September 27, 2022

Dalam hampir 120 tahun sejak kelahiran pesawat, manusia telah mampu merancang pesawat yang menembus penghalang suara dan meluncur terbalik di langit Bumi. Terbang tinggi di dunia lain, bagaimanapun, adalah masalah lain sama sekali.

Sebuah tim insinyur kedirgantaraan dari University of Arizona dan NASA Ames Research Center terinspirasi untuk merancang konsep baru untuk eksplorasi udara di luar dunia: Mars Sailplane. Konsep mereka, dirinci baru-baru ini di jurnal luar angkasa, menggambarkan sebuah pesawat yang tidak bergantung pada motor atau mesin apa pun, tetapi kekuatan angin untuk terbang di atas awan.

Menciptakan kendaraan yang mampu terbang jangka panjang di Mars secara historis merupakan tugas yang sulit untuk diluncurkan. Ada banyak kondisi di Planet Merah yang membuat pesawat terbang jauh berbeda dari di Bumi—seperti badai debu yang sangat besar, gravitasi permukaan yang lebih kecil, dan atmosfer yang 100 kali lebih tipis dari atmosfer kita. Tetapi pada tahun 2021, Helikopter Mars, Ingenuity, membuktikan bahwa penerbangan bertenaga pada yang lain adalah mungkin. Selama penerbangan perdananya, helikopter rotor kecil naik sekitar 10 kaki dari permukaan Mars, dan mampu melayang selama sekitar setengah menit.

[Related: There are no shortcuts when you build a drone destined for Mars]

Sejak itu, Ingenuity telah membuat 29 penerbangan sukses di atas permukaan. Namun salah satu tantangan yang paling signifikan kendaraan adalah kebutuhan konstan tenaga surya untuk beroperasi. “Pesawat bersayap tetap dibatasi oleh propulsi,” kata Adrien Bouskela, penulis utama studi sailplane dan peneliti teknik mesin di University of Arizona. “Jadi apa yang bisa kita lakukan untuk memperpanjang jalur penerbangan, [or] bahan bakar yang tersedia di pesawat?”

See also  Aplikasi yang didukung sains ini dapat membantu Anda membangun rutinitas yang sehat

Ternyata, solusi untuk masalah itu sudah lazim di alam. Untuk memperluas jalur penerbangan pesawat, tim menciptakan model yang menggunakan teknik yang disebut “dinamis membumbung”, di mana seekor burung memanfaatkan energi angin untuk membuat manuver udara yang rumit. Keterampilan ini awalnya diamati di dunia burung seperti burung fregat dan elang laut. Faktanya, sayap albatros sangat terspesialisasi untuk terbang, mereka dapat mengendarai arus udara sejauh ribuan mil di atas lautan tanpa perlu mendarat dan beristirahat. Menggabungkan lompatan dinamis dengan teknologi kedirgantaraan berarti bahwa pesawat layar akan dapat terbang selama berhari-hari atau bahkan berbulan-bulan tanpa bahan bakar atau mesin, menjelajah ke tempat-tempat yang belum pernah dapat dijelajahi oleh misi NASA sebelumnya.

Tim Mars Sailplane juga berencana untuk merekayasa pesawat agar benar-benar otonom, mengingat bahwa mereka harus dapat memantau perubahan atmosfer dan dengan cepat menyesuaikan diri agar tetap terpaut. Bouskela dan rekan-rekannya telah merancang algoritma komputer untuk melakukan ini di Bumi, tetapi harus dimodifikasi ke Mars jika pesawat layar ingin bertahan di sana.

“Itu harus menjadi bagian dari kode di sana yang memantau angin, mencatat angin, memetakan angin, dan kemudian menemukan lintasan optimal di dalamnya,” kata Bouskela.

Pesawat layar tidak hanya hemat energi, tetapi juga hemat biaya. Kerajinan ini umumnya tidak mahal untuk diproduksi, ringan, dan karena dapat ditiup, cukup kecil untuk dimasukkan ke dalam kotak sepatu. Jekan Thanga, seorang profesor di bidang kedirgantaraan dan teknik mesin di University of Arizona, mengatakan mungkin suatu hari mereka dapat digunakan sebagai muatan sekunder pada misi unggulan Mars di masa depan—atau bahkan dikemas di dalam armada CubeSats. Proses pengembangan yang begitu mudah tentu membuat produksi massal menjadi ide yang menarik.

See also  Cara membaca majalah Popular Science online

[Related: This novel solar sail could make it easier for NASA to stare into the sun]

Tetapi proyek tersebut memang memiliki beberapa hambatan desain dan produksi yang harus diatasi sebelum badan antariksa mana pun memberikan lampu hijau. Salah satu tantangan terbesar tim adalah menentukan bagaimana kendaraan akan mencapai masuk dan turunnya ke atmosfer Mars. Terlebih lagi, Thanga mengatakan bahwa garis waktu penyebaran kerajinan semacam itu masih belum jelas. Di sinilah jenis kendaraan pengangkut akan berguna; “Ini akan memakan sedikit lebih banyak waktu untuk penyebaran, dan karena itu kami juga mempertimbangkan kendaraan sekunder, seperti balon udara panas atau pesawat terbang,” jelas Thanga.

Setelah pesawat akhirnya mendarat di permukaan Planet Merah, sayangnya waktu penerbangan pesawat layar akan berakhir. Tapi saat di-ground, itu masih bisa digunakan.

Saat ini, tim membayangkan pesawat layar akan memiliki “kehidupan kedua” sebagai stasiun cuaca. Karena dilengkapi dengan kamera dan sensor suhu, tekanan dan gas, pesawat akan terus mengamati dan merekam data atmosfer dari lokasi terpencilnya. Akhirnya, dengan pesawat layar yang cukup bertengger, informasi yang mereka kirim kembali dapat digunakan untuk membuat model numerik yang lebih baik dari sistem cuaca misterius Mars.

“Kami memiliki beberapa data tentang atmosfer Mars, tapi … tidak cukup,” kata Alexandre Kling, seorang ilmuwan peneliti NASA dan rekan penulis studi tersebut. “Jadi tujuan dari misi ini adalah untuk belajar lebih banyak tentang lingkungan.”

Tim melakukan peluncuran tertambat dari versi awal Mars Sailplane, di mana ia turun perlahan ke Bumi yang menempel pada balon. Sekolah Tinggi Teknik/Universitas Arizona

Setelah teknologi berkembang lebih jauh, Thanga mencatat bahwa “keseluruhan ekosistem kendaraan terbang” dapat lebih dekat menjelajahi tempat-tempat seperti Grand Canyon Mars, serta daerah vulkanik dan dataran tinggi planet ini. Sampai saat itu, proyek pesawat layar masih dalam tahap prototipe awal, tetapi bisa siap untuk misi luar angkasa dalam dua atau tiga tahun dengan dana yang tepat. Sementara itu, tim berencana untuk menguji pesawat di Bumi segera: Akhir musim panas ini, para insinyur akan membawa model ke lapangan terbang dan menerbangkannya 15.000 kaki ke udara, cukup tinggi di mana kondisi angin menyerupai di Mars.

See also  Ledakan radio yang cepat mungkin berasal dari duo bintang yang aneh

Masih banyak yang harus dipelajari sebelum prototipe pesawat layar ini siap untuk terbang melintasi langit Mars, tetapi seperti yang ditekankan Kling, risiko tinggi menuai hasil yang tinggi.

“Kita bisa terbang di Mars,” kata Kling. “Saya tidak mengatakan itu mudah, tetapi hanya begitu, sangat menjanjikan.”