerlangan Tesla RoadsterStarmanupperstage berdasarkan observasi Erik Dennihiy (University of North Carolina Chapel Hill) pada 11 Februari 2018 TU. Dari plot ini diketahui bahwa Tesla RoadsterStarman-uperstage berputar pada sumbunya dengan pola barbecue roll pada periode rotasi 4,7 menit. Sumber: Dennihiy, 2018.

Layaknya hal-hal populer lainnya, keputusan SpaceX untuk menerbangkan Tesla Roadster dan Starman ke antariksa dalam uji terbang perdana roket berat Falcon Heavy tak lepas dari pro dan kontra. Meski peran utama Tesla Roadster dan Starman sejatinya hanyalah dummy payload. Akan tetapi di atas pro dan kontra tersebut, ini adalah keputusan yang jenius. Animo besar dunia terhadap tayangan langsung Tesla Roadster dan Starman mengapung di antariksa tak pelak menjadi iklan gratis, atau setidaknya berbiaya cukup murah, dalam memperkenalkan roket Falcon Heavy sebagai roket baru. Ini sangat berbeda dengan langkah-langkah pengenalan roket baru lainnya yang sudah pernah dilakukan, yang terkesan lebih formal dengan standar agak membosankan sehingga jarang menggamit perhatian publik.

Kini praktis sebagian besar dunia mengetahui bahwa telah ada roket Falcon Heavy. Roket berat yang mampu melayani pengantaran muatan untuk beragam jenis orbit, mulai dari orbit rendah dan orbit geostasioner di Bumi hingga ke orbit heliosentris ke sudut manapun dalam tata surya kita. Roket berat ini juga mampu melayani penerbangan antariksa berawak. Jenis penerbangan antariksa yang kini hanya dilayani oleh wantariksa Soyuz (Russia) dan (sedikit diantaranya) oleh wantariksa Shenzou, sementara pesawat ulang-alik sudah purna tugas. Dan yang lebih mengesankan lagi, adalah tawaran biaya penerbangan antariksa yang jauh lebih murah, bahkan termurah untuk saat ini.

Referensi :

SpaceX. 2011. SpaceX Brochure : Falcon Heavy, 9 Agustus 2011. Diakses 10 Februari 2018 TU.

SpaceX. 2018. Falcon Heavy Demonstration Mission, Press Kit, 6 Februari 2018. Diakses 10 Februari 2018 TU.

Drama Schiaparelli, Mimpi Eropa dan Kutukan Mars

Piring terbang raksasa itu bernama Schiaparelli, wahana antariksa pendarat eksperimental (demonstrator) milik badan antariksa Eropa (ESA) yang baru saja mendarat di Mars pada Rabu 19 Oktober 2016 Tarikh Umum (TU) lalu. Seharusnya ia sudah mulai berpesta pora, melaporkan pandangan mata (baca: sensor-sensor elektronik) dari paras planet merah nan berdebu melalui gelombang radio yang disalurkan lewat satelit-satelit buatan aktif di Mars saat ini. Seperti Mars Express yang dikelola ESA, ataupun Mars Reconaissance Orbiter (MRO) dan Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN), keduanya dikelola badan antariksa Amerika Serikat (NASA). Namun suka ria itu tak terjadi. Sebaliknya ia membisu dan membeku. Membuat para pengendali misi ESA di Darmstadt (Jerman) cemas tak kepalang. Bencana kutukan Mars pun membayang dalam angan.

Gambar 1. Dua wahana antariksa dalam misi ExoMars 2016 saat telah dirakit dan menjalani pengujian pada November 2015 TU di fasilitas ESA. Keduanya adalah satelit Trace Gas Orbiter (TGO) di bagian bawah dan pendarat Schiaparelli (warna keemasan) di bagian atas. Sumber: ESA, 2015.

Gambar 1. Dua wahana antariksa dalam misi ExoMars 2016 saat telah dirakit dan menjalani pengujian pada November 2015 TU di fasilitas ESA. Keduanya adalah satelit Trace Gas Orbiter (TGO) di bagian bawah dan pendarat Schiaparelli (warna keemasan) di bagian atas. Sumber: ESA, 2015.

Schiaparelli adalah bagian dari misi antariksa ExoMars (Exobiology on Mars). Inilah bagian dari mimpi benua Eropa untuk mengeksplorasi paras Mars, setidaknya dalam 13 tahun terakhir. Tepatnya setelah ESA sukses mengorbitkan satelit Mars Express dan pada saat yang sama gagal mengoperasikan wahana pendarat Beagle 2. Beagle 2 berhasil mendarat dengan lembut di dataran Isidis Planitia namun ia membuka tak sempurna sehingga mati perlahan-lahan. Misi ExoMars terbagi ke dalam dua tahap. Tahap pertama adalah ExoMars 2016 yang mencakup satelit Trace Gas Orbiter (TGO) dan pendarat Schiaparelli. Satelit TGO bertujuan  mendeteksi dan memetakan distribusi gas-gas di dalam atmosfer Mars. Terutama metana (CH4). Juga uap air (H2O), higroperoksil (HO2), nitrogen dioksida (NO2), nitrogen monoksida (N2O), asetilena (C2H2), etilena (C2H4), etana (C2H6), formaldehida (HCHO), hidrogen sianida (HCN), hidrogen sulfida (H2S), karbonil sulfida (OCS), sulfur dioksida (SO2), hidrogen klorida (HCl), karbonmonoksida (CO) dan ozon (O3). Sensitivitas detektor TGO untuk gas-gas tersebut cukup tinggi, yakni mencapai tingkat 100 bagian per milyar. Bahkan dalam kondisi tertentu memungkinkan untuk ditingkatkan menjadi 10 bagian per milyar.

Sementara pendarat Schiaparelli ditujukan untuk mendemonstrasikan keandalan teknologi terbaru Eropa guna pendaratan lembut di permukaan Mars. Pengujian ini menjadi bagian penting bagi misi tahap kedua, yakni ExoMars 2020 yang direncanakan bakal mendaratkan robot penjelajah ke Mars,

Pendarat Schiaparelli memiliki bentuk layaknya piring raksasa dengan garis tengah 240 sentimeter,  tinggi 165 sentimeter dan massa 600 kg. Pendarat ini dilengkapi 2 parasut pengerem supersonik dan 9 mesin roket retro. Semua itu ditujukan guna mengurangi kecepatan dari semula 21.000 km/jam saat memasuki lapisan teratas atmosfer Mars (ketinggian 121 km) menjadi tinggal 4 km/jam saat hampir mendarat (ketinggian 2 meter).  Terdapat penyekat panas untuk menahan panas berlebih saat Schiaparelli mulai memasuki atmosfer Mars. Penyekat panas yang sama juga berfungsi menyerap getaran (shock absorber) saat mendarat. Proses pendaratan dijadwalkan akan berlangsung hanya dalam waktu 5 menit 53 detik secara otomatis. Schiaparelli bakal bertumpu pada sistem navigasi dengan sistem pandu sirkuit tertutup yang dipasok  radar Doppler sebagai radas/instrumen altimeter (pengukur ketinggian) dan radas navigasi inersial. Sistem navigasi inilah yang hendak diujicoba ESA.

Selain radas-radas tersebut, Schiaparelli juga dilengkapi dengan radas meteorologis DREAM (Dust characterization, Risk assessment and Environmental Analyser on the Martian surface). DREAM terdiri dari pengukur kecepatan dan arah angin (anemometer), pengukur kelembaban (higrometer), pengukur tekanan (barometer), pengukur suhu permukaan (termometer), pengukur kejernihan atmosfer dan pengukur aliran listrik di atmosfer Mars. Untuk komunikasinya terdapat antenna gelombang radio UHF dengan satelit TGO sebagai relai komunikasi dengan pengendali misi di Bumi. Seluruh radas ditenagai arus listrik berdaya 100 watt. Semula ESA bekerja sama dengan badan antariksa Rusia (Roscosmos) untuk menyiapkan batere bahang berbasis radioisotop atau RTG (radioisotope thermoelectric generator). Dengan batere ini Schiaparelli bisa ‘hidup’ di Mars selama minimal setahun, tanpa perlu repot memasang panel surya. ESA nampaknya menghindari pasokan listrik dari panel surya setelah berkaca pada kegagalan Beagle 2. Namun ruwetnya aturan dalam negeri Rusia terkait ekspor bahan berbasis radioisotop membuat penggunaan batere RTG dibatalkan dan ESA berpaling pada batere konvensional. Sehingga Schiaparelli hanya akan hidup selama 2 hingga 8 sol saja (1 sol = 1 hari Mars = 24,6 jam).

Pendarat ini diberi nama Schiaparelli, mengabadikan nama Giovanni Schiaparelli (1835-1910 TU) astronom Italia yang pertama kali mencoba memetakan topografi permukaan Mars dengan teleskopnya. Dialah yang pertama kali menyebut adanya ‘canali’  yang bermakna saluran dalam bahasa Italia, namun secara keliru diterjemahkan publik luas sebagai kanal (buatan). Istilah ‘canali’ Schiaparelli kemudian memicu heboh internasional terkait potensi kehidupan cerdas menyerupai manusia di Mars.

Drama

Gambar 2. Keping-keping upperstage Breeze-M seperti teramati oleh Observatorium OASI di Brazil dalam program pemantauan peluncuran ExoMars 2016 oleh ESA. Terlihat sedikitnya 9 keping berukuran besar di sini, hasil meledaknya upperstage tersebut pasca sukses mengantar satelit TGO dan pendarat Schiaparelli ke orbit tujuan. Sumber: ESA, 2016.

Gambar 2. Keping-keping upperstage Breeze-M seperti teramati oleh Observatorium OASI di Brazil dalam program pemantauan peluncuran ExoMars 2016 oleh ESA. Terlihat sedikitnya 9 keping berukuran besar di sini, hasil meledaknya upperstage tersebut pasca sukses mengantar satelit TGO dan pendarat Schiaparelli ke orbit tujuan. Sumber: ESA, 2016.

Misi ExoMars 2016 sudan membikin drama sejak hari pertama penerbangannya. Awalnya semua terlihat berjalan mulus tatkala roket Proton-M meluncur dari landasan 200/39 di kosmodrom Baikonur pada 14 Maret 2016 TU pukul 16:31 WIB. Semua juga masih terlihat normal tatkala tingkat pertama menyala hingga kehabisan bahan bakar, lantas disusul tingkat kedua dan selanjutnya tingkat ketiga. Hingga roket pendorong teratas (upperstage) Breeze-M menyala pun, yang bertugas mendorong ExoMars 2016 melepaskan diri dari pengaruh gravitasi Bumi dan selanjutnya menempuh orbit heliosentrik (mengelilingi Matahari) menuju Mars, semua masih berjalan normal.

Bencana terjadi tatkala gabungan satelit TGO dan pendarat Schiaparelli sudah melepaskan diri dari Breeze-M. Saat jaraknya masih beberapa kilometer dan Breeze-M sedang bermanuver untuk memasuki orbit kuburan agar tak terlalu lama menjadi sampah antariksa, mendadak ia meledak. Ledakan terlihat jelas dari observatorium OASI di Brazil yang ditugasi ESA untuk mengamati peluncuran ExoMars 2016.  Malfungsi Breeze-M memang sudah terjadi berulang kali dan membikin pusing Roscosmos. Salah satu malfungsi tersebut terjadi pada 6 Oktober 2012 TU, yang membuat satelit Telkom-3 milik Indonesia terkatung-katung di langit tanpa guna.

Beruntung satelit TGO dan pendarat Schiaparelli lolos dari maut. Pengecekan sistematis memperlihatkan dampak ledakan Breeze-M sama sekali tak berpengaruh terhadap keduanya. Bersama-sama mereka mengarungi antariksa dalam perjalanan 7 bulan kalender untuk menggapai Mars. Pendarat Schiaparelli baru melepaskan diri dari satelit TGO (yang menjadi kapal induknya) pada Minggu 16 Oktober 2016 TU tatkala jaraknya tinggal 900.000 km dari planet merah. Semua juga nampak berjalan normal tatkala Schiaparelli mulai menjalani proses pendaratan. Sinyal-sinyal gelombang radio yang diterima fasilitas jaringan teleskop radio di Pune (India) memperlihatkan dengan jelas saat Schiaparelli mengembangkan kedua parasutnya. Pengembangan itu dijadwalkan terjadi pada ketinggian 11 km pada kecepatan 1.700 km/jam. Terekam juga sinyal saat Schiaparelli melepaskan diri dari penyekat panas dan parasutnya, yang dijadwalkan berlangsung pada  ketinggian 1,2 km dengan kecepatan 240 km/jam.

Tetapi setelah itu ia membisu. Analisis terhadap data rekaman pendaratan sebesar 6 megabyte yang diterima satelit TGO memperlihatkan bagaimana drama Schiaparelli, secara kasar. Schiaparelli nampaknya melepaskan parasutnya lebih awal dari rencana. Selanjutnya ia sempat menyalakan roket-roket retronya, namun hanya selama 3 detik. Setelah itu tak terdeteksi apapun. Seharusnya roket-roket retro Schiaparelli menyala selama 30 detik untuk mengurangi kecepatan dari 250 km/jam menjadi 4 km/jam. Schiaparelli membisu hanya dalam waktu 50 detik sebelum seharusnya mendarat. Tepatnya ia mendadak membisu dalam 19 detik pasca parasutnya terlepas.

Dalam pendapat saya ada tiga hal yang patut dikhawatirkan di titik ini. Pertama, Schiaparelli mungkin mengalami malfungsi pada sistem navigasinya sehingga parasut terlepas lebih awal. Atau yang kedua ia mengalami gangguan pada mesin roketnya sehingga hanya menyala 3 detik untuk kemudian meledak hingga membuat struktur Schiaparelli terpecah. Atau yang ketiga mesin roketnya mendadak macet sehingga Schiaparelli terjun bebas ke Mars dengan kecepatan yang mematikan. Butuh waktu untuk bisa memastikan apa yang sebenarnya terjadi.

Gambar 3. Gambaran simulatif saat pendarat Schiaparelli melepaskan parasut supersoniknya dan mulai menyalakan roket-roket retronya. Sejauh ini ESA mengatakan pada titik inilah masalah yang diderita pendarat Schiaparelli bermula. Sumber: ESA, 2016.

Gambar 3. Gambaran simulatif saat pendarat Schiaparelli melepaskan parasut supersoniknya dan mulai menyalakan roket-roket retronya. Sejauh ini ESA mengatakan pada titik inilah masalah yang diderita pendarat Schiaparelli bermula. Sumber: ESA, 2016.

Kutukan

Membisunya Schiaparelli sedikit menutupi sukses ESA lainnya dimana satelit TGO berhasil memasuki orbit Mars dengan selamat. Satelit itu sukses menjalani pengereman dengan menyalakan mesin roketnya selama 139 menit. Pengereman ini mengurangi 1,5 km/detik (5.400 km/jam) kecepatan satelit TGO, memungkinkannya ditangkap gravitasi Mars.

TGO pun menjalani orbit awal sangat lonjong dengan periareion (titik terdekat ke Mars) setinggi 300 km dan apoarieon (titik terjauh ke Mars) sejarak 96.000 km. Sinyal-sinyal yang diterima Pune menunjukkan satelit TGO dalam kondisi baik. Kini ia sedang menjalani pengecekan seluruh radas sebelum mulai menjalani pengereman tahap kedua dengan teknik aerobraking, yakni memanfaatkan gesekan dengan lapisan udara sangat tipis di pucuk atmosfer Mars untuk memperlambat kecepatan. Setelah aerobraking ini usai, satelit TGO akan menempati orbit sirkular setinggi 400 km di atas planet merah itu dan menjalankan tugasnya.

Masuknya satelit TGO ke orbit Mars dengan selamat membuat planet merah kini dipantau oleh enam satelit aktif sekaligus. Tiga diantaranya adalah milik Amerika Serikat yakni satelit Mars Odyssey (sejak 2001 TU), satelit MRO (sejak 2006 TU) dan satelit MAVEN (sejak 2014 TU). Dua lainnya dikelola ESA, yakni satelit TGO dan satelit Mars Express (sejak 2003 TU). Sementara satunya lagi milik India yang dikelola badan antariksa India (ISRO), yakni Mangalyaan atau Mars Orbiter Mission/MOM (sejak 2014 TU). Mars Odysses menjadi satelit aktif tertua di Mars sekaligus satelit buatan terlama yang pernah bertugas di planet lain, melampaui rekor yang sebelumnya dipegang Pioneer Venus Orbiter (14 tahun 11 bulan 27 hari).

Akan tetapi di tengah semua keberhasilan tersebut, kutukan Mars selalu membayang. Kutukan Mars adalah istilah tak resmi terkait kegagalan misi-misi antariksa yang ditujukan ke Mars, baik mengorbit (orbiter) ataupun mendarat (lander), oleh sebab yang beragam. Secara akumulatif dari awal penerbangan antariksa ke Mars, yakni misi Mars 1M no. 1 (Marsnik) yang diterbangkan eks-Uni Soviet pada 10 Oktober 1960 TU, telah ada 44 misi antariksa ke planet merah yang diselenggarakan oleh enam badan antariksa terpisah. Yakni dari Amerika Serikat, gabungan negara-negara Eropa, eks-Uni Soviet (yang dilanjutkan oleh Rusia), Jepang, Cina dan India . Dan lebih dari separuh diantaranya, yakni 25 misi (56 %) menemui kegagalan, baik total maupun parsial.

Dan dua kegagalan terakhir secara berturut-turut menimpa Eropa dan Rusia, dalam rupa Beagle 2 dan Phobos-Grunt. Jika Beagle 2 gagal beroperasi meski telah mendarat dengan baik di Mars, maka Phobos-Grunt jauh lebih tragis. Wahana antariksa hasil kerjasama Rusia dan Cina itu terperangkap pada orbit parkir 207 km x 347 km dari paras Bumi setelah diluncurkan dari kosmodrom Baikonur pada 8 November 2011 TU.  Kesalahan dalam pemrograman perangkat lunak membuat komputer Phobos-Grunt berulang-ulang mengalami restart. Sehingga mesin roket tak kunjung menyala. Selama hampir tiga bulan kemudian Phobos-Grunt tetap berada di orbit Bumi dengan ketinggian terus merendah sebelum akhirnya jatuh tersungkur di Samudera Pasifik bagian timur.

ESA memang belum mendeklarasikan pendarat Schiaparelli mengalami kegagalan, meski nampaknya hanya persoalan waktu saja untuk mengatakan hal itu. Gagalnya pendarat Schiaparelli mungkin bakal berdampak pada misi ExoMars tahap kedua (yakni ExoMars 2020). Sebab ESA dan Roscosmos harus benar-benar bisa memastikan bahwa mereka bisa mendaratkan wahana (baik pendarat maupun robot penjelajah) di paras Mars dengan lembut agar bisa bekerja sesuai rencana.

Pembaharuan : Titik Jatuh dan Penyebab

Berselang seminggu pasca menghilangnya pendarat Schiaparelli, titik dimana wahana yang malang itu mendarat telah ditemukan. Schiaparelli, atau lebih tepatnya reruntuhannya, juga telah teridentifikasi. Sementara di Bumi, ESA juga sudah mengidentifikasi dan melokalisir kemungkinan  penyebab membisunya pendarat tersebut.

Gambar 4. Dua citra satelit MRO beresolusi rendah untuk kawasan di sekitar koordinat 2,07 LS 6,21 BB di Mars yang diambil dalam dua kesempatan berbeda. Nampak bahwa dalam citra 20 Oktober 2016 TU  terdeteksi adanya bintik hitam dan bintik putih yang aneh, fitur yang tak ada dalam citra 29 Mei 2016 TU. Bintik-bintik tersebut merupakan jejak yang ditinggalkan dari proses pendaratan brutal Schiaparelli. Sumber: NASA, 2016.

Gambar 4. Dua citra satelit MRO beresolusi rendah untuk kawasan di sekitar koordinat 2,07 LS 6,21 BB di Mars yang diambil dalam dua kesempatan berbeda. Nampak bahwa dalam citra 20 Oktober 2016 TU terdeteksi adanya bintik hitam dan bintik putih yang aneh, fitur yang tak ada dalam citra 29 Mei 2016 TU. Bintik-bintik tersebut merupakan jejak yang ditinggalkan dari proses pendaratan brutal Schiaparelli. Sumber: NASA, 2016.

Lokasi dimana pendarat Schiaparelli berada sebenarnya telah terdeteksi sehari pasca ia membisu. Adalah satelit MRO yang sukses mengidentifikasinya pada saat itu meski menggunakan radas kamera beresolusi rendah yang disebut radas CTX (context camera). Pendarat tersebut sebenarnya berlabuh di titik yang tepat di lingkungan Meridiani Planum, hanya berselisih 5,4 km dari titik pusat pendaratannya. Sebelum ExoMars 2016 mengangkasa, ESA memang telah memprakirakan bahwa pendarat Schiaparelli akan berlabuh di titik manapun dalam zona pendaratannya yang berbentuk bidang ellips seluas 100 x 15 kilometer persegi di lingkungan Meridiani Planum. Titik dimana pendarat Schiaparelli akhirnya benar-benar berlabuh berjarak 54 km sebelah barat laut dari Opportunity, robot penjelajah Amerika Serikat yang mendarat pada 2004 TU silam dan hingga kini masih aktif beroperasi.

Citra satelit MRO dengan resolusi 6 meter/pixel pada  20 Oktober 2016 TU memperlihatkan reruntuhan Schiaparelli tergolek pada koordinat 2,07 LS 6,21 BB. Ia tergolek dalam sebuah bintik hitam yang mengesankan sebagai kawah dalam bidang seluas 15 x 40 meter persegi. Sekitar 1 kilometer di sebelah selatannya ditemukan bintik putih, yang diinterpretasikan sebagai sisa parasut supersonik Schiaparelli. Saat dibandingkan dengan lokasi yang sama dalam citra yang dibidik dengan radas yang sama pada 29 Mei 2016 TU diketahui bahwa bintik hitam dan  putih dan bintik samar tersebut belum ada. Sehingga dapat dipastikan bahwa fitur-fitur tersebut adalah jejak yang ditinggalkan dalam proses pendaratan Schiaparelli yang tragis.

Selanjutnya pada 26 Oktober 2016 TU, satelit MRO kembali melintas di atas lokasi pendaratan Schiaparelli. Kali ini ia mengerahkan radas terkuatnya, yakni HiRISE (High Resolution Imaging Science Experiment). Dan benar, bintik hitam tersebut merupakan reruntuhan pendarat Schiaparelli. Ia tergolek berantakan dalam kawah bergaris tengah sekitar 2,4 meter yang menyipratan material tanah Mars ke sekelilingnya. Sementara bintik putih itu memang benar parasut supersonik Schiaparelli. Ia ditemukan masih terikat dengan backshell, yakni separuh-belakang sungkup penyekat panas milik Schiaparelli. Pada saat pendarat ini melepaskan parasutnya, pada hakikatnya ia melepaskan diri dari backshell-nya yang bergaris tengah 240 cm. Sementara separuh-depan sungkup penyekat panas Schiaparelli (frontshell) ditemukan sekitar 1 km sebelah timur laut kawah.

Gambar 5. Citra satelit MRO beresolusi tinggi yang diambil pada 26 Oktober 2016 TU untuk kawasan sekitar koordinat 2,07 LS 6,21 BB di Mars. Nampak jejak kawah di lokasi jatuhnya pendarat Schiaparelli. Sekitar 1 km di selatan terdapat jejak parasut supersonik dan backshell. Sementara sekitar 1 km ke timur laut terdapat jejak frontshell. Sumber: NASA, 2016.

Gambar 5. Citra satelit MRO beresolusi tinggi yang diambil pada 26 Oktober 2016 TU untuk kawasan sekitar koordinat 2,07 LS 6,21 BB di Mars. Nampak jejak kawah di lokasi jatuhnya pendarat Schiaparelli. Sekitar 1 km di selatan terdapat jejak parasut supersonik dan backshell. Sementara sekitar 1 km ke timur laut terdapat jejak frontshell. Sumber: NASA, 2016.

Analisis ESA memperlihatkan pendarat Schiaparelli jatuh menumbuk tanah Mars dengan kecepatan sekitar 300 km/jam setelah ia terjun bebas dari ketinggian antara 2 hingga 4 km. Kawah bergaris tengah 2,4 meter yang dilihat satelit MRO konsisten dengan benturan obyek seberat 300 kg (yakni massa Schiaparelli minus backshell dan frontshell-nya) di pasir kering pada kecepatan mendekati 100 meter/detik. ESA juga memperlihatkan akar masalahnya, yakni adanya cacat perangkat lunak (bug). Cacat ini membuat komputer pendarat Schiaparelli mengira ia sudah berada di ketinggian 2 meter di atas tanah Mars, padahal sejatinya masih setinggi antara 2 hingga 4 km. Akibatnya komputer Schiaparelli mematikan mesin-mesin roket retro-nya, yang baru menyala selama 3 detik saja. Ini membuat pendarat Schiaparelli jatuh bebas dan menghunjam dengan kecepatan sekitar 300 km/jam. Tanki bahan bakar roketnya, yang berisi Hidrazin, pun masih penuh. Sehingga tatkala jatuh menumbuk tanah Mars, ada dugaan bahwa Hidrazin dalam jumlah hampir 45 kg itu pun meledak. Kombinasi tumbukan pada kecepatan tinggi dan ledakan Hidrazin membuat peluang Schiaparelli untuk bertahan pasca mendarat pun lenyap.

Analisis lebih lanjut memperlihatkan cacat perangkat lunak yang sama juga menjadi penyebab parasut supersonik Schiaparelli terlepas lebih awal. Perangkat lunak yang mengalami cacat tersebut adalah yang mengontrol altimeternya. Diduga, goyangan parasut supersonik Schiaparelli yang lebih liar ketimbang yang diantisipasi membuat perangkat lunak altimeternya kebingungan dan memasok data ketinggian yang keliru kepada komputer pendarat Schiaparelli.

ESA menggarisbawahi bahwa, kecuali dalam 1 menit terakhirnya, mayoritas misi ExoMars 2016 sejauh ini dapat dikatakan sukses. Segenap perangkat kerasnya bekerja sesuai harapan, demikian halnya mayoritas perangkat lunaknya. Dan cacat pada perangkat lunak pemandu pendaratan relatif lebih mudah diatasi.

Referensi :

Clark. 2016. Last Data from Schiaparelli Mars Lander Hold Clues to What Went Wrong. SpaceflightNow, Breaking News, 20 Oktober 2016.

Blancquaert. 2016. Mars Reconaissance Orbiter Views Schiaparelli Landing Site. European Space Agency.