Bila Cassini Menjadi Bola Api (di Saturnus)

Saat terakhir itu terjadi pada Jumat 15 September 2017 TU (Tarikh Umum) pukul 17:32:20 WIB. Yakni kala Cassini, salah satu wantariksa (wahana antariksa) penyelidik planet nan legendaris, mengakhiri masa tugasnya. Pada saat itulah Cassini mulai menjadi kobaran api kala tiba di ketinggian 1.650 kilometer dari paras Saturnus pada garis 10º LU. Inilah perjalanan terakhir Cassini yang dilakukannya terjun bebas menembus lapisan demi lapisan udara Saturnus, planet raksasa gas bercincin eksotis yang telah dikawalnya dengan setia dalam 13 tahun terakhir. Namun gelombang elektromagnetik terakhirnya baru diterima Bumi pukul 18:55:46 WIB, seiring demikian jauhnya jarak Saturnus ke Bumi (yakni 1.500 juta kilometer).

Gambar 1. Sepasang foto terakhir hasil bidikan wantariksa Cassini dalam beberapa belas jam sebelum terjun bebasnya ke Saturnus. Kiri: Enceladus yang berfasa sabit hampir terbenam dengan Saturnus di latar depan. Kanan: bayangan struktur cincin Saturnus (sebagai jalur kehitaman di tengah foto) di badan planet raksasa tersebut. Di sebelah utara (atas) pita hitam itulah Cassini menerjunkan dirinya. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2017.

Saat terjun bebas sebagai bola api, Cassini mencatatkan diri sebagai salah satu penyelidik planet bermasa tugas cukup lama. Ia tiba di lingkungan Saturnus pada 1 Juli 2004 TU dan terus bertahan dengan kinerja nyaris sempurna hingga 15 September 2017 TU. Jika dihitung sejak lepas landasnya, yakni pada 15 Oktober 1997 TU, maka Cassini telah berada di antariksa selama hampir 20 tahun. Sebagai pembanding Galileo, wantariksa ‘saudara’-nya yang bertugas menyelidiki Jupiter, hanya bertahan hampir 14 tahun saja di antariksa.

Purna tugasnya Cassini juga menjadi penanda bagi berakhirnya satu era menggelegak dalam khasanah penjelajahan antariksa. Yakni era wantariksa berukuran besar (dan sangat mahal) sekaligus wantariksa penyelidik planet yang lebih jauh ketimbang Mars. Era yang dipelopori oleh Pioneer 10 dan Pioneer 11 (meluncur tahun 1972 TU dan 1973 TU) dan mencapai puncaknya dengan Voyager 1 dan Voyager 2 nan fenomenal (keduanya meluncur tahun 1977 TU). Lewat dua Voyager ini praktis tak hanya Jupiter dan Saturnus yang ‘diaduk-aduk’ tetapi juga dua planet besar lainnya yakni Uranus dan Neptunus. Dalam hal ini baik Cassini maupun Galileo merupakan ‘keturunan langsung’ Voyager.

Zuhal nan Ganjil

Gambar 2. Saturnus dalam bidikan teleskop refraktor berdiameter 70 mm dari Bumi pada 4 Agustus 2014 TU silam. Meski terlihat kecil, namun bentuk cincin yang menjadi ciri khasnya terlihat jelas. Sumber: Sudibyo, 2014

Saturnus telah dikenal umat manusia sejak peradaban bermula karena dapat dilihat mata tanpa bantuan alat optik apapun. Mitologi Yunani menyebutnya Kronus dan dianggap pelindung dunia pertanian mereka, mungkin karena tampilan warna kekuningannya yang mengingatkan akan gandum. Bangsa Romawi kuno melabelinya sebagai Saturnus, dengan fungsi mirip Kronus. Di Timur, Bangsa Cina menyebutnya Tu-xing yang bermakna ‘bintang tanah.’ Tanah merupakan salah satu dari lima elemen dasar semesta dalam filosofi Cina selain air, api, logam dan kayu. Bagi bangsa Jepang kuno, planet ini dinamakan Do-sei yang juga adalah ‘bintang tanah.’ Di India kuno, Saturnus dinamakan Shani dan dikaitkan dengan pengadil segala perbuatan baik dan buruk. Dan bagi bangsa Arab, Saturnus memiliki nama Zuhal atau Zohal yang berkaitan dengan otoritas dan kekuasaan.

Meski demikian sifat-sifat fisis Saturnus baru mulai diketahui dalam empat abad terakhir. Tepatnya setelah Galileo Galilei (Italia) mengarahkan teleskop panggung rakitannya pada tahun 1610 TU. Apa yang dilihatnya mengejutkan. Saturnus seakan-akan dihiasi sepasang telinga di kiri dan kanannya. Butuh setengah abad lebih untuk menguak misteri ‘sepasang telinga’ tersebut, yakni lewat tangan Christiaan Huygens (Belanda) dengan teleskop rakitan berkemampuan pembesaran 50 kali pada tahun 1665 TU. ‘Sepasang telinga’ itu ternyata struktur cincin raksasa, sehingga kosakata planet bercincin pun sontak melekat pada Saturnus. Meski di kemudian hari, tepatnya jelang akhir abad ke-20 TU diketahui bahwa seluruh planet raksasa dalam tata surya kita (Jupiter, Saturnus, Uranus dan Neptunus) ternyata memiliki cincinnya masing-masing. Huygens juga menemukan satelit alamiah terbesar Saturnus, yang dinamakan Titan. Satelit-satelit lainnya seperti Iapetus, Rhea, Tethys dan Dione ditemukan secara berturut-turut oleh Giovanni Domenico Cassini (Italia).

Gambar 3. Saturnus dalam pandangan mata inframerah Cassini. Warna biru dan hijau masing-masing menunjukkan sinar inframerah yang berasal dari Matahari pada panjang gelombang 2 dan 3 mikron. Sementara warna merah adalah pancaran panas dari interior Saturnus, yang hanya bisa dilihat pada panjang gelombang 5 mikron. Diabadikan pada 1 November 2008 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2008.

Akan tetapi hampir semua informasi detil tentang Saturnus dan lingkungannya baru diperoleh dalam setengah abad terakhir. Yakni dalam era penerbangan antariksa, tepatnya melalui wantariksa Pioneer 11, Voyager 1 dan Voyager 2. Meski ketiganya hanya sempat berada di dekat Saturnus dalam tempo sangat singkat karena sifat misi antariksanya sebagai misi terbang-lintas dekat (flyby). Barulah Cassini, lengkapnya misi antariksa Cassini-Huygens, yang menjalankan peran sebagai misi pengorbit Saturnus dengan beredar mengelilingi planet bercincin itu lewat orbit yang senantiasa berubah seiring waktu sesuai dengan desain observasi yang telah ditentukan. Cassini-Huygens menyajikan informasi luar biasa besarnya, sehingga mendorong lahirnya lebih dari 1.000 makalah ilmiah dan sejumlah buku.

Kini kita tahu planet Saturnus adalah 9 kali lebih besar dan 95 kali lebih massif ketimbang Bumi. Ia butuh waktu 29,46 tahun untuk menyelesaikan gerak mengelilingi Matahari sekali putaran. Maka setahun bagi Saturnus setara dengan 29,46 tahun di Bumi. Akan tetapi planet ini berputar pada sumbunya pada kecepatan yang jauh lebih besar ketimbang Bumi, yakni hanya dalam tempo 10,55 jam. Jadi sehari di Saturnus adalah kurang dari setengah hari di Bumi.

Banyak hal ganjil di Saturnus. Salah satunya adalah kerapatan (densitas)-nya yang sangat kecil, yakni 690 kilogram/meter3 (rata-rata). Sebagai pembanding, densitas air murni 1.000 kilogram/meter3. Karenanya Saturnus akan terapung bilamana diletakkan dengan hati-hati di sebuah samudera mahaluas. Rendahnya densitas Saturnus disebabkan oleh dominannya Hidrogen dan Helium sebagai penyusun planet ini. Bagian yang relatif padat hanyalah inti Saturnus, berupa gumpalan padat berbatu yang 2 kali lebih besar dan 9 hingga 22 kali lebih massif ketimbang Bumi. Inti ini bersuhu sangat tinggi, hingga 11.700º C.

Gambar 4. Saturnus dan lingkungannya diabadikan Cassini jauh tinggi di atas kutub utaranya. Nampak badai raksasa unik berbentuk segienam yang mengamuk di area kutub utara Saturnus. Badai permanen ini diperkirakan telah berhembus sejak masa bayi Saturnus dengan pasokan tenaga berlimpah dari interior Saturnus. Diabadikan pada 10 Oktober 2013 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2013.

Inti Saturnus dikelilingi lapisan es dan Hidrogen/Helium metalik. Yakni lapisan dengan tekanan sangat tinggi sehingga Hidrogen/Helium tertekan hebat, membuatnya berbentuk cair dan bisa menghantarkan listrik layaknya logam. Dari lapisan inilah medan magnet Saturnus bermula. Lapisan ini diselubungi lagi oleh lapisan tebal berisi Hidrogen/Helium cair tanpa sifat metalik. Dan lapisan terluar Saturnus adalah lapisan gas Hidrogen (dengan sangat sedikit Helium) yang mempunyai ketebalan 1.000 kilometer. Interior seperti ini adalah hal yang umum pada planet raksasa gas. Jadi tidak ada permukaan padat layaknya Bumi. Apa yang disebut sebagai paras (permukaan) Saturnus merupakan himpunan titik-titik pada lapisan terluar yang memiliki tekanan 1 bar (100 kPa atau 100 kN/m2), yakni tekanan yang hampir sama dengan tekanan 1 atmosfer di Bumi.

Tekanan luar biasa besar yang diderita inti Saturnus memproduksi mekanisme Kelvin-Helmholtz yang menghasilkan panas. Pada lapisan lebih luar, tepatnya di batas antara lapisan Hidrogen/Helium metalik dengan lapisan Hidrogen/Helium cair, panas juga muncul melalui hujan Helium. Yakni saat butir-butir Helum cair dari lapisan luar jatuh (turun) menembusi Hidrogen dibawahnya, sehingga saling bergesekan. Lewat dua sumber panas ini Saturnus memancarkan energi luar biasa besar ke lingkungan sekitarnya, dalam jumlah 2,5 kali lipat lebih besar dari energi sinar Matahari yang diterimanya. Badai unik di Saturnus, yakni badai raksasa heksagonal (berbentuk segienam) permanen yang ada di kutub utara Saturnus, demikian halnya badai raksasa di kutub selatannya, diyakini mendapatkan tenaganya dari panas internal ini. Hal serupa juga dijumpai pada Jupiter. Bedanya pancaran energi dari interior Saturnus tidak berdampak pada meraksasanya medan magnet Saturnus.

Lautan Minyak dan Air Mancur Raksasa

Gambar 5. Sejumlah satelit alamiah Saturnus berada dalam satu medan pandang mata tajam Cassini. Mulai dari Titan yang terbesar, Janus (diameter 181 kilometer), Prometheus (diameter 102 kilometer) dan Mimas (diameter 397 kilometer). Sebagian Saturnus nampak di sisi kanan, dengan bayang-bayang struktur cincin dengan beberapa bagiannya tercetak jelas dibadannya. Diabadikan pada 26 Oktober 2007 TU. NASA/JPL/SSI, 2007.

Keganjilan berikutnya adalah Saturnus memiliki satelit alamiah luar biasa banyak, yakni 62 buah. Ini menjadikannya planet terkaya kedua akan satelit alamiah setelah Jupiter (dengan 69 satelit alamiah). Tetapi Saturnus juga dikitari oleh ratusan bongkahan-bongkahan berdimensi 40 hingga 500 meter yang terselip di dalam cincinnya. Mereka disebut satelit alamiah mini atau satelit mini atau moonlet. Namun diyakini moonlet tidak tergolong ke dalam satelit alamiah yang sesungguhnya. Dimensi moonlet demikian kecil sehingga mata tajam Cassini sekalipun tak dapat menyaksikannya. Moonlet hanya bisa dideteksi berdasarkan gangguannya terhadap bagian cincin Saturnus disekelilingnya, yang menampakkan panorama baling-baling (propeller).

Gambar 6. Cincin A Saturnus dalam pandangan tajam Cassini dari jarak dekat. Nampak sejumlah gejala eksistensi satelit alamiah mini (moonlet) dalam wujud panorama mirip baling-baling (propeller). Diabadikan pada 19 April 2017. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2017.

Dari 62 satelit alamiah itu 53 diantaranya telah bernama dan 48 diantaranya memiliki diameter kurang dari 50 kilometer. Titan adalah yang paling gede (diameter 5.150 kilometer), bahkan sedikit lebih gede ketimbang Merkurius. Karenanya memiliki cukup gravitasi untuk menyekap atmosfer, menjadikannya satu-satunya satelit alamiah yang beratmosfer di tata surya kita. Atmosfer Titan cukup tebal, dua kali lipat tebal atmosfer Bumi, dan dijejali kabut merah kekuningan tak tembus pandang. Sehingga upaya eksplorasi Titan, baik dengan teleskop dari Bumi maupun dengan penerbangan antariksa sebelumnya, tidak sanggup menguak paras Titan. Barulah setelah Cassini meluncurkan pendarat Huygens ke benda langit ini di awal 2005 TU serta berulang-ulang melintasinya sembari mengamatinya dengan gelombang radar dan pencahayaan inframerah maka rahasia Titan mulai terkuak.

Gambar 7. Panorama salah satu bagian bentanglahan Titan dari dua ketinggian berbeda, diabadikan pendarat Huygens dalam perjalanannnya menuju daratan Titan. Nampak lembah besar dengan bekas delta (muara sungai) yang diapit dua perbukitan di kedua sisinya. Pada salah satu dasar anak sungai dalam bekas delta inilah Huygens mendarat. Diabadikan pada 14 Januari 2005 TU. Sumber: ESA/Huygens, 2005.

Titan ternyata memiliki paras yang mencengangkan mirip Bumi kita, bergunung-gunung dan berlembah-lembah. Sebagian lembah raksasanya terisi cairan sebagai laut dan danau yang luasnya beragam. Ada juga sungai yang panjangnya hampir menyamai Bengawan Solo. Cairan pengisi laut, danau dan sungai Titan bukanlah air, melainkan metana dan etana cair. Di Bumi kedua senyawa itu dikenal sebagai komponen minyak (bumi). Laut, danau dan sungai Titan disokong daur hidrologis mirip di Bumi, bedanya di sini melibatkan metana cair. Hujan deras yang megguyurkan metana cair kerap terjadi, juga disertai sambaran petir. Hujan membasahi daratan Titan yang tersusun dari bongkahan es bercampur minyak. Cairan minyak di Titan demikian berlimpah, sekitar 300 kali lebih banyak ketimbang cadangan minyak yang kita miliki di Bumi.

Gambar 8. Pemandangan daratan Titan di lokasi mendaratnya Huygens. Nampak bongkahan-bongkahan batu yang tersusun dari es bercapur minyak dan menampakkan tanda-tanda erosi, jejak dari aliran fluida permukaan di masa silam. Lokasi pendaratan Huygens adalah dasar sebuah sungai kering. Diabadikan pada 14 Januari 2005 TU. Sumber: ESA/Huygens, 2005.

Selain Titan, Enceladus juga cukup menarik. Dimensinya hanyalah sepersepuluh Titan, namun sajian fenomenanya tak kalah mencengangkan. Pada 2005 TU Cassini mengungkap adanya semburan luar biasa laksana air mancur raksasa, yang muncrat dari kawasan kutub selatan secara terus menerus. Materi semburan melesat secepat 4.500 kilometer/jam hingga ke ketinggian 500 kilometer. Materi tersebut adalah adalah air (sebanyak 250 kilogram/detik) berbentuk uap yang bercampur dengan karbondioksida dan beberapa senyawa karbon seperti metana, propana, asetilena dan formaldehida. Semburan raksasa ini adalah pertanda adanya samudera bawahtanah di interior Enceladus. Samudera berair asin (kadar Natrium antara 0,5 hingga 2 %) itu bagian dari lapisan selubung yang berada di bawah lapisan kerak es, yakni pada kedalaman 30 hingga 40 kilometer dari paras Enceladus. Tebal lapisan selubung ini diperkirakan 30 kilometer.

Gambar 9. Semburan dahsyat yang menyeruak dari kutub selatan Enceladus, laksana air mancur raksasa yang memuntahkan 250 kilogram air per detik secara terus menerus. Selain jejak aktivitas vulkanisme dingin, semburan ini juga pertanda eksistensi samudra bawahtanah berair asin di satelit alamiah Saturnus yang satu ini. Nampak pula daratan di lokasi semburan yang penuh retakan di sana sini. Diabadikan pada 30 November 2010 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2010.

Semburan raksasa di Enceladus merupakan pertanda aktivitas vulkanisme dingin. Selain Enceladus, jejak vulkanisme dingin juga berhasil diungkap Cassini di tempat lain. Yakni di Titan, tepatnya pada Gunung Doom dengan kaldera Sotra Patera di kakinya (lebar kaldera 7 kilometer dan kedalaman 1,7 kilometer). Di lerengnya dijumpai jejak aliran mirip lava yang berstruktur menjemari dengan ketebalan sekitar 100 meter. Lava tersebut mungkin tersusun dari air bercampur amonia dan senyawa karbon kompleks seperti polietilena, parafin dan aspal.

Planet Bercincin

Struktur cincin raksasa adalah keganjilan Saturnus yang paling menonjol. Cassini berkesempatan mengamatinya dari jarak dekat secara berulang-ulang selama bertahun-tahun. Dan di tahun terakhirnya bahkan berkesempatan lewat di antara sela-sela cincin maupun di bagian yang paling tipis.

Cincin Saturnus merentang dari ketinggian 7.000 kilometer hingga 420.000 kilometer di atas khatulistiwa’. Namun bagian terpadat hanya sampai ketinggian 80.000 kilometer. Cincin Saturnus terbagi menjadi 9 bagian berbeda. Dari yang terdekat hingga terjauh dari Saturnus masing-masing adalah cincin D (lebar 7.500 kilometer), cincin C (lebar 17.500 kilometer), cincin B (lebar 25.500 kilometer), cincin A (lebar 14.600 kilometer), cincin F (lebar 30 – 500 kilometer), cincin Janus-Epimetheus (lebar 5.000 kilometer), cincin G (lebar 9.000 kilometer), cincin Pallene (lebar 2.500 kilometer) dan yang terluar sekaligus terlebar adalah cincin E (lebar 300.000 kilometer). Cincin B dan cincin A dipisahkan oleh ruang selebar 4.700 kilometer yang disebut divisi Cassini, sementara antara cincin A dan cincin F terdapat divisi Roche (lebar 2.600 kilometer).

Gambar 10. Bumi dalam mata tajam Cassini saat mengabadikan Saturnus dan Matahari dalam garis syzygy. Saat itu Cassini berposisi 2,2 juta kilometer di ‘belakang’ Saturnus. Sehingga mampu menguak pemandangan segenap lingkungan Saturnus termasuk hampir seluruh cincinnya. Diabadikan pada 15 September 2006 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2006.

Pada dasarnya cincin Saturnus merupakan cakram raksasa yang ketebalannya bervariasi mulai dari 10 meter hingga 1.000 meter. Cakram raksasa ini didominasi oleh butir-butir es yang ukurannya mulai dari sekecil butir pasir hingga sebesar kerikil (diameter 1 hingga 10 sentimeter). Namun di tempat-tempat tertentu terdapat pula bongkahan besar lonjong mirip jarum raksasa dengan panjang hingga 2,5 kilometer. Komposisi cincin Saturnus didominasi air (99,9 %) dengan sedikit senyawa pengotor seperti silikat. Meski strukturnya luar biasa besar massa keseluruhan materi cincin Saturnus cukup kecil. Yakni hanya seper 820 massa Bulan kita.

Sebagian besar cincin Saturnus diperkirakan terbentuk pada masa bayi Saturnus. Dulu diduga ada satu satelit alamiah sebesar Titan atau lebih besar lagi. Karena orbitnya tak stabil, ia terus bergeser hingga akhirnya terlalu dekat ke Saturnus. Segera gaya tidal Saturnus meremukkannya menjadi kerikil dan debu. Bagian yang lebih ringan, yakni butir-butir es, terserak dan seiring waktu perlahan-lahan membentuk struktur cincin Saturnus. Sementara bagian lebih padat, yakni butir-butir batuan, juga terserak layaknya butir-butir esnya. Namun mereka perlahan-lahan saling menempel kembali, menggumpal hingga akhirnya membentuk gumpalan besar. Di kemudian hari gumpalan-gumpalan besar itu adalah segenap satelit alamiah yang jaraknya lebih jauh dari Tethys.

Gambar 11. Struktur unik dalam cincin Saturnus, tepatnya di tepi cincin B. Yakni jajaran bongkahan besar sangat lonjong mirip jarum-jarum raksasa yang menjulang hingga setinggi 2,5 kilometer sehingga menampakkan bayang-bayangnya di bagian cincin lainnya kala tersinari Matahari. Nampak celah Huygens dan celah Herschel yang menjadi bagian dari divisi Cassini. Diabadikan pada 26 Juli 2009 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2009.

Sementara sebagian kecil cincin Saturnus dibentuk oleh materi yang tersembur dari satelit-satelit alamiahnya. Misalnya cincin E, mendapatkan pasokan debu dari semburan Enceladus. Juga cincin Janus-Epimetheus, ditemukan pada 2006 TU, dengan pasokan debu dari Janus (diameter 200 kilometer) dan Epimetheus (diameter 130 kilometer). Janus dan Epimetheus adalah sepasang satelit alamiah yang menempati orbit yang sama sehingga bisa saling bertukar posisi. Benturan mikrometeoroid dengan Janus dan Epimetheus melesatkan debu yang membentuk cincin ini. Demikian halnya cincin G, khususnya bagian dalam, dengan pasokan debu dari Aegaeon. Baru ditemukan pada 2008 TU, Aegaeon adalah satelit alamiah Saturnus yang terkecil sekaligus terganjil karena sangat lonjong (panjang 1,4 kilometer lebar 0,5 kilometer).

Begitu pula cincin Pallene dengan pasokan debu dari Pallene (diameter 6 kilometer), satelit alamiah yang baru ditemukan pada 2004 TU. Cincin F pun demikian. Perhitungan menunjukkan cincin ini dibentuk oleh debu-debu produk benturan kosmik antara Prometheus dan Pandora di masa silam. Akibat benturan tersebut, maka baik Prometheus maupun Pandora dipahat hingga menjadi berbentuk lonjong (masing-masing memiliki panjang 136 kilometer dan 104 kilometer. Prometheus lantas berperan sebagai ‘penggembala’ agar cincin ini tetap utuh di lokasinya.

Gambar 12. Transparannya cincin Saturnus, sebagai konsekuensi dari ketebalan cincin yang kecil (sekitar 10 meter), materi yang kecil (seukuran butir pasir hingga kerikil) dan tembus pandang (air yang membeku) terlihat di sini. Bagian Saturnus di latar belakangnya pun dapat dilihat dengan mudah. Diabadikan pada 4 November 2006 TU. Sumber: NASA/JPL/SSI, 2006.

Campurtangan satelit-satelit alamiah Saturnus juga berperan membentuk keganjilan lainnya. Yakni busur cincin, bentangan materi mirip bagian cincin namun tidak sampai membentuk kurva tertutup seperti lingkaran. Cassini mengungkap Saturnus memiliki sedikitnya dua busur cincin. Yang pertama adalah busur cincin Methone, ditemukan pada September 2006 TU dengan panjang bentangan 34.000 kilometer. Busur cincin ini dibentuk oleh debu yang dilepaskan Methone (diameter 3,9 kilometer) seiring tumbukan dengan mikrometeoroid. Methone sendiri baru ditemukan saat Cassini baru tiba di Saturnus. Dan yang kedua adalah busur cincin Anthe yang jauh lebih panjang (69.000 kilometer) dan ditemukan pada Juni 2007 TU. Ia bersumber dari Anthe (diameter 2 kilometer) yang juga ditemukan pada 2007 TU. Baik busur cincin Methone maupun Anthe dikontrol sepenuhnya oleh gravitasi Mimas (diameter 396 kilometer) sehingga bentuknya tetap terjaga meski dipaksa berayun-ayun ke utara dan ke selatan secara teratur.

Opsi Uranus

Layaknya Saturnus, perjalanan Cassini menuju planet bercincin tujuannya pun tak kalah ganjilnya. Dibangun bersama oleh tiga badan antariksa, masing-masing dari Amerika Serikat (NASA), gabungan negara Eropa (ESA) dan Italia (ASI), Cassini mewujudkan diri sebagai wantariksa terberat kedua yang pernah diluncurkan. Massa Cassini adalah 2.125 kilogram dan pendarat Huygens 319 kilogram. Ditambah dengan 3.132 kilogram bahan bakar dan 132 kilogram adapter, maka massa total Cassini-Huygens mencapai 5.712 kilogram. Cassini sekaligus menjadi wantariksa termahal. Mulai dari tahap pembangunan hingga peluncurannya saja Cassini-Huygens menelan ongkos Rp 42,5 trilyun (berdasar kurs 2017 TU) dengan 80 % diantaranya ditanggung NASA.

Gambar 13. Wantariksa Cassini dan pendarat Huygens saat hendak menjalani rangkaian tes getaran dan panas di fasilitas Jet Propulsion Laboratory NASA, negara bagian California (AS) pada 31 Oktober 1996 TU. Tes ini wajib dilakukan sebelum Cassini-Huygens didorong ke langit. Sumber: NASA/JPL/SSI, 1996.

Hanya roket angkut terkuatlah yang bisa mendorong Cassini ke antariksa dan pada dekade 1990-an TU itu hanya berarti satu: roket Titan IV. Begitupun Titan IV tak cukup bertenaga untuk melontarkan Cassini langsung ke Saturnus. Kombinasi Titan IV dan upperstage Centaur hanya sanggup menghasilkan tambahan kecepatan heliosentris 4 kilometer/detik (relatif ke Matahari). Padahal untuk bisa langsung ke Saturnus butuh tambahan kecepatan heliosentris hingga 17 kilometer/detik (relatif ke Matahari). Agar bisa melejit secepat itu, maka Cassini harus mengonsumsi tak kurang 75.000 kilogram bahan bakar. Ini teramat berat sehingga tak mungkin untuk diangkut berdasarkan teknologi peroketan saat ini. Sebab untuk mengangkat massa seberat itu butuh roket angkut yang berkali lipat lebih jumbo ketimbang roket raksasa Saturnus V, roket terbesar sepanjang sejarah (kini telah pensiun). Dan jelas membuat biaya peluncuran menjadi ‘menyentuh langit’ (sangat mahal).

Untung tersedia solusi alamiah yang jauh lebih murah: daya lontar gravitasi atau ketapel gravitasi (gravity assist). Saat sebuah benda kecil (misalnya komet, asteroid atau wantariksa) lewat dalam jarak sangat dekat ke sebuah planet dan arah kedatangannya sejajar dengan arah gerak planet itu dalam mengelilingi Matahari, maka terjadi transfer momentum yang membuat kecepatan benda kecil itu (relatif ke Matahari) meningkat pesat. Ketapel ini memungkinkan sebuah wantariksa melesat cepat dengan meminjam tenaga Bumi (dan planet-planet lain) tanpa harus menyalakan mesin roketnya. Penjelajahan Cassini membutuhkan ketapel berganda yang melibatkan tiga planet: Bumi, Venus dan Jupiter. Sehingga lahirlah istilah VVEJGA (Venus-Venus-Earth-Jupiter Gravity Assist) karena Cassini harus menjalani empat daya lontar berbeda, yakni dua kali dengan Venus, satu kali dengan Bumi dan satu kali dengan Jupiter.

Maka saat Cassini meluncur dengan roket Titan IV dari Cape Canaveral, negara bagian Florida (Amerika Serikat) pada 15 Oktober 1997 TU pukul 15:43 WIB, ia justru diarahkan menuju Venus. Cassini pun melintas dalam jarak hanya 284 kilometer dari paras Venus pada 26 April 1998 TU. Daya lontar gravitasi Venus membuat Cassini kini melaju 6 kilometer/detik (relatif ke Matahari). Selanjutnya pada 24 Juni 1999 TU, Cassini kembali lewat di dekat Venus dalam jarak hanya 623 kilometer. Kembali daya lontar gravitasi Venus bekerja dan Cassini dipercepat melaju 9,5 kilometer/detik (relatif ke Matahari) sekaligus menempuh lintasan lonjong menuju Bumi. Pada 18 Agustus 1999 TU, Cassini lewat hanya dalam jarak 1.171 kilometer dari paras Bumi dan mengalami daya lontar gravitasi. Kini tambahan kecepatan heliosentrisnya meningkat pesat hingga 16 kilometer/detik dan menempuh lintasan baru ke Jupiter. Akhirnya saat melintas pada jarak 9,7 juta kilometer dari Jupiter pada 30 Desember 2000 TU, bekerjalah ketapel gravitasi yang terakhir yakni dari Jupiter. Sehingga pada akhirnya Cassini memiliki kecepatan akhir mencukupi untuk terbang ke Saturnus.

Gambar 14. Lintasan rumit yang harus ditempuh Cassini semenjak meluncur dari Bumi (1997 TU) hingga akhirnya tiba di Saturnus (2004 TU). Lintasan ini harus dijalani agar Cassini tak harus mengangkut 75.000 klogram bahan bakar, hal yang mustahil dalam teknologi peroketan saat ini. Dengan lintasan ini maka Cassini memanfaatkan daya lontar gravitasi dari tiga planet sekaligus: Venus, Bumi dan Jupiter. Sumber: NASA/JPL, 1998.

Ketapel gravitasi memang tak membutuhkan apapun. Namun agar teknik ini bekerja baik hingga ke ambang batas teknis yang diperkenankan, dibutuhkan serangkaian manuver. Dan itu mengonsumsi bahan bakar Cassini karena mesin roketnya harus dinyalakan sesuai kebutuhan. Sehingga saat tiba di Saturnus, Cassini telah menghabiskan 1.135 kilogram bahan bakarnya untuk rangkaian manuver itu. Selanjutnya agar gravitasi Saturnus bisa menangkap dan memaksanya beredar mengelilingi planet cincin itu dengan orbit tertentu, Cassini kembali harus menyalakan roketnya dan kali ini untuk mengerem. Pengeremen ini mengonsumsi sekitar 1.200 kilogram bahan bakar. Sehingga pada awal 2005 TU sisa persediaan bahan bakar Cassini tinggal sekitar seperempatnya saja (sekitar 800 kilogram).

Beruntung Saturnus memiliki Titan. Lewat teknik daya lontar gravitasi pula, Cassini berulang-ulang dilewatkan di dekat Titan. Selain menambah kecepatan dan sangat menghemat penggunaan bahan bakar, Cassini juga bisa mengubah orbitnya mengikuti desain observasi yang dibebankan padanya. Sehingga meski hanya dirancang untuk bertugas selama empat tahun, sisa bahan bakar yang masih cukup banyak memungkinkan masa tugas Cassini diperpanjang. Awalnya selama dua tahun dalam misi Cassini Equinox Mission (2008-2010 TU), dimana Cassini memusatkan perhatiannya pada momen eukinoks Saturnus (Matahari tepat di atas khatulistiwa’ Saturnus) yang terjadi pada 9 Agustus 2009 TU. Lalu diperpanjang tujuh tahun lagi di bawah tajuk Cassini Solstice Mission (2010-2017 TU) guna menyongsong momen titik balik musim panas (solstice) Saturnus yang terjadi pada 23 Mei 2017 TU. Selama dua misi tambahan itu berlangsung, Cassini lebih banyak memusatkan perhatiannya pada Titan dan Enceladus.

Gambar 15. Salah satu usulan opsi untuk perjalaan Cassini selanjutnya pasca menjalani misi utamanya di Saturnus. Dengan memanfaatkan daya lontar gravitasi Titan dan Jupiter, maka Cassini bisa diarahkan untuk meneliti Uranus dan Neptunus. Namun opsi ini ditolak NASA. Sumber: Kloster dkk, 2009.

Sejak misi utamanya berakhir pada 2008 TU, NASA telah mendiskusikan bagaimana mengoptimalkan Cassini hingga bahan bakarnya habis kelak. Beragam opsi disajikan. Salah satunya, yang paling menantang, adalah bagaimana memanfaatkan Cassini untuk mengeksplorasi dua planet raksasa terluar: Uranus dan Neptunus. Dalam opsi ini, bilamana Cassini bisa meninggalkan Saturnus pada 19 Februari 2014 TU (dengan kombinasi penyalaan mesin dan daya lontar gravitasi Titan) menuju Jupiter guna memanfaatkan daya lontar gravitasinya (yang akan terjadi pada 10 Agustus 2021 TU), maka Cassini tiba di lingkungan Uranus pada 2 Agustus 2029 TU. Dan selanjutnya dengan memanfaatkan daya lontar gravitasi Uranus, maka Cassini bisa tiba di Neptunus pada 12 Februari 2061 TU. Opsi ini membutuhkan serangkaian manuver sudah harus dilakukan sejak 2,4 hingga 1,4 tahun sebelum 19 Februari 2014 TU.

Meski sangat menantang, terlebih hingga saat ini belum ada rencana baru penerbangan antariksa untuk mengeksplorasi Uranus dan Neptunus pasca Voyager 2, namun opsi ini tidak dipilih. Dengan pertimbangan nilai ilmiah, biaya dan ketersediaan waktu, maka NASA memilih opsi untuk menjatuhkan Cassini secara terkontrol (controlled reentry) ke Saturnus. Opsi ini juga dipilih sebagai bentuk kepatuhan atas etika penerbangan antariksa yang ditegakkan Planetary Protocol, yakni agar tidak mengontaminasi benda langit yang memiliki kemungkinan untuk menyemaikan kehidupan. Untuk lingkungan Saturnus, benda langit tersebut adalah Enceladus. Jika Cassini dibiarkan terus beredar dalam orbitnya mengelilingi Saturnus dengan bahan bakar yang sudah habis, maka ia takkan lagi bisa dikendalikan dan berpeluang jatuh ke Titan maupun Enceladus (uncontrolled reentry).

Referensi :

NASA. 2017. The Saturn System Through The Eyes of Cassini.

Goodson dkk. 1998. Cassini Manuver Experience, Launch and Early Cruise. Guidance, Navigation and Control Conference, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 10-12 August 1998.

Kloster dkk. 2009. Saturn Escape Options for Cassini Encore Missions. Journal of Spacecraft and Rockets, vol. 46 (2009) no.4, 874-882.

Iklan

Bagaimana Nasibmu, (Satelit) Telkom-1 ?

Menit demi menit semburan itu terekam oleh sebuah teleskop optis dari Australia bagian timur. Teleskop itu bagian dari sebuah jaringan pemantau satelit yang beranggotakan 165 teleskop dari berbagai observatorium di segenap penjuru paras Bumi, yang dikelola oleh sebuah perusahaan pelacak satelit dari Amerika Serikat bernama ExoAnalytic Solutions. Apa yang direkamnya menakjubkan, memperlihatkan sebintik cahaya (yang adalah satelit Telkom-1) berdampingan dengan bintik cahaya lain (yang adalah satelit NSS-11, tetangga terdekat Telkom-1 pada orbit yang sama) dengan latar belakang bintang-bintang yang nampak bergaris-garis, pertanda setiap citra (foto) yang membentuk video rekaman ini dihasilkan dari pemotretan dengan waktu paparan (exposure) yang relatif panjang.

Gambar 1. Momen peristiwa semburan yang dialami satelit Telkom-1 pada 25 Agustus 2017 TU lalu seperti direkam oleh jaringan teleskop pemantau satelit di Australia timur dan dianalisis ExoAnalytic Solutions. Nampak tetangganya, satelit komunikasi NSS-11 yang juga sama-sama berusia tua. Sumber: ExoAnalytic Solutions, 2017.

Dalam satu kesempatan, yang bertepatan dengan Jumat 25 Agustus 2017 TU (Tarikh Umum) sore waktu Indonesia, bintik cahaya satelit Telkom-1 mempertontonkan perilaku ganjil. Sesuatu mendadak tersembur darinya, awalnya melejit ke dua arah berbeda namun untuk selanjutnya hanya ke satu arah. Semburan itu mirip kabut yang selanjutnya menyelubungi bintik cahaya Telkom-1 hingga membuatnya lebih redup ketimbang tetangganya. Di paras Bumi khususnya di Indonesia, momen tersebut ditandai oleh sekitar 8.000 buah titik ATM (anjungan tunai mandiri) dari beberapa bank yang mendadak keluar dari jaringan (offline) dan tak bisa digunakan, mulai pukul 18:00 WIB. Tiga hari kemudian manajemen PT Telkom Indonesia, selaku pemilik satelit, merilis kabar satelit Telkom-1 telah mengalami gangguan (anomali) yang membuat antenna-nya tidak lagi mengarah ke kawasan yang selama ini dilayaninya.

Berdasarkan rekamannya, ExoAnalytic Solutions tak hanya menegaskan terjadinya gangguan pada satelit Telkom-1 namun juga mengklaim satelit itu telah berkeping di langit. Klaim tersebut belakangan dibantah PT Telkom, terutama karena stasiun bumi Cibinong masih dapat berkomunikasi dengan satelit ini meski tak lagi bisa mengontrol gerakannya.

Orbit Geostasioner

Satelit Telkom-1 adalah sebuah satelit buatan yang dibangun untuk tujuan memperlancar telekomunikasi. Satelit ini ditempatkan pada orbit geostasioner di garis bujur 108º BT. Orbit geostasioner adalah wilayah khayali yang menghubungkan titik-titik yang yang terbentang tepat di atas garis khatulistiwa’ pada ketinggian 35.792 kilometer dari paras air laut rata-rata (dpl). Sebuah satelit buatan yang ditempatkan persis pada salah satu dari titik-titik ini akan memiliki periode revolusi (periode orbit) yang tepat sama dengan periode rotasi Bumi yakni 23 jam 56 menit 4,0906 detik (1.436,068 menit). Sehingga satelit buatan tersebut terlihat seakan-akan berada pada satu titik yang tetap (stasioner) di langit, dilihat dari paras Bumi manapun. Kondisi ini sangat menguntungkan karena antenna-antenna komunikasi yang diarahkan ke satelit buatan itu bisa diset untuk hanya menuju satu arah yang tetap, tak perlu berubah-ubah. Ini menjadikan orbit geostasioner sebagai salah satu sumberdaya antariksa yang paling berharga bagi umat manusia di era ini.

Gambar 2. Gambaran sederhana orbit geostasioner, yakni wilayah khayali dengan titik-titik yang bila ditempati oleh satelit buatan maka satelit tersebut akan memiliki periode revolusi yang tepat sama dengan periode rotasi Bumi. Sumber: Anonim.

Satelit Telkom-1 dirancang sebagai satelit geostasioner yang melanjutkan tugas satelit Palapa nan legendaris, khususnya satelit Palapa B2R. Satelit Palapa B2R, yang terkenal dengan sejarah dramatisnya dalam khasanah penerbangan antariksa, berakhir tugasnya pada bulan Desember 2000 TU setelah melayani Indonesia 10 tahun penuh. Sebagai penggantinya dibangunlah generasi satelit komunikasi yang baru yang juga mengemban nama baru. Pemilihan nama Telkom dan bukannya melanjutkan nama legendaris Palapa merupakan konsekuensi dari dialihkannya pengelolaan satelit ini dari manajemen Telkom ke Satelindo, yang di kemudian hari diakuisisi Indosat.

Berbeda dengan generasi satelit Palapa, generasi satelit Telkom ini (yang mendapat nama Telkom-1) dibangun dengan mengacu tren baru dunia persatelitan. Yakni dengan jumlah transponder lebih besar dan umur teknis lebih lama. Lockheed Martin membangun Telkom-1 dengan basis spacebus A2100A. Ia memiliki massa 2.763 kilogram dengan 1.063 kilogram diantaranya bahan bakar. Ia berbentuk kubus besar dengan sepasang ‘sayap’ di kiri-kanan, yang adalah panel surya untuk memasok 4.000 watt listrik. Ia memiliki 36 transponder berupa 24 transponder pada frekuensi C-band standar dan 12 transponder pada frekuensi C-band tambahan, dua pita frekuensi yang dikenal tangguh terhadap cuaca (khususnya hujan). Ia sengaja dirancang untuk bisa melayani titik-titik dengan antenna parabola berukuran kecil yang dikenal sebagai VSAT (very small apperture terminal), sehingga titik sekecil ATM pun dapat menggunakannya. Dan akhirnya, ia juga dirancang untuk bertugas lebih lama, dengan umur teknis 15 tahun.

Gambar 3. Satelit Telkom-1 saat selesai dibangun dan dites sebelum dikirim ke pusat peluncuran Kourou. Sumber: Lockheed Martin, 1998.

Satelit Telkom-1 meluncur ke langit dengan digendong oleh roket Ariane-42P pada 12 Agustus 1999 TU. Roket Ariane-42P meluncur mulus, mulai dari lepas landas di pangkalan peluncuran Kourou yang dikelola badan antariksa Eropa (ESA) di Guyana Perancis hingga mendorong Telkom-1 ke orbit transfer geosinkron yang bentuknya sangat lonjong. Dari titik apogee (titik terjauh dari pusat Bumi) orbit ini, Telkom-1 kemudian bermanuver dengan menggunakan mesin roketnya sendiri untuk menempati slot orbit geostasioner yang telah diatur.

Baru setelah tiba di slot lokasinya, dijumpai masalah. Yakni motor pada salah satu ‘sayap’ panel suryanya, tepatnya ‘sayap’ yang mengarah ke selatan, ternyata tidak berfungsi. Masalah yang berakar dari proses manufaktur satelit itu membuat ‘sayap’ panel surya sebelah selatan tak bisa mengikuti gerakan Matahari kala satelit beredar dalam orbitnya. Namun masalah ini tidak mengganggu pasokan daya listrik ke satelit, apalagi berdampak problem lain. Sehingga Telkom-1 pun tetap bisa berfungsi sesuai tujuan semula.

Telkom-1 berkedudukan tepat di atas titik koordinat 0º LU 108º BT (atau 0º LS 108º BT), titik yang secara geografis berada di Selat Karimata sejarak 160 kilometer sebelah barat kota Pontianak (Kalimantan Barat). Dengan demikian segenap Asia dan Australia serta sebagian kecil Afrika, Eropa dan Antartika dapat menyaksikan satelit ini di langitnya. Namun cakupan kerja Telkom-1 dibatasi hanya untuk kawasan Asia Tenggara, Papua Nugini serta sebagian Australia, sebagian India dan sebagian Cina.

Gambar 4. Saat roket Ariane-42P yang menggendong muatan satelit Telkom-1 di hidungnya mulai menyala dalam proses lepas landas di pangkalan peluncuran Kourou, pada 12 Agustus 1999 TU malam waktu setempat. Sumber: Arianespace, 1999.

Selain guna berpindah dari orbit transfer ke orbit geostasioner, bahan bakar pada Telkom-1 juga ditujukan untuk menjaga stabilitas satelit itu selama bertugas. Sebab setiap satelit buatan yang ditempatkan dalam orbit geostasioner sejatinya selalu mengalami gangguan dari tetangga Bumi kita, khususnya dari Bulan dan Matahari. Gangguan gravitasi Bulan dan Matahari menyebabkan satelit buatan di orbit geostasioner ‘berayun-ayun’ pada arah utara-selatan membentuk pola yang berulang setiap 24 jam. Gangguan juga datang dari bentuk Bumi yang menggelembung di area khatulistiwa’-nya (dan pepat di kedua kutubnya), medan gravitasi Bumi yang tidak homogen serta tekanan segala gelombang elektromagnetik dari Matahari. Tiga gangguan terakhir ini menyebabkan satelit ‘berayun-ayun’ dalam arah barat-timur, juga dalam pola yang berulang.

Telkom-1 pun menderita dua jenis ‘ayunan’ ini. Padahal secara teknis ia hanya boleh bergeser maksimal 0,05º saja dari posisinya. Artinya, Telkom-1 akan dikatakan stabil jika ia hanya bergeser-geser dalam sebuah kotak persegi yang dibatasi koordinat 0,05º LU 107,995º BT dan 0,05º LS 107,995º BT pada sisi barat serta koordinat 0,05º LU 108,05º BT dan 0,05º LS 108,05º BT di sisi timur. Menjaga stabilitas Telkom-1 membutuhkan manuver kendali sikap (attitude). Untuk itulah Telkom-1 dibekali juga dengan mesin-mesin roket mini (thruster) bagi keempat arah mataangin. Perhitungan menunjukkan setiap tahunnya Telkom-1 mengonsumsi ~ 45 kilogram bahan bakar Hidrazin untuk keperluan manuver tersebut.

Gambar 5. Cakupan tugas satelit Telkom-1 dalam frekuensi C-band standar dan C-band tambahan. Meski satelit bisa dilihat dari sepertiga belahan Bumi, namun cakupannya dibatasi hanya untuk kawasan Asia Tenggara, Papua Nugini serta sebagian Australia, sebagian India dan sebagian Cina. Sumber: SatBeam, 2017.


Perubahan Orbit

Jumlah bahan bakar Hidrazin inilah yang membatasi umur teknis sebuah satelit. Telkom-1 memiliki umur teknis 15 tahun, sebab khusus untuk melakukan manuver kendali sikap ia hanya dibekali ~ 650 kilogram bahan bakar Hidrazin. Saat tanki Hidrazin dalam Telkom-1 kosong, oleh sebab apapun, maka praktis satelit itu takank bermanfaat lagi karena tak bisa lagi dikendalikan sikapnya meskipun seluruh subsistem lainnya masih berfungsi.

Akan tetapi meski di atas kertas umur teknisnya ‘hanya’ 15 tahun, perhitungan bersama Lockheed Martin dan Telkom sebelum tahun 2014 TU berdasarkan data-data manuver kendali sikap Telkom-1 menunjukkan sisa bahan bakar Hidrazin ternyata masih banyak, yakni ~ 250 kilogram. Hal ini bisa terjadi karena dalam praktiknya konsumsi bahan bakar Hidrazin Telkom-1 lebih kecil. Sehingga disimpulkan satelit Telkom-1 masih bisa dimanfaatkan hingga tahun 2019 TU mendatang, sembari menunggu penggantinya (yakni satelit Telkom-4) yang rencananya akan diluncurkan pada 2018 TU mendatang.

Gambar 6. Bagaimana orbit satelit Telkom-1 berubah dramatis antara sebelum dan sesudah semburan. Selama 6 hari pertama (hingga 25 Agustus 2017 TU), satelit Telkom-1 sangat stabil di orbitnya dengan perigee 35.781 dan apogee 35.793 (masing-masing dalam kilometer dpl). Pasca semburan perigeenya menurun sementara apogeenya justru bertambah tinggi, indikasi bahwa orbit satelit telah lebih lonjong dan mulai takstabil. Sumber: Sudibyo, 2017 berdasar data Celestrak, 2017.

Sisa Hidrazin inilah yang menyembur keluar dalam kejadian 25 Agustus 2017 TU lalu. Semburan menandakan ada kebocoran, entah pada tanki bahan bakar, saluran bahan bakar maupun thruster satelit Telkom-1. Kebocoran ini praktis menamatkan riwayat satelit uzur tersebut. Sebab selain menghabiskan simpanan bahan bakarnya, kebocoran dalam wujud semburan juga menghasilkan dorongan gaya yang tak dikehendaki bagi satelit. Akibatnya Telkom-1 dibikin berguling-guling tanpa bisa distabilkan lagi. Tak hanya itu, gaya yang sama juga berakibat pada berubahnya orbit dan kedudukan satelit Telkom-1.

Sebelum 25 Agustus 2017 TU, satelit Telkom-1 memiliki orbit stabil dengan apogee 35.793 kilometer dpl dan perigee (titik terdekat dalam orbitnya ke Bumi) 35.781 kilometer dpl. Selisih ketinggian antara perigee dan apogee pun stabil pada angka 12 kilometer. Demikian halnya kedudukannya, yang stabil di atas koordinat 0º LU 108º BT. Namun pasca kejadian 25 Agustus 2017 TU, satelit ini mulai mengalami perubahan orbit dramatis. Sehingga delapan hari pasca kejadian, orbit Telkom-1 menjadi lebih lonjong dengan perigee lebih rendah, yakni pada 35.757 kilometer dpl. Sebaliknya apogee-nya melambung lebih tinggi, yakni setinggi 35.799 kilometer dpl. Selisih ketinggian perigee terhadap apogee pun membengkak hingga 84 kilometer. Kedudukan satelit ini juga telah bergeser jauh, kali ini di atas koordinat 0,03º LU 106,45º BT. Sehingga satelit telah bergeser 1,55º dari ke barat lokasi seharusnya. Jika dirata-ratakan maka satelit Telkom-1 telah ‘hanyut’ ke arah barat dengan kecepatan rata-rata 0,19º perhari.

Gambar 7. Perubahan kedudukan satelit Telkom-1 antara sebelum dan sesudah kejadian semburan. Pada 25 Agustus 2017 TU pagi, Telkom-1 berada lebih dekat ke pulau Kalimantan. Dalam delapan hari kemudian, satelit Telkom-1 bergeser perlahan-lahan ke barat sehingga lebih mendekat ke pulau Sumatra. Sumber: Sudibyo 2017 berdasar data Celestrak, 2017.

Maka, satelit Telkom-1 praktis sudah tak bisa diselamatkan lagi. Ia sudah menyandang status sampah antariksa. Dengan kecepatan ‘hanyut’-nya saat ini maka tinggal menunggu waktu saja bagi bangkai satelit Telkom-1 untuk melintas di slot satelit geostasioner tetangga, yakni satelit penginderaan jauh Gaofen 4 dan satelit komunikasi AsiaSat 7 (keduanya milik Cina), yang masing-masing berada di atas garis bujur 105,7º BT dan 105,45º BT pada orbit geostasioner.

Masih harus dilakukan evaluasi lebih lanjut apakah sampah antariksa terbaru ini berpotensi mengganggu satelit-satelit aktif yang ada dalam orbit geostasioner. Sebab orbit yang sangat bernilai ini seharusnya bebas dari sampah antariksa. Di sisi lain, butuh waktu hingga ribuan tahun lagi sebelum sampah antariksa Telkom-1 ini jatuh kembali ke Bumi.

Referensi :

Celestrak. 2017. Telkom-1 (Object 25580), 19 Aug 2017 to 2 Sep 2017. komunikasi pribadi.

Spaceflight101. 2017. More Trouble in GEO, Indonesia’s Telkom 1 Satellite Shed Debris Start Drifting, diakses 30 Agustus 2017 TU.

SatBeam. 2017. Telkom-1 (25580), diakses 2 September 2017.

Sampah Antariksa yang Jatuh di Tepi Kaldera Purba

Sebuah benda logam yang aneh dilaporkan jatuh dari langit pada Selasa 18 Juli 2017 Tarikh Umum (TU) pada satu tempat di pesisir timur Danau Maninjau. Danau Maninjau adalah kaldera purba Gunung Maninjau yang terbentuk sekitar 52.000 tahun silam dalam letusan dahsyat yang memuntahkan material letusan sebanyak 200 hingga 250 kilometer3, letusan terdahsyat kedua di tanah Sumatera sepanjang sejarahnya setelah Letusan Toba Muda74.500 tahun silam.

Gambar 1. Ketampakan benda logam aneh yang jatuh dari langit di nagari Sungai Batang, Kec. Tanjungraya Kab. Agam (Sumatra Barat) pada Selasa 18 Juli 2017 TU sekitar pukul 09:30 WIB. Terlihat ada bagian yang mirip pangkal sebuah pipa, yang mengesankan bahwa benda ini adalah sebuah tanki. Sumber: Andri Piliang, 2017.


Titik lokasi jatuhnya benda langit aneh tersebut terletak di sekitar koordinat 0º 27′ 07″ LS 100º 13′ 16″ BT. Titik ini secara fisik terletak di depan Kantor pos Jorong Kubu, yang secara administratif menjadi bagian nagari Sungai Batang, kecamatan Tanjungraya, Kabupaten Agam (propinsi Sumatra Barat). Lokasi ini terletak tepat di jalan raya yang relatif ramai, sehingga peristiwa jatuhnya benda logam aneh tersebut sontak menggamit perhatian banyak insan. Foto-foto yang dipublikasikan di media sosial, misalnya oleh Andri Piliang (diunggah pukul 09:39 WIB) menyajikan kesan bahwa benda tersebut jatuh mencium Bumi sebelum pukul 09:30 WIB.

Benda logam aneh tersebut berbentuk sferis (membulat), atau lebih tepatnya ellipsoid (mirip telur). Sumbu panjangnya adalah 110 sentimeter sementara sumbu pendeknya 55 sentimeter. Bagian dalamnya berongga sementara di salah satu ujungnya terdapat lubang pipa, yang mengesankan bahwa benda logam ini adalah sejenis tanki. Bobotnya ringan, yakni hanya 7,4 kilogram. Saat menimpa titik jatuhnya, terbentuk sebuah cekungan kecil di tanah namun tanpa adanya bekas-bekas terbakar.

Gambar 2. Lokasi jatuhnya benda logam aneh di tepi Danau Maninjau, yakni pada pinggiran jalan beraspal di depan kantor pos Jorong Kubu, nagari Sungai Batang. Titik jatuh ditandai oleh cekungan kecil produk benturan yang memperlihatkan jejak tekanan kuat pada lapisan aspal disekelilingnya tanpa ada jejak terbakar. Sumber: Andri Piliang, 2017.


Ciri-ciri benda logam aneh tersebut tak konsisten dengan komponen pesawat terbang umumnya. Sebaliknya saat dibandingkan dengan sejumlah komponen roket, terdapat kemiripan. Sepintas lalu benda logam aneh ini menyerupai bagian roket Soyuz A-2/SL-4 milik Rusia yang jatuh sebagai sampah antariksa di Lampung pada 16 April 1988 TU silam dan kini di-display di Pusat Sains dan Teknologi Antariksa LAPAN Bandung. Dengan kemiripan ini dapat diduga bahwa benda logam aneh yang jatuh dari langit dan mendarat di tepi Danau Maninjau itu adalah sebuah sampah antariksa. Dalam kosakata resmi di Indonesia, peristiwa ini disebut sebagai kejadian benda jatuh antariksa (BJA).

Kejadian ini merupakan peristiwa BJA kedua di Indonesia dalam kurun setahun terakhir. Sebelumnya pada 26 September 2016 TU silam terjadi peristiwa BJA di Kabupaten Sumenep (propinsi Jawa Timur), tepatnya di dua pulau kecil yakni Pulau Giligenting dan Pulau Giliraja. Analisis lebih lanjut memperlihatkan bahwa BJA di Pulau Madura tersebut disebabkan oleh jatuhnya roket Falcon 9 Full Thrust, tepatnya roket tingkat teratas (upperstage), setelah sukses mengantarkan satelit komunikasi JCSAT-16 (Jepang) ke orbit geostasioner dalam Penerbangan 28 pada 14 Agustus 2016 TU.

Gambar 3. Perbandingan antara BJA (benda jatuh antariksa) komponen roket Soyuz A-2/SL-4 (Russia) di Lampung 16 April 1988 TU (kini tersimpan di Bandung) dengan benda logam aneh yang jatuh di tepi Danau Maninjau 18 Juli 2017 TU. Analisis lebih lanjut mengindikasikan benda logam aneh di tepi Danau Maninjau adalah BJA juga. Sumber: Sudibyo, 2013 & Andri Piliang, 2017.

Bagian Roket Long March-3A

Darimana asal sampah antariksa dalam kejadian BJA tepi Danau Maninjau?

Karena lokasi titik jatuh BJA dan waktu kejadian BJA telah diketahui, maka kita bisa melacak sampah antariksa mana yang bertanggung jawab atasnya. Yakni dengan melihat adakah sampah antariksa yang lewat di sekitar titik jatuh pada waktu kejadian. Pelacakan dengan menggunakan laman SatFlare menyajikan indikasi bahwa sampah antariksa tersebut adalah obyek 31116 dalam katalog NORAD (obyek 2007-011B dalam katalog internasional). Obyek ini secara fisik adalah tingkat teratas (upperstage) dari roket Long March-3A (Chang Zeng-3A) milik badan penerbangan antariksa Cina. Laman SatFlare memperlihatkan bahwa pada pukul 09:09 WIB obyek 31116 lewat di atas koordinat 0,1º LU 99,89º BT. Terhadap titik jatuh BJA di tepi Danau Maninjau, koordinat ini berjarak horizontal 148 kilometer.

Obyek 31116 ini melintas dari arah barat daya menuju ke timur laut dengan orbit ellips yang cenderung menurun dari waktu ke waktu. Dua jam sebelum jatuh, obyek 31116 masih beredar mengelilingi Bumi dengan perigee (titik terdekat ke paras Bumi) 95 kilometer dan apogee (titik terjauh dari paras Bumi) 387 kilometer pada periode orbital 89 menit. Obyek ini memang telah diprediksi akan masuk kembali ke atmosfer Bumi (reentry) dan jatuh pada sekitar tanggal 18 Juli 2017 TU. Joseph Remis misalnya, memprakirakan obyek 31116 akan jatuh pada pukul 09:40 WIB dengan prakiraan titik jatuh di lepas pantai pesisir barat Amerika Serikat. Namun seperti umumnya prediksi reentry benda langit buatan, senantiasa terdapat ketidakpastian yang cukup besar bahkan hingga jam-jam terakhir sebelum benar-benar terjadi. Dalam prediksi Remis, ketidakpastian itu bernilai 4 jam. Sehingga obyek 31116 akan jatuh kapan saja di antara pukul 05:40 hingga pukul 13:40 WIB dengan lokasi jatuh dimana saja di antara garis lintang 53º LU hingga 53º LS yang berada di bawah lintasan benda tersebut.

Gambar 4. BJA di Sumenep, pulau Madura, pada 26 September 2016 TU silam. Analisis memperlihatkan BJA ini merupakan sampah antariksa yang semula adalah tabung COPV (composite overwrapped pressure vessel), komponen upperstage roket Falcon 9 Full Thrust. Sumber: Tribunnews, 2016.


Obyek 31116 mengangkasa sejak 14 April 2007 TU silam sebagai bagian dari roket Long March-3A/Chang Zheng-3A (CZ-3A). Roket ini adalah roket angkut berat yang menjadi kuda kerja Cina sejak 1994 TU dalam mengarungi antariksa. Roket ini memiliki tiga tingkat dan secara keseluruhan menjulang setinggi 52,5 meter, berdiameter 3,4 meter dengan bobot total 241 ton. Khusus untuk upperstage-nya memiliki panjang 12,4 meter dengan diameter 3 meter dan massa total 20,9 ton.

Long March-3A membutuhkan tiga tingkat agar bisa mencapai kecepatan yang mencukupi sejak lepas landas dari paras Bumi dan terbang hingga ke ketinggian 200 hingga 300 kilometer untuk kemudian mengubah arah guna mencapai tujuan akhir sesuai dengan hukum-hukum peroketan. Baik menuju ke orbit rendah (ketinggian kurang dari 1.000 kilometer), menengah hingga geostasioner/geosinkron (ketinggian 35.780 kilometer). Roket Long March-3A memiliki kemampuan mengangkut muatan dengan bobot hingga 6.000 kilogram ke orbit rendah dan 2.650 kilogram ke orbit geostasioner/geosinkron.

Berbeda dengan tingkat pertama dan kedua yang mesin-mesin roketnya ditenagai oleh bahan bakar Hidrazin (N2H4) dengan pengoksid Nitrogen Tetroksida (N2O4), tingkat ketiga yang juga tingkat teratas (upperstage) roket Long March-3A mengonsumsi bahan bakar Hidrogen cair (LH2) dengan pengoksid Oksigen cair (LO2). Sepasang mesin roket kriogenik terpasang rapi di pantatnya dengan daya dorong total sebesar 16 ton dalam ruang hampa dan memiliki kemampuan untuk dimatikan dan dinyalakan kembali sesuai kebutuhan. Selain sepasang mesin roket utamanya, tingkat ketiga juga dilengkapi dengan sistem kemudi arah dan sikap yang bertumpu pada mesin-mesin roket kecil. Mesin-mesin roket kemudi tersebut bertumpu pada bahan bakar tunggal Hidrazin yang tersimpan dalam dua tanki kecil sferis bertekanan tinggi.

Gambar 5. Lintasan obyek 31116 pada jam-jam terakhirnya di antariksa beserta prakiraan lokasi dan waktu jatuhnya menurut Joseph Remis. Lokasi jatuh aktual ditambahkan kemudian. Sumber: Remis, 2017.


Beidou

Misi antariksa yang diemban oleh roket Long March-3A dalam peluncuran 13 April 2007 TU itu adalah mengorbitkan satelit Compass-M1 atau dikenal juga sebagai satelit Beidou-M1. Satelit ini adalah satelit eksperimental, bagian dari rencana ambisius Cina untuk mengembangkan sistem navigasi tersendiri yang dinamakan Beidou. Sistem navigasi berbasis satelit ini seperti halnya sistem GPS (Amerika Serikat) maupun GLONASS (Russia) yang mendunia, namun murni milik bangsa Cina sendiri. Berbeda dengan GPS dan GLONASS, konfigurasi satelit-satelit Beidou menggunakan baik orbit geostasioner, orbit geosinkron dengan inklinasi 55º dan orbit menengah.

Jika di awal mula hanya ada 3 satelit dalam sistem Beidou dan lebih ditujukan untuk kepentingan bangsa Cina sendiri, maka kini telah terdapat 10 satelit aktif dalam sistem Beidou dan bisa digunakan untuk kepentingan navigasi di segenap penjuru manapun. Cina telah menargetkan hingga tahun 2020 TU mendatang konstelasi satelit-satelit Beidou terdiri dari 5 satelit di orbit geostasioner, 3 satelit di orbit geosinkron berinklinasi 55º dan 27 satelit di orbit menengah. Untuk kepentingan sipil, Beidou menyajikan akurasi hingga 10 meter. Sebaliknya untuk kepentingan militer Cina, Beidou memberikan akurasi sampai 10 sentimeter.

Satelit Compass-M1 merupakan bagian dari sistem awal Beidou dan menjadi satelit orbit menengah pertama yang diluncurkan untuk sistem tersebut. Satelit ini memiliki massa 2.200 kilogram yang dilengkapi sepasang panel surya mirip sepasang sayap sebagai pemasok tenaga. Badan satelitnya berbentuk kubus dengan panjang 2,25 meter, lebar 1 meter dan tinggi 2,2 meter. Roket Long March-3A beserta Compass-M1 mengangkasa dari landasan peluncuran Xichang di propinsi Sichuan, Cina barat daya, pada 14 April 2007 TU dinihari waktu Cina (pukul 03:11 WIB). Kombinasi kinerja roket tingkat pertama dan kedua mendorong tingkat ketiga dan muatan satelitnya hingga ke ketinggian 200 kilometer.

Gambar 6. Struktur roket Long March-3A (Chang Zheng-3A) yang telah disederhanakan beserta bagian-bagian pentingnya. Roket ini adalah roket bertingkat tiga. BJA di tepi Danau Maninjau merupakan komponen dari tingkat ketiga/upperstage roket tersebut. Sumber: Spaceflight101, 2017.


Dari ketinggian ini pekerjaan diambil alih upperstage, setelah tingkat pertama dan kedua masing-masing dilepaskan secara berturut-turut untuk menjaga rasio massa bahan bakar dan massa total roket tetap mematuhi hukum-hukum peroketan.Upperstage Long March-3A kemudian dinyalakan hingga membentuk orbit sangat lonjong dengan perigee 200 kilometer dan apogee 21.500 kilometer. Begitu tiba di titik apogeenya, satelit Compass-M1 memisahkan diri dan menyalakan pendorong internalnya untuk memasuki orbitnya sendiri (perigee 21.519 kilometer, apogee 21.545 kilometer dan inklinasi 55,3º). Saat proses ini terjadi maka praktis upperstage Long March-3A itu tidak dibutuhkan lagi dan berubah peran menjadi sampah antariksa nomor 31116 menurut kataog NORAD.

Pada awal mulanya, sampah antariksa ini menempati orbit sangat lonjong. Data posisi pada 14 April 2007 TU pukul 14:00 WIB menunjukkan obyek 31116 ini berada pada orbit dengan perigee 245 kilometer, apogee 21.459 kilometer, inklinasi 54,9º dan periode orbital 375 menit (6 jam 15 menit). Namun orbit ini sangat takstabil, terutama karena sebagian diantaranya (yakni yang berada di sekitar titik perigee) sejatinya berada di lapisan atmosfer bagian atas. Sehingga obyek 31116 senantiasa bergesekan dengan molekul-molekul udara saat melintas dengan kecepatan 7,76 km/detik di titik perigee-nya. Pergesekan ini lambat laun menurunkan kecepatan obyek 31116, sehingga berimplikasi pada berubahnya orbit menjadi cenderung lebih sirkular dengan ketinggian kian menurun. Hal ini berlangsung terus-menerus, sehingga lebih dari sepuluh tahun kemudian tepatnya pada 12 Juli 2017 TU pukul 22:00 WIB, orbitnya telah berubah total dengan perigee 110 kilometer, apogee 2.607 kilometer, inklinasi 54,7º dan periode orbital 113 menit (1 jam 53 menit).

Gambar 7. Saat-saat roket Long March-3A yang mengangkut satelit Compass-M1 untuk sistem navigasi Beidou mengangkasa dari landasan peluncuran Xichang pada 14 April 2007 TU fajar waktu Cina (pukul 03:11 WIB). Nampak upperstage, yang di kemudian hari mengalami reentry di atas Indonesia bagian barat. Sumber: Cina Satellite Navigation Office, 2010.


Reentry

Seperti halnya yang dialami sampah-sampah antariksa sebelumnya, obyek 31116 juga menjalani proses reentry serupa. Begitu mulai menyentuh ketinggian 104 kilometer, reentry pun terjadilah. Sampah antariksa itu sontak mengalami deselerasi (perlambatan) yang besar sehingga ketinggiannya kian menurun. Pada saat yang sama besarnya deselerasi, yang bisa mencapai 20G, membuat struktur obyek 31116 pun hancur berantakan. Komponen-komponennya terlepas dan melejit sendiri-sendiri.

Pada saat yang sama, masih tingginya kecepatan obyek 31116 menghasilkan tekanan ram yang sangat kuat, persis seperti halnya yang diciptakan bongkahan pecahan asteroid maupun remah-remah komet. Komponen yang lemah dihancurkan oleh besarnya tekanan ram dan dipaksa mengalami sublimasi hingga berubah menjadi uap. Sementara komponen yang lebih kuat lebih mampu bertahan. Inilah yang mendarat di paras Bumi sebagai BJA di tepi Danau Maninjau. Perbandingan dengan komponen upperstage Long March-3A mengindikasikan bahwa BJA ini merupakan tanki Hidrazin. Tanki ini memasok bahan untuk sistem kemudi arah dan sikap.

Upperstage Long March-3A memiliki massa kosong (tanpa bahan bakar) 2.740 kilogram. Pada umumnya 10 % dari massa sebuah sampah antariksa akan bertahan selama melewati proses reentry dan mendarat di paras Bumi. Dengan demikian terdapat setidaknya 20 kilogram massa yang selamat dari jatuhnya obyek 31116. BJA di tepi Danau Maninjau memiliki massa 7,4 kilogram, angka yang cukup dekat dengan perkiraan tersebut. Pada umumnya sisa-sisa sampah antariksa yang jatuh ke paras Bumi menempati sebuah daerah sempit sangat lonjong yang bentuknya mirip cerutu dengan panjang 200 hingga 250 kilometer. Dengan demikian komponen-komponen obyek 31116 mungkin berjatuhan ke arah timur laut dari Danau Maninjau, yakni hingga ke sebelah utara kota Pekanbaru (propinsi Riau).

Gambar 8. Kiri: prakiraan lintasan sampah antariksa obyek 31116 dalam jam-jam terakhirnya menurut data posisi terakhir sebelum mengalami reentry (garis putus-putus). Bandingkan dengan lintasan aktualnya (garis takputus berpanah) hingga jatuh di tepi Danau Maninjau (tanda bintang). Kurva ellips putus-putus menunjukkan prakiraan area tempat sisa-sisa obyek 31116 kemungkinan jatuh, khususnya bagian-bagian yang lebih ringan. Kanan: titik jatuh tanki Hidrazin bagian dari obyek 31116. Diolah berdasarkan data SatFlare. Sumber: Sudibyo, 2017 dengan basis Google Earth dan Google Maps.


Sampah antariksa merupakan efek samping yang belum bisa dielakkan dari teknologi eksplorasi dan eksploitasi antariksa. Dan khusus untuk Indonesia, sebagai negara terbesar di kawasan khatulistiwa’, resiko dijatuhi sampah antariksa relatif tinggi. Sebab lebih banyak satelit yang ditempatkan di orbit geostasioner dibanding orbit yang lain. Sementara orbit ini terletak tepat di atas garis khatulistiwa’. Hingga umat manusia bisa menemukan cara untuk mereduksi jumlah sampah antariksa tanpa harus mengurangi intensitas eksplorasi dan eksploitasi antariksa, maka problem semacam ini akan selalu menghantui Indonesia.

Referensi :

Pribadi dkk. 2007. Mekanisme Erupsi Ignimbrit Kaldera Maninjau. Jurnal Geologi Indonesia, vol. 2 no. 1 Maret 2007, hal. 31-41.

Facebook Andri Piliang, diakses 18 Juli 2017.

Joseph Remis. 2017. Update: object 31116 BEIDOU M1 CZ-3A R/B Decay Prediction: July 18, 2017 UTC 02h40mn ± 4h. Twitter, diakses 17 Juli 2017.

Cina Satellite Navigation Office. 2010. Beidou (Compass) Navigation Satellite System Development. Munich Satellite Navigation Summit 2010, March 9th – 10 th, 2010.

Spaceflight101. Long March 3A Launch Vehicle, diakses 18 Juli 2017.

Gunter. 2017. BD-2M (Beidou-2M) / BD-2I (Beidou-2I). Gunter SpacePage, diakses 18 Juli 2017.

Satflare. 2017. CZ-3A R/B – NORAD 31116.

Roket Falcon 9 Full Thrust Penerbangan 28 Jatuh di Pulau Madura

Sebuah peristiwa takbiasa terjadi di bagian pulau Madura (propinsi Jawa Timur) pada Senin 26 September 2016 Tarikh Umum (TU) siang. Tepatnya sekitar pukul 10:00 WIB. Di satu bagian Kabupaten Sumenep, tepatnya di pulau kecil Giligenting dan Giliraja, benda-benda aneh mendadak berjatuhan dari langit. Benda aneh terbesar berbentuk silinder dengan kedua ujung membulat, sepanjang 150 cm dengan garis tengah 60 cm. Secara keseluruhan ada empat titik dimana benda-benda aneh tersebut ditemukan, dua di daratan dan dua di laut. Salah satu titik diantaranya bahkan tepat berada di kandang sapi warga setempat. Sebagian kandang itu pun hancur berantakan, beruntung tak ada korban baik manusia maupun binatang peliharaan.

Gambar 1. Tabung silinder yang aneh yang ditemukan dalam peristiwa Sumenep. Analisis lebih lanjut mengindikasikan bawa benda aneh ini mungkin merupakan sisa-sisa upperstage roket Falcon 9 Full Thrust Penerbangan 28 yang mengangkasa 14 Agustus 2016 TU lalu. Sumber: Tribunnews, 2016.

Gambar 1. Tabung silinder yang aneh yang ditemukan dalam peristiwa Sumenep. Analisis lebih lanjut mengindikasikan bawa benda aneh ini mungkin merupakan sisa-sisa upperstage roket Falcon 9 Full Thrust Penerbangan 28 yang mengangkasa 14 Agustus 2016 TU lalu. Sumber: Tribunnews, 2016.

Seluruh benda aneh itu diselubungi sejenis lapisan fiber yang sekilas mirip lilitan tali plastik. Lapisan tersebut tahan api, setidaknya menurut pengujian langung Kapolsek Sumenep AKBP Josep Ananta Pinora. Tepat sesaat menjelang peristiwa takbiasa ini, sejumlah warga juga mengaku mendengar suara dentuman lumayan keras di langit.

Benda apakah itu?

Roket Falcon 9

Saat berjumpa dengan benda-benda yang takbiasa yang jatuh dari langit dengan ciri-ciri tertentu, sebagian kita mungkin akan langsung mengaitkannya dengan komponen pesawat.  Beberapa kali terjadi pesawat yang sedang terbang di ruang udara Indonesia mengalami insiden yang berujung pada lepas dan berjatuhannya sejumlah komponennya ke Bumi. Sementara pesawatnya masih tetap bisa melaju dan mendarat di tempat lain. Kasus paling terkenal adalah saat pesawat raksasa Airbus A380 Qantas penerbangan 32 yang bermasalah di atas pulau Batam pasca lepas landas dari Singapura menuju Australia pada 4 November 2010 TU. Sejumlah komponen mesin kanannya berjatuhan ke daratan pulau Batam setelah mesin itu meleda, sementara pesawatnya sendiri berhasil memutar arah dan melakukan pendaratan darurat di Singapura, tanpa korban.

Apakah peristiwa Sumenep, demikian untuk mudahnya kita sebut, juga demikian? Sayangnya tidak. Data otoritas penerbangan Indonesia menunjukkan tak ada penerbangan yang lewat di atas Sumenep saat itu. Sehingga kemungkinan bahwa benda-benda aneh itu berasal dari komponen pesawat yang terlepas dalam penerbangannya bisa dieliminir.

sumenep-gb2_lapan

Gambar 2. Atas: peta proyeksi lintasan roket bekas bernomor 41730 di paras Bumi pada Senin 26 September 2016 TU dari LAPAN. Titik terakhir tepat berada di atas pulau Madura pada pukul 09:21 WIB. Bawah: peta serupa yang dipublikasikan Joseph Remis dengan prakiraan reentry pukul 02:10 UTC (09:10 WIB) di lepas pantai timur pulau Madagaskar. Dalam kenyataannya, roket bekas ini melaju lebih jauh dan baru benar-benar mengalami reentry pada sekitar pukul 09:21 WIB. Sumber: Djamaluddin, 2016, Remis 2016.

Gambar 2. Atas: peta proyeksi lintasan roket bekas bernomor 41730 di paras Bumi pada Senin 26 September 2016 TU dari LAPAN. Titik terakhir tepat berada di atas pulau Madura pada pukul 09:21 WIB. Bawah: peta serupa yang dipublikasikan Joseph Remis dengan prakiraan reentry pukul 02:10 UTC (09:10 WIB) di lepas pantai timur pulau Madagaskar. Dalam kenyataannya, roket bekas ini melaju lebih jauh dan baru benar-benar mengalami reentry pada sekitar pukul 09:21 WIB. Sumber: Djamaluddin, 2016, Remis 2016.

Lantas dari mana? Sumber lain yang perlu disibak adalah penerbangan antariksa. Dalam perspektif ini, peristiwa Sumenep bisa saja merupakan kejadian jatuhnya sampah antariksa sehingga merupakan kejadian benda jatuh antariksa (BJA). Sampah antariksa tersebut bisa berupa roket bekas, khususnya roket tingkat tiga/empat untuk generasi roket-roket klasik atau roket tingkat dua untuk generasi roket-roket kontemporer. Roket bekas ini, yang dikenal pula sebagai upperstage (roket tingkat atas) semula bertugas untuk mendorong satelit ke orbit tujuan dari orbit parkir. Jadi tatkala sebuah roket diluncurkan, awalnya ia mendorong muatannya ke sebuah orbit parkir yang berada di ketinggian rendah (150 hingga 300 km dari paras Bumi). Selanjutnya giliran upperstage mengambil alih mendorong muatannya ke orbit tujuan. Begitu usai menunaikan tugasnya, upperstage (yang sudah kehabisan bahan bakarnya) akan terlepas dan melayang-layang dalam orbitnya sendiri yang terus berubah sebelum kemudian jatuh kembali ke paras Bumi dalam beberapa waktu kemudian. Sampah antariksa juga bisa berupa satelit rombeng, yakni satelit-satelit yang sudah kehabisan bahan bakarnya ataupun sudah rusak komponennya. Di luar roket bekas dan satelit rombeng, sampah antariksa dapat pula merupakan kepingan-kepingan roket/satelit maupun peralatan yang terlepas ke langit dari astronot yang lalai.

Gambar 3. Detik-detik saat roket Falcon 9 Full Thrust mengangkasa dari landasan nomor 40 di Cape Canaveral, Florida (AS) pada 14 Agustus 2016 TU pukul 12:26 WB. Upperstage roket inilah yang jatuh di pulau Madura dalam peristiwa Sumenep. Sumber: SpaceX, 2016.

Gambar 3. Detik-detik saat roket Falcon 9 Full Thrust mengangkasa dari landasan nomor 40 di Cape Canaveral, Florida (AS) pada 14 Agustus 2016 TU pukul 12:26 WB. Upperstage roket inilah yang jatuh di pulau Madura dalam peristiwa Sumenep. Sumber: SpaceX, 2016.

Pada hari Senin 26 September 2016 TU pukul 09:21 WIB sebuah roket bekas melintas di ruang udara Indonesia tepat di atas pulau Madura. Ia memiliki nomor 41730 dalam katalog benda-benda angkasa buatan manusia dalam katalog NORAD (North American Aerospace Defence Command) atau komando pertahanan langit Amerika utara. Identitasnya adalah Falcon 9 R/B (rocket body), yakni upperstage (tingkat kedua) roket Falcon 9 Full Thrust milik perusahaan inovatif SpaceX yang ditujukan untuk mengorbitkan satelit komunikasi JCSAT-16 (Jepang) ke orbit geostasioner pada 14 Agustus 2016 TU lalu . Ia menjadi bagian dari penerbangan bersejarah, dimana tingkat pertama roket Falcon 9 berhasil mendarat kembali dengan selamat ke paras Bumi setelah sukses mengantar muatan beserta upperstagenya ke ketinggian 180 km. Tepatnya di sebuah bargas yang mengapung tenang di keluasan Samudera Atlantik. Sementara upperstagenya,yang bergaris tengah 366 cm dengan panjang 1.430 cm, bertugas mengantar muatan dari ketinggian 184 km ke ketinggian orbit transfer 35.912 km pada inklinasi (kemiringan) 20o terhadap bidang khatulistiwa. Dari orbit transfer inilah satelit JCSAT-16 kemudian digeser secara perlahan ke orbit geostasioner (ketinggian 35.792 km, inklinasi 0o) pada garis bujur 162 BT. Usai menjalankan tugasnya dengan baik, upperstage Falcon 9 pun menjadi sampah antariksa dengan nomor 41730.

Nah roket bekas bernomor 41730 ini telah diprediksi akan jatuh kembali ke Bumi pada akhir September 2016 TU. Hal ini terjadi karena roket bekas tersebut bersentuhan dengan atmosfer Bumi bagian atas secara berulang, dimana pergesekannya dengan molekul-molekul udara membuat kecepatannya melambat. Konsekuensinya bentuk orbit lonjongnya, yang mengandung titik perigee (titik terdekat ke paras Bumi) dan titik apogee (titik terjauh ke paras Bum) pun berubah secara dinamis, dimana perigee dan apogee kian berkurang. Perhitungan oleh Joseph Remis menunjukkan roket bekas ini bakal jatuh pada 26 September 2016 TU pukul 09:10 WIB dengan plus minus 4 jam. Sehingga diprakirakan ia bakal jatuh kapan saja dalam tempo antara pukul 05:10 WIB hingga pukul 13:10 WIB. Namun kapan dan dimana persisnya roket bekas bernomor 41730 ini bakal jatuh mencium Bumi hanya akan bisa diketahui pada menit-menit terakhir.

sumenep-gb4_perigee

Gambar 4. Dinamika orbit roket bekas bernomor 41730 selama lima hari terakhir sebelum jatuh, meliputi perigee (atas) dan apogee (bawah). Perigeenya berfluktuasi, namun apogeenya menunjukkan konsistensi terus menurun dengan cepat. Sumber: Sudibyo, 2016 dengan data NORAD.

Gambar 4. Dinamika orbit roket bekas bernomor 41730 selama lima hari terakhir sebelum jatuh, meliputi perigee (atas) dan apogee (bawah). Perigeenya berfluktuasi, namun apogeenya menunjukkan konsistensi terus menurun dengan cepat. Sumber: Sudibyo, 2016 dengan data NORAD.

Analisis dinamika orbit roket bekas bernomor 41730 memperlihatkan ia mengalami perubahan orbit yang cukup radikal sepanjang lima hari terakhir. Jika pada 17 Agustus 2016 TU silam ia memiliki orbit 184 km x 35.912 km (dibaca : orbit lonjong dengan perigee 184 km dan apogee 35.912 km), maka pada 20 September 2016 TU lalu orbitnya sudah berubah dramatis menjadi 96 km x 6.448 km. Dan lima hari kemudian orbitnya berubah dramatis kembali menjadi 105 km x 1.145 km. Titik perigee orbit roket bekas bernomor 41730 ini berfluktuasi, namun titik apogeenya jelas menunjukkan kecenderungan terus menurun secara dramatis. Konsekuensinya periode orbital roket bekas bernomor 41730 pun turut berkurang, dari 163 menit pada 20 September 2016 TU menjadi tinggal 97 menit pada lima hari kemudian. Semua ini merupakan pertanda bahwa roket bekas itu akan segera jatuh kembali ke Bumi.

Problema 

Dengan semua informasi tersebut, hampir dapat dipastikan bahwa peristiwa Sumenep merupakan akibat dari jatuhnya, atau tepatnya masuk-kembalinya (reentry), roket bekas bernomor 41730 yang adalah upperstage Falcon 9 Full Thrust penerbangan 28. Sebelum diterbangkan, upperstage ini memiliki bobot mati 4 ton dan sanggup mengangkut 107,5 ton bahan bakar. Bahan bakarnya adalah kerosene (minyak tanah) yang diolah khusus sebagai RP-1 (Rocket Propellant-1), sementara pengoksid (oksidizer)-nya adalah Oksigen cair. Baik tabung bahan bakar maupun pengoksidnya memiliki bentuk khas, yakni silinder tabung dengan kedua ujungnya berupa setengah bola. Ia dibuat dari bahan komposit yang dikemudian diselubungi dengan lapisan antiapi, sehingga SpaceX menamakannya COPV (Composite Overwrapped Pressure Vessel).

Tabung inilah yang ditemukan dalam peristiwa Sumenep. Jelas bahwa upperstage yang masuk-kembali ke atmosfer Bumi di atas pulau Madura itu telah terkikis nyaris habis oleh tekanan ram supertinggi yang dihadapinya sepanjang menembus atmosfer. Tepat sama seperti yang dialami meteoroid-meteoroid dari langit. Sehingga hanya sebagian kecil saja yang masih tersisa dan mendarat di pulau Madura. Dan seperti halnya meteoroid yang berukuran besar, yang menembus selimut udara Bumi sebagai boloid, masuk kembalinya roket bekas bernomor 41730 pun menghempaskan gelombang kejut dan dentuman sonik yang terdengar di paras Bumi sebagai suara menggelegar.

Gambar 5. Perbandingan antara benda takbiasa yang jatuh di Sumenep (kanan) dengan yang jatuh di Brazil beberapa waktu lalu (kiri). Tabung di Brazil sudah dipastikan sebagai tabung bahan bakar/pengoksid upperstage roket Falcon 9. Nampak jelas kemiripan keduanya. Sumber: Firmanda, 2016.

Gambar 5. Perbandingan antara benda takbiasa yang jatuh di Sumenep (kanan) dengan yang jatuh di Brazil beberapa waktu lalu (kiri). Tabung di Brazil sudah dipastikan sebagai tabung bahan bakar/pengoksid upperstage roket Falcon 9. Nampak jelas kemiripan keduanya. Sumber: Firmanda, 2016.

Meski mekanismenya serupa, namun peristiwa Sumenep berbeda apabila dibandingkan dengan masuk-kembalinya sampah antariksa jumbo seperti Phobos-Grunt maupun GOCE di waktu lalu. Dengan bahan bakar berupa kerosene, jelas tak perlu khawatir berlebihan terkait jatuhnya upperstage Falcon 9 di pulau Madura dalam peristiwa Sumenep. Kerosene jauh lebih ramah lingkungan dan tak bersifat toksik bila dibandingkan dengan Hydrazine yang menjadi sumber tenaga utama upperstage roket-roket klasik. Namun peristiwa ini sekali lagi kembali mengingatkan kita semua terkait masalah serius yang dihadapi umat manusia semenjak era penerbangan antariksa bersemi. Yakni persoalan sampah antariksa. Hingga kini tercatat tak kurang dari 16.000 buah sampah antariksa (dengan diameter lebih dari 10 cm) yang melayang-layang di orbit. Total massa seluruhnya mencapai tak kurang dari 62.000 ton. Dan hingga kini bagaimana solusi untuk mengatasi persoalan ini belum kunjung dijumpai.

Pembaharuan : Detik-Detik Terakhir

Evaluasi lebih lanjut memastikan benda aneh pada peristiwa Sumenep memang merupakan tabung COPV. Ini tabung yang umum dijumpai dalam struktur roket kontemporer khususnya yang dibangun di Amerika Serikat dan Eropa. Eksistensi tabung COPV ditunjang dengan data elemen orbital roket bekas bernomor 41730 hingga 2,5 jam sebelum terjadinya peristiwa Sumenep memastikan bahwa benda aneh itu memang sisa-sisa upperstage roket Falcon 9 Full Thrust yang digunakan dalam penerbangan 28. Evaluasi juga memperlihatkan bahwa tabung COPV itu bukanlah tabung bahan bakar, melainkan tabung penyimpanan gas bertekanan tinggi.

Gambar 6. Perbandingan bentuk dan struktur salah satu tabung COPV yang digunakan badan antariksa Amerika Serikat/NASA (kiri) dengan reruntuhan tabung yang ditemukan dalam peristiwa Sumenep. Perhatikan kemiripannya. Sumber: NASA, 2011 & Tribunnews, 2016.

Gambar 6. Perbandingan bentuk dan struktur salah satu tabung COPV yang digunakan badan antariksa Amerika Serikat/NASA (kiri) dengan reruntuhan tabung yang ditemukan dalam peristiwa Sumenep. Perhatikan kemiripannya. Sumber: NASA, 2011 & Tribunnews, 2016.

SpaceX menggunakannya untuk menyimpan gas Helium bertekanan tinggi. Gas mulia yang bersifat lembam (inert) ini ditujukan untuk membantu mendorong Oksigen cair memasuki mesin roket dengan kuantitas dan debit sesuai kebutuhan teknis mesin tersebut. Karena itu SpaceX menempatkan tabung-tabung COPV berisikan gas Helium di dalam tabung Oksigen cairnya. Meski terbuat dari komposit fiber dan resin, namun tabung COPV tak kalah kokoh dibanding tabung logam. Ia juga lebih ringan, faktor yang membuatnya lebih unggul dalam penerbangan antariksa. Tabung COPV didesain untuk sanggup menahan tekanan hingga sebesar 300 bar (300 kN/m2 atau setara dengan 296,2 atmosfer. Karena itu tabung COPV menjadi salah satu bagian yang relatif bertahan selama menembus lapisan-lapisan udara Bumi tatkala roket bekas masuk kembali ke atmosfer. Karena dayatahannya maka ia juga menjadi bagian yang kerap dijumpai mendarat di paras Bumi.

Selain dalam katalog NORAD, elemen orbit roket bekas bernomor 41730 juga dicatat dengan teliti oleh JSpOC (Joint Space Operation Center). Catatan tersebut lebih intensif, dimana elemen orbit terakhir yang dicatat JSpOC adalah hingga 2,5 jam sebelum  roket bekas bernomor 41730 itu masuk kembali ke atmosfer. Pada saat itu orbitnya pun telah berubah dramatis menjadi 92 km x 788 km. Berbekal data ini dan temuan di lapangan, kita bisa merekonstruksi (secara kasar) bagaimana detik-detik terakhir roket bekas bernomor 41730 hingga jatuh tersungkur mencium Bumi di pulau Madura.

Gambar 7. Proyeksi lintasan terakhir bekas roket upperstage Falcon 9 Full Thrust penerbangan 28 di paras Bumi. Titik X berada di utara pulau Natal (Australia), yang berjarak 950 km sebelah barat daya Kabupaten Sumenep, Madura (Indonesia). Sumber; Sudibyo, 2016 dengan data JSpOC.

Gambar 7. Proyeksi lintasan terakhir bekas roket upperstage Falcon 9 Full Thrust penerbangan 28 di paras Bumi. Titik X berada di utara pulau Natal (Australia), yang berjarak 950 km sebelah barat daya Kabupaten Sumenep, Madura (Indonesia). Sumber; Sudibyo, 2016 dengan data JSpOC.

Sebuah benda langit buatan yang mengorbit Bumi pada orbit rendah menderita gangguan permanen dari atmosfer Bumi seiring pergesekannya dengan molekul-molekul udara. Pergesekan tersebut membuat orbit benda langit itu berubah secara gradual, yang mudah dilihat pada perubahan titik apogee dan  setengah sumbu orbit utamanya. Apogee mengecil secara dramatis sementara perigeenya relatif tetap, sehingga orbit benda langit buatan itu pada dasarnya kian mendekati lingkaran sempurna. Proses masuk kembali ke atmosfer Bumi umumnya terjadi tatkala orbit benda langit buatan itu, khususnya setengah sumbu orbit utamanya,  telah menyentuh ketinggian 104 km dari paras Bumi atau lebih rendah lagi. Pada ketinggian ini lapisan udara Bumi mulai lebih padat. Akibatnya gesekannya dengan benda langit membuat pengurangan kecepatannya menjadi lebih besar. Konsekuensinya benda langit itu pun akan mulai turun menembus atmosfer Bumi. Titik dimana orbit benda langit itu tepat menyentuh ketinggian 104 km disebut titik X atau reentry interface.

Roket bekas bernomor 41730 mulai menghampiri titik X pada suatu tempat di sebelah utara pulau Natal atau pulau Christmas (Australia) di tengah-tengah Samudera Indonesia (Indian Ocean). Titik ini terletak pada jarak mendatar 950 km di sebelah barat daya Sumenep. Pada umumnya jarak mendatar antara titik temuan benda-benda aneh khas sampah antariksa dengan proyeksi titik X di paras Bumi berkisar antara 900 hingga 1.300 km. Pada titik X itu roket bekas bernomor 41730 masih melaju secepat 7,85 km/detik atau 28.200 km/jam.  Dari titik X ini roket bekas bernomor 41730 mulai mengalami penurunan ketinggiannya secara drastis. Hingga akhirnya pada jarak 750 km sebelah barat daya Sumenep, ketinggian roket bekas bernomor 41730 mulai menyentuh angka 80 km.

Gambar 8. Proyeksi lintasan terakhir bekas roket upperstage Falcon 9 Full Thrust penerbangan 28 di paras Bumi sebagian pulau Jawa dalam detik-detik terakhir penerbangannya. Bekas roket itu memasuki udara pulau Jawa di atas kompleks gunung berapi purba Wediombo (Kab. Gunung Kidul). Dengan cepat ia lalu bergerak hingga tiba di atas kota Ponorogo, kota Kediri bagian utara dan kota Sidoarjo secara berturut-turut dalam waktu hanya 30 detik saja. Proyeksi lintasan ini berujung di Prenduan, namun hembusan angin samping nampaknya membuat sisa-sisa roket tersebut bergeser ke Giliraja (keduanya di Kab. Sumenep). Sumber; Sudibyo, 2016 dengan data JSpOC.

Gambar 8. Proyeksi lintasan terakhir bekas roket upperstage Falcon 9 Full Thrust penerbangan 28 di paras Bumi sebagian pulau Jawa dalam detik-detik terakhir penerbangannya. Bekas roket itu memasuki udara pulau Jawa di atas kompleks gunung berapi purba Wediombo (Kab. Gunung Kidul). Dengan cepat ia lalu bergerak hingga tiba di atas kota Ponorogo, kota Kediri bagian utara dan kota Sidoarjo secara berturut-turut dalam waktu hanya 30 detik saja. Proyeksi lintasan ini berujung di Prenduan, namun hembusan angin samping nampaknya membuat sisa-sisa roket tersebut bergeser ke Giliraja (keduanya di Kab. Sumenep). Sumber; Sudibyo, 2016 dengan data JSpOC.

Disinilah peristiwa dramatis mulai terjadi. Lapisan udara yang kian padat membuat gaya geseknya berkembang ke titik yang menghancurkan. Roket bekas bernomor 41730 itu menjadi sangat diperlambat, dengan puncak perlambatan bisa melampaui 20 kali percepatan gravitasi standar (20 G) yang jauh melampaui ambang batas dayatahan struktur roket. Roket mulai terpecah belah dan menghancur di ketinggian itu. Tekanan ram yang diakibatkannya juga menciptakan suhu teramat tinggi yang membuat molekul-molekul udara didalamnya terionisasi. Terpancarlah cahaya khas, yang jika di malam hari akan mudah dilihat sebagai obyek mirip meteor. Suhu sangat tinggi juga membuat sebagian besar pecahan, khususnya yang terbuat dari logam, mulai meleleh dan menguap. Sehingga roket bekas itu kini tinggal kumpulan partikel-partikel yang menghasilkan bentuk mirip awan lurus, sangat mirip dengan meteor. Hanya bagian terkuatnya saja yang sanggup bertahan dari penghancuran dan suhu yang menggidikkan ini. Transisi dari kecepatan supertinggi menjadi lebih lambat menghasilkan gelombang kejut yang bisa terdengar di paras Bumi sebagai dentuman sonik.

Sisa-sisa roket bekas bernomor 41730 itu mulai memasuki ruang udara di atas daratan pulau Jawa pada pukul 09:23:05 WIB, atau hampir 1,5 menit pasca melewati titik X. Saat itu sisa-sisa roket bekas ini ada pada ketinggian sekitar 35 km di atas kompleks gunung berapi purba pantai Wediombo, di ujung tenggara Kabupaten Gunung Kidul (propinsi DI Yogyakarta). Tiga belas detik kemudian sisa-sisa roket bekas ini sudah melesat cepat memasuki propinsi Jawa Timur hingga tiba di atas kota Ponorogo pada ketinggian sekitar 28 km. Duapuluh satu detik kemudian ia sudah melesat dan tiba di atas kota Kediri bagian utara, dengan ketinggian berkurang menjadi sekitar 21 km. Dan tigapuluh tiga detik kemudian ia sudah ada di atas kota Sidoarjo, pada ketinggian hanya sekitar 4 km. Proyeksi lintasan sisa-sisa roket bekas tersebut sejatinya berujung di daratan utama pulau Madura, tepatnya di bagian pesisir Prenduan (Kabupaten Sumenep). Namun hembusan angin dari samping nampaknya meniup sisa-sisa roket ini lebih ke timur sehingga lintasannya mengarah ke Giliraja. Analisis JSpOC mengindikasikan dari pulau Giliraja ke arah timur laut (searah dengan proyeksi lintasan roket bekas bernomor 41730) hingga sejauh 250 km menjadi kawasan dimana sisa-sisa roket bekas bernomor 41730 berjatuhan. Dalam perspektif aerodinamika, fragmen terbesar dan terberat memang akan berjatuhan di pulau Giliraja. Namun fragmen-fragmen yang lebih kecil dan lebih ringan terdorong lebih jauh ke timur laut hingga sejauh 250 km.

Gambar 9. Profil penerbangan roket-roket Falcon 9 Full Thrust secara umum. Setelah separasi di ketinggian 80 km, lowerstage Falcon 9 Full Thrust bermanuver mengubah arah dan mengerem kecepatannya untuk bisa mendarat kembali di Bumi dengan selamat agar kelak bisa digunakan kembali. Sementara upperstage Falcon 9 Full Thrust hanya sekali pakai mendorong muatannya ke orbit tujuan, setelah itu berubah menjadi sampah antariksa. Sumber: SpaceX, 2015.

Gambar 9. Profil penerbangan roket-roket Falcon 9 Full Thrust secara umum. Setelah separasi di ketinggian 80 km, lowerstage Falcon 9 Full Thrust bermanuver mengubah arah dan mengerem kecepatannya untuk bisa mendarat kembali di Bumi dengan selamat agar kelak bisa digunakan kembali. Sementara upperstage Falcon 9 Full Thrust hanya sekali pakai mendorong muatannya ke orbit tujuan, setelah itu berubah menjadi sampah antariksa. Sumber: SpaceX, 2015.

Peristiwa Sumenep merupakan jatuhnya sisa-sisa upperstage roket Falcon 9 Full Thrust penerbangan 28. Roket Falcon 9 Full Thrust (FT), atau resminya bernama Falcon 9 v1.2, merupakan kuda beban perusahaan swasta Space Exploration Technologies yang lebih dikenal dengan nama SpaceX. Roket ini menggamit perhatian dunia penerbangan antariksa masakini seiring inovasinya. Yang paling menonjol adalah upaya penggunaan-berulang roket ini, setidaknya sebagian diantaranya. Dengan penggunaan-berulang maka ongkos penerbangan antariksa bisa ditekan cukup drastis, mengingat secara teknis pengguna tinggal mengganti biaya bahan bakar-pengoksid dan biaya-biaya ujicoba teknis. Berbeda dengan roket-roket klasik, dimana selain biaya tersebut pengguna masih dibebani ongkos pembangunan roket yang selangit mahalnya. Sebab roket-roket klasik hanyalah sekali pakai untuk kemudian dibuang tanpa bisa dipergunakan lagi.

Gambar 10. Rekaman video telemetri saat-saat roket Falcon 9 Full Thrust penerbangan 28 mengangkasa pada 14 Agustus 2016 TU silam, yang mengantar muatan satelit komunikasi JCSAT-16 ke orbit geostasioner. Kiri: lowerstage Falcon 9 Full Thrust saat sedang mengurangi kecepatan di ketinggian menggunakan 3 dari 9 mesin roketnya. Nampak salah satu dari 4 sirip berongganya sedang bekerja menyetabilkan badan roket secara aerodinamis. Kanan: mesin roket upperstage Falcon 9 Full Thrust menyala penuh mendorong muatannya. Upperstage inilah yang jatuh dalam peristiwa Sumenep 44 hari pasca lepas landas. Sumber: SpaceX, 2016.

Gambar 10. Rekaman video telemetri saat-saat roket Falcon 9 Full Thrust penerbangan 28 mengangkasa pada 14 Agustus 2016 TU silam, yang mengantar muatan satelit komunikasi JCSAT-16 ke orbit geostasioner. Kiri: lowerstage Falcon 9 Full Thrust saat sedang mengurangi kecepatan di ketinggian menggunakan 3 dari 9 mesin roketnya. Nampak salah satu dari 4 sirip berongganya sedang bekerja menyetabilkan badan roket secara aerodinamis. Kanan: mesin roket upperstage Falcon 9 Full Thrust menyala penuh mendorong muatannya. Upperstage inilah yang jatuh dalam peristiwa Sumenep 44 hari pasca lepas landas. Sumber: SpaceX, 2016.

Roket Falcon 9 Full Thrust merupakan roket bertingkat dua (dua tahap) setinggi 70 meter dan berdiameter 3,66 meter yang tidak menggunakan roket-bantu pendorong (booster). Berbobot 549 ton pada saat diluncurkan, Falcon 9 Full Thrust mampu mengantar muatan ke manapun dengan bobot maksimal 22,8 ton untuk orbit rendah dan 8,3 ton untuk orbit geostasioner. Tingkat pertama atau lowerstage Falcon 9 Full Thrust merupakan bagian yang dapat digunakan-berulang. Ia memiliki tinggi 41,2 meter dan bobot 409,5 ton dalam keadaan terisi penuh bahan bakar dan pengoksid. Bahan bakarnya adalah RP-1 atau kerosene (minyak tanah), sementara pengoksidnya berupa Oksigen cair. Di pantatnya terpasang 9 mesin roket Merlin pada  konfigurasi oktaweb. Lowerstage Falcon 9 Full Thrust juga membawa gas Nitrogen dingin yang mencukupi untuk keperluan manuver di antariksa,  4 sirip berongga sebagai perlengkapan kendali permukaan dan sistem pendaratan berwujud 4 kaki pendarat.

Saat lepas landas, roket Falcon 9 Full Thrust  terbang dengan kecepatan penuh hingga menjangkau ketinggian 80 kmdengan kecepatan 13.000 km/jam sebelum kemudian mengalami pemisahan (separasi) antara lowerstage dengan upperstage. Lowerstage Falcon 9 Full Thrust lantas terbang hingga ketinggian 140 km sebelum kemudian mesinnya dimatikan. Selanjutnya ia bermanuver agar posisinya berubah menuju titik pendaratan. Saat lowerstage Falcon 9 Full Thrust kemudian tiba di ketinggian 70 km, 3 dari 9 mesin roketnya kembali dinyalakan. Kali ini mengemban tugas sebagai retro roket untuk mengerem.  Dengan demikian kecepatannya pun berkurang dari semula 4.700 km/jam menjadi 900 km/jam. Dari titik itu giliran 4 sirip berongga mengambil alih kendali selagi ketinggian lowerstage Falcon 9 Full Thrust kian menurun, demikian pula kecepatannya. Sirip-sirip itu memastikannya tetap stabil, layaknya layang-layang raksasa selama perjalanan menuruni lapisan-lapisan udara yang lebih rendah dan padat. Barulah setelah mendekati titik pendaratannya, 1 dari 9 mesin roketnya kembali dinyalakan untuk memperlambat. Beberapa detik kemudian 4 kaki pendaratnya pun direntangkan. Sehingga lowerstage Falcon 9 Full Thrust akan mendarat secara vertikal dengan kecepatan pendaratan hanya 7 km/jam.  Seluruh prosesn ini terjadi tak lebih dari 10 menit pasca lepas landas.

Gambar 11. Gambaran artis upperstage Falcon 9 Full Thrust saat mendorong muatan satelit komunikasinya. Berbeda dengan lowerstagenya, upperstage Falcon 9 Full Thrust hanya sekali pakai untuk kemudian dibuang. Sumber: SpaceX, 2016.

Gambar 11. Gambaran artis upperstage Falcon 9 Full Thrust saat mendorong muatan satelit komunikasinya. Berbeda dengan lowerstagenya, upperstage Falcon 9 Full Thrust hanya sekali pakai untuk kemudian dibuang. Sumber: SpaceX, 2016.

Sebaliknya tingkat kedua atau upperstage Falcon 9 Full Thrust hanyalah sekali pakai, tidak bisa digunakan berulang. Ia ditenagai oleh bahan bakar dan pengoksid yang sama dengan lowerstage Falcon 9 Full Thrust, namun hanya memiliki 1 mesin roket dipantatnya yang juga bisa dinyalakan ulang kala terbang. Beberapa detik setelah separasi, mesin roket ini dinyalakan sehingga upperstage Falcon 9 Full Thrust akan mendorong muatannya menuju ke orbit parkir di dekat orbit tujuan. Begitu tugasnya selesai, maka muatan pun dilepas dan upperstage Falcon 9 Full Thrust berubah menjadi sampah antariksa. Bergantung kepada orbit parkir muatannya, sampah antariksa ini bisa bertahan berminggu-minggu hingga berbulan-bulan di langit sebelum kemudian masuk-kembali ke atmosfer dan jatuh ke Bumi. Praktik ini sejatinya umum dilakukan dalam industri penerbangan antariksa, jadi tidak terbatas hanya pada SpaceX saja.

Referensi.

Joseph Remis. 2016. komunikasi personal.

TS Kelso. 2016. Two Line Element: Object 41730 in NORAD. komunikasi personal.

Thomas Djamaluddin. 2016. komunikasi personal.

Elka Firmanda. 2016. komunikasi personal.

Spaceflight101.com. Falcon 9 FT (Falcon 9 v1.2).

McLaughlan & Grimes-Ledesma. 2011. Composite Overwrapped Pressure Vessel, A Primer. Lyndon B. Johnson Space Center, NASA

Detik-Detik Terakhir Satelit GOCE

Satelit penyelidik medan gravitasi Bumi pada ketelitian yang belum pernah dijumpai sebelumnya yang bertajuk GOCE (Gravity-field and steady-state Ocean Circulation Explorer) akhirnya purna dari tugasnya setelah lebih dari empat tahun mengangkasa. US Strategic Command merilis GOCE memasuki lapisan atmosfer yang lebih padat (atmospheric reentry) di atas Samudera Atlantik selatan di sekitar Kepulauan Falklands (Inggris) pada Senin 11 November 2013 pukul 00:16 UTC +/- 1 menit, atau pukul 07:16 waktu Indonesia (WIB) +/- 1 menit kala ketinggiannya telah menembus batas 80 kilometer dari paras air laut. Kejatuhan satelit GOCE sempat diabadikan Bill Chater di Falklands timur sekitar pukul 09:20 waktu setempat (00:20 UTC) lewat kamera dan videonya.

Gambar 1. Bangkai satelit GOCE melintas, memijar dan terpecah-belah di langit senja Kepulauan Falklands pada saat kejatuhannya, diabadikan oleh Bill Chater. Sumber: Chater, 2013.

Gambar 1. Bangkai satelit GOCE melintas, memijar dan terpecah-belah di langit senja Kepulauan Falklands pada saat kejatuhannya, diabadikan oleh Bill Chater. Sumber: Chater, 2013.

Citra hasil bidikan kamera lantas diunggahnya ke media sosial, namun tidak demikian dengan rekaman videonya seiring terbatasnya akses internet di Falklands. Dalam citra tersebut GOCE terlihat melintas dari selatan ke utara, awalnya sebagai bintik cahaya terang yang melesat cepat dan menghasilkan bentukan mirip ekor di langit senja Falklands. Tak lama berselang GOCE terpecah dalam dua bagian besar dan lalu terpecah-pecah kembali menjadi kepingan-kepingan yang lebih kecil. Bila ada bagian-bagian GOCE yang masih tersisa setelah menembus atmosfer, nampaknya semuanya jatuh tercebur ke Samudera Atlantik.

Ferrari

Jatuhnya GOCE memang kian menambah panjang daftar benda-benda angkasa buatan manusia yang berjatuhan tanpa terkontrol (uncontrolled reentry). Beberapa diantaranya sempat menimbulkan ancaman terhadap kualitas kehidupan manusia. Misalnya jatuhnya bangkai satelit mata-mata Kosmos 954 (Uni Soviet) di Canada pada 21 Januari 1978 yang menghamburkan bahan radioaktif Uranium-235 dari reaktornya dan mencemari lintasan sepanjang sekitar 600 kilometer. Pun jatuhnya bangkai stasiun antariksa Skylab (AS) pada 11 Juli 1979 di sekitar kota Esperance, Balladonia dan Rawlina (Australia). Demikian pula jatuhnya bangkai stasiun antariksa Salyut 7 (Uni Soviet) di kota kecil Capitan Bermudez, 400 kilometer dari Buenos Aires (Argentina) pada 7 Februari 1991. Namun begitu tulisan ini tak bertujuan untuk mengupas dampak sampah antariksa yang berjatuhan ke Bumi, melainkan pada bagaimana proses tersebut terjadi. Dan proses jatuhnya GOCE memberikan kesempatan unik yang menambah pengetahuan kita tentang bagaimana proses jatuhnya sebuah sampah antariksa yang dikendalikan.

Gambar 2. Salah satu frame video rekaman jatuhnya bangkai satelit GOCE, diabadikan oleh Bill Chater. Nampak jejak asap mirip jejak kondensasi (contrail) di sepanjang lintasan GOCE. Sumber: Chater, 2013.

Gambar 2. Salah satu frame video rekaman jatuhnya bangkai satelit GOCE, diabadikan oleh Bill Chater. Nampak jejak asap mirip jejak kondensasi (contrail) di sepanjang lintasan GOCE. Sumber: Chater, 2013.

GOCE adalah satelit unik. Agar bisa memetakan medan gravitasi Bumi dalam resolusi yang dikehendaki (yakni kurang dari 100 kilometer), maka satelit ini harus mengorbit Bumi pada ketinggian kurang dari 270 kilometer terhadap paras air laut rata-rata. Dengan begitu orbit GOCE jauh lebih rendah dibanding satelit-satelit orbit rendah pada umumnya. Di sisi lain, pembatasan tersebut membuat satelit GOCE bakal mengalami gaya hambat lebih besar karena berada di lingkungan yang molekul-molekul udaranya lebih padat dibanding orbit lebih tinggi. Pada saat yang sama ketinggian satelit GOCE bakal berfluktuasi sedikit mengikuti dinamika konsentrasi massa di bagian Bumi yang sedang dilintasinya. Kedua tantangan berbeda itu membuat badan antariksa Eropa (ESA) merancang satelit GOCE dengan struktur yang aerodinamis, sehingga berbentuk panjang, ramping, bersayap (panel surya) dengan tonjolan permukaan yang minimal. Struktur aerodinamis ini membuat gaya gesek molekul-molekul udara yang dialami GOCE pun minim. Sedangkan untuk mengompensasi penurunan ketinggian (akibat penurunan kecepatan oleh gaya gesek molekul-molekul udara) dan fluktuasi ketinggian akibat distribusi konsentrasi massa bagian Bumi yang tak merata, maka satelit GOCE dilengkapi mesin ion dengan Xenon sebagai bahan bakarnya. Untuk itu satelit GOCE membawa hingga 40 kilogram Xenon yang dikenal ramah lingkungan. Desain yang futuristik dengan bahan bakar yang tak kalah futuristiknya membuat satelit GOCE pun dijuluki ‘satelit Ferrari’.

Gambar 3. Gambaran artis tentang dimensi satelit GOCE saat masih bekerja di orbit operasionalnya dan sedang menyalakan salah satu dari sepasang mesin ion-nya. Struktur dan bahan bakar satelit yang futuristis membuat GOCE dijuluki satelit Ferrari. Sumber: ESA, 2013.

Gambar 3. Gambaran artis tentang dimensi satelit GOCE saat masih bekerja di orbit operasionalnya dan sedang menyalakan salah satu dari sepasang mesin ion-nya. Struktur dan bahan bakar satelit yang futuristis membuat GOCE dijuluki satelit Ferrari. Sumber: ESA, 2013.

Setelah mengangkasa semenjak 17 Maret 2009, satelit GOCE kehabisan bahan bakar Xenon-nya pada 18 Oktober 2013 lalu sehingga dalam tiga hari kemudian ESA mendeklarasikan berakhirnya misi GOCE. Praktis setelah itu satelit GOCE pun menyandang status sampah antariksa. Namun satelit GOCE masih tetap aktif hingga saat-saat terakhir kehidupannya, berbeda dengan satelit-satelit lainnya yang pernah berstatus serupa dan telah mati jauh hari sebelumnya. Maka peluang unik pun tercipta dalam memahami lebih lanjut proses jatuhnya sampah antariksa yang tak terkontrol.

Unik

Pada saat diluncurkan, awalnya satelit GOCE berada di orbit setinggi 280 kilometer untuk kemudian berangsur-angsur diturunkan ke orbit operasional di ketinggian 260 kilometer yang bertahan hingga hampir tiga tahun kemudian. Pertengahan 2012, untuk mengantisipasi habisnya bahan bakar, satelit GOCE pun diturunkan lagi secara gradual hingga akhirnya berada di ketinggian 223 kilometer yang terus bertahan hingga 18 Oktober 2013. Meski menderita gaya gesek lebih besar, yakni hingga mendekati 8 mN (miliNewton) ketimbang saat berada di orbit 260 kilometer yang lebih kecil yakni antara 2 hingga 4 mN, namun pada orbit 223 kilometer ini seluruh instrumen GOCE masih tetap bekerja normal.

Begitu satelit GOCE kehabisan bahan bakarnya, ketinggiannya pun menurun drastis meski semua instrumennya tetap bekerja normal. Observasi awal menunjukkan meskipun ketinggiannya mulai menurun, namun dengan bentuknya yang aerodinamis maka GOCE tetap stabil dalam sikapnya. Sehingga komunikasi dan telemetri data tetap berlangsung dengan baik. Situasi berubah semenjak 9 November 2013, saat gaya gesek yang diderita satelit ini telah melampaui 90 mN. Gaya gesek yang kian meninggi membuat akselerometer GOCE tersaturasi yang membuat kinerja Electrostatic Gravity Gradiometer terganggu. Maka instrumen utama GOCE ini pun dimatikan sejak 10 November 2013. Saat itu satelit GOCE telah kian menurun dengan ketinggian tinggal 133 kilometer (pukul 15:30 UTC) dengan orbit telah berubah menjadi 131 x 142 kilometer. GOCE mengalami penurunan ketinggian hingga 1,5 kilometer/jam namun dengan sikap (attitude) yang stabil sehingga instrumen GPS-nya tetap berfungsi dengan baik.

Gambar 4. Satelit GOCE diabadikan dari muka Bumi oleh Ralf Vandebergh (Belanda) dengan teleskop dan kamera khusus pada 22 September 2013, sebulan sebelum misinya dinyatakan berakhir (atas dan bawah), dibandingkan dengan gambaran artis ESA mengenai satelit tersebut (tengah). Garis kuning menunjukkan posisi sayap GOCE.Sumber: Vandebergh, 2013.

Gambar 4. Satelit GOCE diabadikan dari muka Bumi oleh Ralf Vandebergh (Belanda) dengan teleskop dan kamera khusus pada 22 September 2013, sebulan sebelum misinya dinyatakan berakhir (atas dan bawah), dibandingkan dengan gambaran artis ESA mengenai satelit tersebut (tengah). Garis kuning menunjukkan posisi sayap GOCE.Sumber: Vandebergh, 2013.

Pada pukul 17:30 UTC satelit GOCE masih tetap menjalin komunikasi dengan stasiun bumi Kiruna meskipun ketinggiannya kian merosot dan sudah menembus batas 130 kilometer. Imbas dari lapisan udara yang lebih padat mulai dirasakan dengan naiknya suhu komputer dan baterei menjadi 45 derajat Celcius. Pukul 19:50 UTC satelit GOCE kembali menjalin komunikasi, kali ini dengan stasiun bumi Troll (Antartika) dan melaporkan ketinggiannya tinggal 126 kilometer dan kian memanas sehingga suhu baterei dan komputernya melonjak ke 54 derajat Celcius. Komunikasi dengan Troll kembali berulang pada pukul 21:26 UTC, saat satelit GOCE tinggal setinggi 122 kilometer dengan suhu baterei dan komputernya terus meningkat hingga 64 sebesar derajat Celcius. Komunikasi terakhir berlangsung pukul 22:42 UTC saat satelit telah menempati orbit baru 118 x 127 kilometer dengan suhu komputer setinggi 80 derajat Celcius sementara suhu batereinya 84 derajat Celcius.

Pasca komunikasi terakhir ini satelit masih beredar mengelilingi Bumi sekali lagi dengan orbit kian menurun, kini tinggal 109 x 121 kilometer. Lintasan terakhir ini melewati Indonesia dari arah timur-timur laut menuju barat-barat daya, tepatnya melintas di atas Selat Makassar berdekatan dengan garis pantai pulau Kalimantan, Laut Flores dan pulau Lombok. Sempat muncul dugaan ia akan jatuh di wilayah Indonesia, mengingat ESA sempat memprediksi titik kejatuhan satelit ini di selatan pulau Lombok. Namun rupanya satelit GOCE masih tetap melaju tanpa terganggu dan lantas menyusuri Samudera Hindia sebelah barat Australia hingga Antartika. Pantauan radar US Strategic Command menunjukkan akhirnya satelit GOCE benar-benar jatuh pada pukul 00:16 UTC dengan mengambil lokasi di dekat Kepulauan Falklands, ujung selatan benua Amerika. Pada saat itu ketinggiannya telah merosot jauh hingga tinggal 80 kilometer, yang membuatnya tak sanggup bertahan lagi.

Pelajaran

Jatuhnya bangkai satelit buatan yang tak terkontrol telah dikenal semenjak fajar abad antariksa, tepatnya semenjak satelit buatan pertama yakni Sputnik-1 jatuh dalam waktu tiga bulan setelah mengangkasa. Namun sayangnya bagaimana kejadiannya dan faktor-faktor yang mengontrolnya masih belum bisa diketahui dengan pasti. Pada dasarnya kita baru bisa mengetahui dimana lokasi jatuhnya sebuah satelit buatan yang tak terkontrol hanya dalam menit-menit terakhir. Dengan kian meningkatnya aktivitas pengiriman armada satelit-satelit buatan ke orbit Bumi yang berujung pada kian membengkaknya jumlah sampah antariksa yang bertebaran di atas sana, situasinya pun kian mengkhawatirkan mengingat pada umumnya tak seluruh bagian satelit buatan tersebut yang hancur menguap di atmosfer. Bagian-bagian yang tahan panas umumnya akan bertahan dan jatuh mencium paras Bumi dengan kecepatan tertentu. Selain potensi kerusakan bangunan/benda yang dikenai tumbukannya, potensi cemaran lingkungan akibat eksistensi bahan toksik (seperti hidrazin) ataupun bahan radioaktif tertentu pun terbuka. Belum lagi bagaimana interaksi keping-keping satelit buatan yang jatuh dengan penerbangan komersial seperti diperlihatkan kasus Airbus A340 LAN Airlines (Chile) berpenumpang 270 orang yang hampir bertabrakan dengan keping-keping satelit mata-mata Russia di atas Samudera Pasifik pada 27 Maret 2007 saat menerbangi rute Santiago (Chile) – Auckland (Selandia Baru).

Gambar 5. Titik jatuhnya satelit GOCE di dekat Kepulauan Falklands (kiri) dan lintasan terakhirnya di atas Indonesia berdasarkan data TLE (two-line element) GOCE epoch 10 November 2013 23:03 UTC (kanan). Sumber; Sudibyo, 2013 berdasarkan data USSTRATCOM dan ESA, 2013.

Gambar 5. Titik jatuhnya satelit GOCE di dekat Kepulauan Falklands (kiri) dan lintasan terakhirnya di atas Indonesia berdasarkan data TLE (two-line element) GOCE epoch 10 November 2013 23:03 UTC (kanan). Sumber; Sudibyo, 2013 berdasarkan data USSTRATCOM dan ESA, 2013.

Jatuhnya satelit GOCE membuat kita selangkah lebih maju dalam memahami proses tersebut. Kini kita tahu pemanasan akibat gaya gesek satelit dengan udara mulai dirasakan pada ketinggian sekitar 130 kilometer. Kini kita pun tahu bahwa jika satelit memiliki bentuk yang aerodinamik, maka sikapnya akan tetap stabil sehingga telemetri data bisa terus berlangsung. Dan kini kita pun tahu bahwa satelit yang aerodinamik masih tetap bertahan meskipun telah menembus batas ketinggian 122 kilometer, batas yang selama ini diyakini sebagai titik awal proses jatuhnya satelit buatan.

Catatan: juga ditulis di langitselatan.

Lintasan Bangkai Satelit GOCE di atas Indonesia pada 10-11 November 2013

Seperti diketahui, satelit penyelidik Bumi bernama GOCE (Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer) telah berakhir masa tugasnya dan berubah menjadi bangkai satelit mulai 21 Oktober 2013 lalu seiring habisnya bahan bakar Xenon-nya. Semenjak itu orbit bangsa satelit ini mulai berubah secara gradual dan terus menurun dari hari ke hari sehingga bakal segera jatuh ke paras Bumi dalam waktu dekat. Karena tak dirancang untuk menjalani penjatuhan terkendali, maka kapan dan dimana bangkai satelit ini bakal jatuh menjadi sangat sulit diprediksi. Paling tidak baru dalam 24 jam sebelum kejadiannya, barulah titik kejatuhannya bisa diprediksi dengan lebih baik.

Gambar 1. Sebuah bangkai satelit dalam tahap awal kejatuhannya, nampak pijaran api terang menyala laksana meteor. Sumber: NASA/ESA, 2013.

Gambar 1. Sebuah bangkai satelit dalam tahap awal kejatuhannya, nampak pijaran api terang menyala laksana meteor. Sumber: NASA/ESA, 2013.

Sebuah satelit buatan yang mengorbit Bumi senantiasa memiliki mesin roket internal untuk beragam keperluan, mulai dari kendali sikap hingga menjaga ketinggian orbitnya tetap stabil. Pada umumnya mesin roket tersebut merupakan mesin konvensional dengan bahan bakar hidrazin yang dikenal sangat beracun dan bisa menyebabkan kematian bila seseorang terpapar, meski dalam jumlah kecil. Hidrazin inilah yang membuat peristiwa jatuhnya sebuah bangkai satelit menjadi cukup berbahaya bagi manusia, terutama bila ada bagian yang masih tersisa dan menumbuk paras Bumi setelah menembus atmosfer sehingga potensi kontaminasi lingkungan oleh hidrazin terbuka lebar. Untungnya bangkai satelit GOCE tidak demikian. Ia menggunakan mesin roket futuristis yakni mesin ion yang ditenagai bahan bakar eksotik yang tak kalah futuristis-nya, yakni Xenon. Dan tak seperti hidrazin, Xenon tidak bersifat racun. Sebagai unsur anggota golongan gas mulia, Xenon dikenal sangat sulit bereaksi dengan substansi lain terkecuali dalam kondisi khusus yang sangat sulit terjadi secara alamiah. Karena itu tak ada bahaya peracunan dari bangkai GOCE.

Dalam persepsi umum, jatuhnya sebuah bangkai satelit ke paras Bumi adalah sangat mengerikan. Namun sesungguhnya tidak demikian. Saat bangkai satelit berjuang menembus atmosfer Bumi, ia akan mengalami nasib serupa dengan meteoroid. Melejit pada kecepatan yang sangat tinggi (yakni lebih dari 8 kilometer/detik), bangkai satelit akan terpanaskan hebat dan terpecah-belah menampilkan panorama mirip meteor di langit. Namun begitu tetap tersisa bagian-bagian yang tahan panas sehingga mampu bertahan dan selanjutnya bakal mencium Bumi dengan kecepatan masih terhitung tinggi, sekitar 100 meter/detik atau lebih. Bangkai satelit GOCE pun bakal demikian. Dengan massa 1 ton lebih, diperkirakan ada sekitar 250 kilogram bagian GOCE yang tetap bertahan kala menembus atmosfer dalam wujud kepingan-kepingan sebanyak setidaknya 50 keping, sehingga setiap keping bermassa rata-rata 5 kilogram. Dengan menerapkan persamaan energi kinetik, maka kita akan mendapatkan energi tumbuk rata-rata tiap keping ke paras Bumi sebesar 25 kiloJoule. Energi ini setara dengan yang terkandung dalam 6 gram bahan peledak, sehingga cukup mampu mengagetkan manusia namun masih jauh dari cukup guna menghancurkan bangunan. Jadi hantaman tiap keping bangkai GOCE mungkin bisa disetarakan dengan ledakan sebutir petasan besar. Maka sepanjang tidak menghantam tubuh manusia secara langsung, sejatinya potensi kerusakan akibat jatuhnya keping-keping bangkai GOCE adalah kecil.

Gambar 2. Bangkai satelit saat kejatuhannya dalam tahap lebih kemudian, nampak pijaran api telah berubah menjadi hamburan keping-keping berpijar laksana semburan debu menyala-nyala. Kecuali bagian yang tahan panas, seluruh keping berpijar ini bakal musnah di atmosfer Bumi. Sumber: NASA/ESA, 2013.

Gambar 2. Bangkai satelit saat kejatuhannya dalam tahap lebih kemudian, nampak pijaran api telah berubah menjadi hamburan keping-keping berpijar laksana semburan debu menyala-nyala. Kecuali bagian yang tahan panas, seluruh keping berpijar ini bakal musnah di atmosfer Bumi. Sumber: NASA/ESA, 2013.

Indonesia

Berdasarkan data TLE (two line element) GOCE hasil observasi terhadap bangkai satelit ini hingga 8 November 2013, maka Corbellini memperkirakan bangkai GOCE bakal memasuki lapisan atmosfer pada titik setinggi 120 kilometer dari paras Bumi pada 10 November 2013 pukul 18:42 WIB, namun dengan ketidakpastian hingga 20 jam. Sehingga bangkai GOCE pada galibnya dapat memasuki titik tersebut dalam rentang waktu kapan saja di antara Sabtu 9 November 2013 pukul 22:42 WIB hingga Senin 11 November 2013 pukul 07:42 WIB. Pada 10 November 2013 pukul 18:42 WIB, bangkai GOCE akan berposisi di atas koordinat 64,4 LU 105 BT yang secara geografis terletak di pedalaman Rusia bagian tengah. Namun dengan ketidakpastian yang masih merentang hingga 20 jam, pada dasarnya bangkai GOCE dapat jatuh dimana saja di antara garis lintang 83,5 LU (dekat kutub utara) hingga 83,5 LS (dekat kutub selatan).

Bagaimana dengan Indonesia? Sepanjang rentang waktu 9 November 2013 22:42 WIB hingga 11 November 2013 07:42 WIB, bangkai GOCE akan lewat di atas Indonesia hingga tujuh kali. Setiap perlintasan hanya berlangsung dalam waktu 5-6 menit. Pada dasarnya hanya di titik-titik yang berada di dalam lintasan inilah bangkai GOCE berpeluang jatuh di Indonesia. Beberapa kota penting yang dilintasinya adalah Ambon (Maluku) pada 10 November 2013 pagi, Samarinda (Kalimantan Timur) dan Denpasar (Bali) pada 11 November 2013 pagi masing-masing hanya berselisih 2 menit, serta Gorontalo (Gorontalo) pada 10 November 2013 malam. Berikut petanya.

Gambar 4. Peta lintasan bangkai GOCE di atas Indonesia pada 10 hingga 11 November 2013 pagi berdasarkan TLE GOCE 8 November 2013. Lintasan bangkai satelit GOCE diperlihatkan oleh garis merah. Dalam tiap lintasannya, bangkai GOCE bakal bergerak cepat dari timurlaut ke barat daya. Tiap lintasan memiliki label, misalnya "10/11/2013; 5:58" berarti lintasan dimulai pada 10  November 2013 pukul 05:58 WIB di titik utara (garis lintang 10 LU) dan berakhir di titik selatan (garis lintang 12 LS) pada 5-6 menit kemudian. Sumber : Sudibyo, 2013 dengan data dari Corbellini, 2013.

Gambar 3. Peta lintasan bangkai GOCE di atas Indonesia pada 10 hingga 11 November 2013 pagi berdasarkan TLE GOCE 8 November 2013. Lintasan bangkai satelit GOCE diperlihatkan oleh garis merah. Dalam tiap lintasannya, bangkai GOCE bakal bergerak cepat dari timurlaut ke barat daya. Tiap lintasan memiliki label, misalnya “10/11/2013; 5:58” berarti lintasan dimulai pada 10 November 2013 pukul 05:58 WIB di titik utara (garis lintang 10 LU) dan berakhir di titik selatan (garis lintang 12 LS) pada 5-6 menit kemudian. Sumber : Sudibyo, 2013 dengan data dari Corbellini, 2013.

z

Gambar 5. Peta lintasan bangkai GOCE di atas Indonesia pada 10 November 2013 malam berdasarkan TLE GOCE 8 November 2013. Lintasan bangkai satelit GOCE diperlihatkan oleh garis biru. Dalam tiap lintasannya, bangkai GOCE bakal bergerak cepat dari timurlaut ke barat daya. Tiap lintasan memiliki label, misalnya "10/11/2013; 19:50" berarti lintasan dimulai pada 10  November 2013 pukul 19:50 WIB di titik selatan (garis lintang 12 LS) dan berakhir di titik utara (garis lintang 10 LU) pada 5-6 menit kemudian. Sumber : Sudibyo, 2013 dengan data dari Corbellini, 2013.

Gambar 5. Peta lintasan bangkai GOCE di atas Indonesia pada 10 November 2013 malam berdasarkan TLE GOCE 8 November 2013. Lintasan bangkai satelit GOCE diperlihatkan oleh garis biru. Dalam tiap lintasannya, bangkai GOCE bakal bergerak cepat dari timurlaut ke barat daya. Tiap lintasan memiliki label, misalnya “10/11/2013; 19:50” berarti lintasan dimulai pada 10 November 2013 pukul 19:50 WIB di titik selatan (garis lintang 12 LS) dan berakhir di titik utara (garis lintang 10 LU) pada 5-6 menit kemudian. Sumber : Sudibyo, 2013 dengan data dari Corbellini, 2013.

Catatan : peta dibuat berdasarkan data TLE (two-line element) bangkai GOCE per 8 November 2013. Seiring waktu, maka prediksi lintasan bangkai satelit GOCE dengan data TLE baru bakal bergeser sedikit di sebelah barat/timur dari prediksi lintasan yang disajikan dalam peta ini.

(Satelit) “Gravity” Bersiap Mencium Bumi

Sudah nonton film “Gravity”? Jika belum, silahkan pergi ke bioskop terdekat dan tontonlah film fiksi ilmiah menarik yang dibintangi aktris senior Sandra Bullock dan George Clooney ini. Singkatnya, “Gravity” adalah film psikologis yang berkisah akan perjuangan hidup mati sepasang astronot kala bertugas memperbaiki teleskop antariksa Hubble namun mendadak menjumpai dirinya harus terkatung-katung di langit seiring rusaknya pesawat ulang alik mereka akibat gempuran sampah antariksa. Kehilangan jalur komunikasi dengan Bumi, mereka melayang ke stasiun antariksa terdekat, yakni stasiun antariksa internasional (ISS), dengan harapan bisa mendapat tumpangan pulang. Apa lacur, ISS ikut rusak oleh gempuran sampah antariksa dan sekoci antariksanya, yakni wahana Soyuz, telah penuh dimuati astronot lain. Sementara sekoci satunya lagi rusak sebagian sehingga tak bisa dipakai mendarat ke Bumi, namun masih berfungsi untuk pergi ke stasiun antariksa Cina: Tiangong. Dan beruntung Tiangong masih menggandeng wahana Shenzou yang bisa digunakan sebagai sekoci. Dengan Shenzou inilah Dr. Stone (diperankan Sandra Bullock) kembali lagi ke Bumi meski harus mendarat di danau terpencil di pedalaman Asia.

Geodesi

Meski baru dirilis awal Oktober 2013, “Gravity” sontak mendunia dan mencatatkan diri dalam box office. Film ini mencatatkan pendapatan hingga sebesar US $ 368,8 juta dalam tempo sebulan saja dan melampaui biaya pembuatannya yang ‘hanya’ US $ 100 juta. Meski lebih merupakan film psikologis yang menekankan perjuangan manusia untuk bertahan hidup dan tetap tabah di tengah kerasnya semesta pasca sebuah bencana, “Gravity” memberikan perspektif baru terkait potensi bahaya yang menghadang manusia kala terbang ke langit, yakni sampah antariksa. Ironisnya, sampah antariksa terjadi akibat ulah manusia pula khususnya dalam setengah abad terakhir yang gemar mengirim beraneka ragam satelit dan wahana antariksa lainnya ke langit, terutama ke lingkungan dekat Bumi, namun enggan memikirkan bagaimana membuang bangkainya saat usia pakainya sudah habis.

Gambar 1. Gambaran artis saat satelit GOCE bertugas di orbitnya dan sedang menyalakan salah satu dari kedua mesin ionnya. Sumber: Spaceflight101.com, 2013.

Gambar 1. Gambaran artis saat satelit GOCE bertugas di orbitnya dan sedang menyalakan salah satu dari kedua mesin ionnya. Sumber: Spaceflight101.com, 2013.

Entah kebetulan atau tidak, bersamaan dengan melambungnya “Gravity”, sebuah satelit yang menyandang namanya telah menjadi sampah antariksa dan sedang bersiap untuk jatuh dari langit. Satelit itu bernama lengkap GOCE, akronim dari Gravity-field and steady-state Ocean Circulation Explorer. Penyelidik medan gravitasi Bumi dengan akurasi yang belum pernah dicapai program antariksa lainnya ini tak bisa lagi dikendalikan manusia setelah kehabisan bahan bakar Xenon-nya semenjak 21 Oktober 2013 lalu. Dan karena mengorbit Bumi pada ketinggian cukup rendah dibanding satelit-satelit orbit rendah lainnya, maka tak butuh waktu lama baginya untuk kembali jatuh ke Bumi. Saat ini diprediksikan bahwa GOCE bakal memasuki bagian atmosfer Bumi yang lebih padat pada 8 November 2013 mendatang dan seperempat bagian GOCE bakal tetap utuh untuk kemudian jatuh mencium permukaan Bumi.

Satelit GOCE dibangun badan antariksa Eropa (ESA) dengan tujuan untuk menyelidiki medan gravitasi Bumi dalam lingkup global pada akurasi yang tak pernah diperoleh sebelumnya. GOCE dilengkapi dengan instrumen gradiometer dan pemantul laser guna memetakan medan gravitasi hingga tingkat akurasi 1 miliGal (0,00001 g, g = percepatan gravitasi Bumi rata-rata) pada resolusi spasial kurang dari 100 km. Selain itu GOCE juga bertujuan untuk membantu menentukan model geoid, yakni model bentuk Bumi yang khas dengan mendasarkan pada permukaan laut rata-rata, dengan tingkat akurasi hingga 1 atau 2 cm, juga pada resolusi spasial kurang dari 100 km. Dengan tujuan seperti itu jelas bahwa GOCE adalah satelit geodesi yang bakal membantu kita memahami dinamika interior Bumi dengan lebih baik khususnya yang terkait lapisan litosfer dan selubung (mantel) Bumi. Misalnya komposisi selubung serta proses subduksi dan pengangkatan (uplift) lempeng-lempeng tektonik. Selain itu GOCE juga bakal membantu kita lebih memahami dinamika arus laut global dan ketebalan lembaran-lembaran es di kutub berikut pergerakannya.

GOCE dirakit oleh perusahaan Thales AleniaSpace dan EADS Astrium dalam bentuk tabung sepanjang 5,3 meter yang dilengkapi sayap-sayap panel surya sehingga lebarnya 2,3 meter. Panel surya tersebut mampu memasok tenaga listrik hingga 1.600 watt. Secara keseluruhan GOCE berbobot 1.077 kilogram dan memuat 40 kilogram Xenon sebagai bahan bakar bagi mesin ion-nya. Untuk kepentingan komunikasi, GOCE memiliki kemampuan untuk mengirim data ke Bumi hingga 1,2 Mbit/detik dengan menggunakan frekuensi 2 GHz. Sebaliknya kemampuannya untuk menerima data dari pengendalinya di Bumi hanya maksimum 4 kbit/detik. Agar misinya berjalan dengan lancar, GOCE harus mengorbit Bumi pada di bawah ketinggian 270 kilometer. Ini jauh lebih rendah ketimbang ketinggian satelit-satelit orbit rendah lainnya yang umumnya antara 300 hingga 600 kilometer. Agar panel suryanya berfungsi maksimal, GOCE pun harus mengorbit Bumi dalam kondisi tersinkron dengan Matahari, sehingga terus mendapat pancaran sinarnya tanpa terputus. Pada ketinggian itu molekul-molekul udaranya masih lebih rapat ketimbang di ketinggian lebih dari 300 km. Akibatnya GOCE mengalami pergesekan dengan molekul-molekul udara lebih intensif dan terus-menerus sehingga kecepatannya terus berkurang, yang berimbas pada turunnya orbitnya. Karena itu GOCE harus menyalakan mesin ionnya secara teratur guna mempertahankan kecepatannya sehingga tetap bertahan di orbitnya. Sebagai konsekuensinya GOCE dirancang hanya bekerja efektif selama 20 bulan saja.

Jatuh

Gambar 2. Bumi mirip kentang, gambaran model geoid terkini berdasarkan data-data medan gravitasi Bumi hasil observasi satelit GOCE. Sumber: Spaceflight101.com, 2013.

Gambar 2. Bumi mirip kentang, gambaran model geoid terkini berdasarkan data-data medan gravitasi Bumi hasil observasi satelit GOCE. Sumber: Spaceflight101.com, 2013.

Pada kenyataannya satelit GOCE akhirnya diterbangkan melalui kosmodrom Plesetsk (Rusia) pada 17 Maret 2009 dengan digendong roket Rockot. GOCE lantas mengorbit Bumi dengan orbit setinggi antara 223 hingga 232 kilometer pada inklinasi (sudut antara bidang orbit GOCE dan bidang ekuator Bumi) sebesar 96,5 derajat sehingga tersinkron dengan Matahari. Dengan orbit tersebut, satelit ini mengelilingi Bumi setiap 89 menit sekali. Dan setiap 61 hari sekali satelit GOCE melintasi titik yang sama di muka Bumi. Dan berbeda dengan perencanaannya, satelit GOCE ternyata mampu bertahan hingga 55 bulan di orbitnya, atau dua kali lipat lebih lama dibanding rencananya. Sepanjang waktu itu GOCE berhasil memproduksi model medan gravitasi Bumi dalam lingkup global dan peta arus laut yang lebih detil. namun pencapaian GOCE yang paling mengesankan adalah keberhasilannya mendeteksi gelombang gempa akbar Jepang 11 Maret 2011 yang merambat ke udara pada kecepatan 300 hingga 1.500 meter/detik. Ini memberikan pemahaman baru tentang gempa sekaligus menjadikan GOCE sebagai seismometer pertama di antariksa.

Pada 18 Oktober 2013 ESA menyatakan bahan bakar Xenon di GOCE telah amat menipis sehingga tekanannya sudah turun di bawah batas 2,5 bar. Akibatnya mesin ion GOCE tak lagi mendapat suplai bahan bakar mencukupi. Maka dalam tiga hari berikutnya ESA pun mendeklarasikan berakhirnya tugas GOCE sehingga satelit itu berubah menjadi bangkai satelit, bagian dari sampah antariksa. Tanpa kerja mesin ion, bangkai GOCE kian melambat sehingga orbitnya terus menurun menuju lapisan-lapisan atmosfer yang lebih rendah dan lebih padat. Akibatnya gesekan yang dideritanya kian membesar sehingga penurunan kecepatannya kian meningkat yang berakibat pada kian intensifnya penurunan ketinggiannya. Jika ketinggian orbit bangkai GOCE telah menyentuh angka 120 km, maka gesekan udara spontan melonjak hebat sehingga ia bakal memasuki lapisan atmosfer yang lebih rendah dengan kecepatan tinggi sehingga berpijar membara layaknya meteor. Sebagian besar struktur bangkai GOCE bakal menguap, namun seperempat bagian diantaranya (dengan massa sekitar 250 kilogram) bakal tetap utuh dan mencium muka Bumi dalam 40 hingga 50 keping. Sehingga berat rata-rata tiap keping sampah antariksa yang diproduksinya antara 5 hingga 6 kilogram.

Sedihnya, karena tergolong peristiwa jatuhnya sampah antariksa yang tak terkendali (uncontrolled re-entry), maka kapan waktu kejatuhan bangkai GOCE dan dimana koordinat titik jatuhnya tak bisa diketahui secara pasti sejak dini, kecuali pada saat-saat terakhir. Kapan sebuah sampah antariksa bakal jatuh kembali ke Bumi memang sangat bergantung pada dinamika lapisan atmosfer, khususnya pada ketinggian lebih dari 120 kilometer. Secara umum dinamika itu bergantung kepada aktivitas Matahari. Sehingga kala aktivitas Matahari memuncak dalam setiap siklusnya maka jatuhnya sampah antariksa akan lebih cepat terjadi seiring mengembangnya lapisan atmosfer. Dan sebaliknya kala aktivitas Matahari minimal, maka sampah antariksa bakal lebih lambat jatuh karena atmosfer mengempis. Namun bagaimana sebenarnya faktor-faktor yang mempengaruhi jatuhnya sampah antariksa sehingga prediksi bisa dilakukan dengan ketelitian tinggi dari detik ke detik belum jelas benar. Sejauh ini prediksi lokasi jatuhnya sebuah sampah antariksa dengan tingkat ketelitian tinggi hanya bisa diperoleh dalam 24 jam sebelum sampah tersebut benar-benar jatuh.

Indonesia

Gambar 3. Sampah antariksa yang terpecah belah dan terbakar saat sedang menembus atmosfer Bumi yang lebih padat. Bangkai satelit GOCE pun bakal bernasib seperti ini. Namun seperempat bagiannya cukup tahan panas sehingga bakal tetap bertahan saat menembus atmosfer dan bakal jatuh mencium muka Bumi di titik kejatuhannya. Sumber: Spaceflight101.com, 2013.

Gambar 3. Sampah antariksa yang terpecah belah dan terbakar saat sedang menembus atmosfer Bumi yang lebih padat. Bangkai satelit GOCE pun bakal bernasib seperti ini. Namun seperempat bagiannya cukup tahan panas sehingga bakal tetap bertahan saat menembus atmosfer dan bakal jatuh mencium muka Bumi di titik kejatuhannya. Sumber: Spaceflight101.com, 2013.

Hal yang sama juga berlaku bagi bangkai GOCE. Kita bisa melihat bagaimana prediksi jatuhnya satelit ini benar-benar bervariasi dari waktu ke waktu. Pada 27 Oktober 2013, simulasi Simone Corbellini melalui elemen posisi satelit (TLE : two-line element) GOCE berdasarkan hasil pengamatan saat itu menunjukkan bangkai GOCE bakal jatuh per 8 November 2013 pukul 06:10 WIB dengan titik jatuh di Australia bagian tengah, namun dengan nilai ketidakpastian hingga 84 jam. Simulasi serupa dengan TLE hasil pengamatan hingga 29 Oktober 2013 menghasilkan prediksi berbeda, dimana bangkai GOCE diperkirakan bakal jatuh pada 10 November 2013 pukul 14:50 WIB di Rusia bagian utara, dengan ketidakpastian sedikit mengecil menjadi 78 jam. Dan prediksi terbaru di 1 November 2013, menggunakan data hasil pengamatan pada tanggal yang sama, menunjukkan bangkai GOCE mungkin bakal jatuh pada 8 November 2013 pukul 13:38 WIB di tengah-tengah Samudera Pasifik, dengan ketidakpastian lebih menyempit lagi menjadi 45 jam.

Jika menggunakan prediksi 1 November 2013 tersebut, maka bangkai GOCE berpotensi jatuh ke Bumi pada waktu kapan saja di antara 6 November 2013 16:38 WIB hingga 10 November 2013 03:38 WIB. Titik jatuhnya bangkai GOCE bisa terjadi dimanapun di muka Bumi yang terletak di antara garis lintang 83,LU (dekat kutub utara) hingga 83,5 LS (dekat kutub selatan), khususnya di titik-titik yang terletak di sepanjang lintasan satelit tersebut.

Bagaimana dengan Indonesia? Sepanjang rentang waktu itu, bangkai GOCE bakal melintas di atas Indonesia sebanyak 14 kali, dimulai pada 6 November 2013 pukul 1:37 WIB dan berakhir pada 9 November 2013 pukul 19:29 WIB. Setiap perlintasan hanya berlangsung dalam waktu 5-6 menit. maka pada hakikatnya hanya di titik-titik yang berada di dalam lintasan inilah bangkai GOCE berpeluang jatuh di Indonesia. Berikut petanya.

Gambar 4. Peta lintasan bangkai GOCE di atas Indonesia pada 7 hingga 9 November 2013 pagi berdasarkan TLE GOCE 1 November 2013. Lintasan bangkai satelit GOCE diperlihatkan oleh garis merah. Dalam tiap lintasannya, bangkai GOCE bakal bergerak cepat dari timurlaut ke barat daya. Tiap lintasan memiliki label, misalnya "8/11/2013; 5:39" berarti lintasan dimulai pada tanggal 8 November 2013 pukul 05:39 WIB di titik utara (garis lintang 10 LU) dan berakhir di titik selatan (garis lintang 12 LS) pada 5-6 menit kemudian. Sumber : Sudibyo, 2013 dengan data dari Corbellini, 2013.

Gambar 4. Peta lintasan bangkai GOCE di atas Indonesia pada 7 hingga 9 November 2013 pagi berdasarkan TLE GOCE 1 November 2013. Lintasan bangkai satelit GOCE diperlihatkan oleh garis merah. Dalam tiap lintasannya, bangkai GOCE bakal bergerak cepat dari timurlaut ke barat daya. Tiap lintasan memiliki label, misalnya “8/11/2013; 5:39” berarti lintasan dimulai pada tanggal 8 November 2013 pukul 05:39 WIB di titik utara (garis lintang 10 LU) dan berakhir di titik selatan (garis lintang 12 LS) pada 5-6 menit kemudian. Sumber : Sudibyo, 2013 dengan data dari Corbellini, 2013.

Gambar 5. Peta lintasan bangkai GOCE di atas Indonesia pada 6 hingga 9 November 2013 malam berdasarkan TLE GOCE 1 November 2013. Lintasan bangkai satelit GOCE diperlihatkan oleh garis biru. Dalam tiap lintasannya, bangkai GOCE bakal bergerak cepat dari tenggara ke barat laut. Tiap lintasan memiliki label, misalnya "6/11/2013; 17:37" berarti lintasan dimulai pada tanggal 6 November 2013 pukul 17:37 WIB di titik selatan (garis lintang 12 LS) dan berakhir di titik utara (garis lintang 10 LU) pada 5-6 menit kemudian. Sumber : Sudibyo, 2013 dengan data dari Corbellini, 2013.

Gambar 5. Peta lintasan bangkai GOCE di atas Indonesia pada 6 hingga 9 November 2013 malam berdasarkan TLE GOCE 1 November 2013. Lintasan bangkai satelit GOCE diperlihatkan oleh garis biru. Dalam tiap lintasannya, bangkai GOCE bakal bergerak cepat dari tenggara ke barat laut. Tiap lintasan memiliki label, misalnya “6/11/2013; 17:37” berarti lintasan dimulai pada tanggal 6 November 2013 pukul 17:37 WIB di titik selatan (garis lintang 12 LS) dan berakhir di titik utara (garis lintang 10 LU) pada 5-6 menit kemudian. Sumber : Sudibyo, 2013 dengan data dari Corbellini, 2013.

Catatan : peta dibuat berdasarkan data TLE (two-line element) bangkai GOCE per 1 November 2013. Seiring waktu, maka prediksi lintasan bangkai satelit GOCE dengan data TLE baru bakal bergeser sedikit di sebelah barat/timur dari prediksi lintasan yang disajikan dalam peta ini.

Referensi :

1. TLE GOCE satellite, per 1 Nov 2013, http://www.tle.info.
2. Corbellini, 2013, http://satflare.com.
3. GOCE Re-entry, http://www.spaceflight101.com.