Roket Berat Falcon Heavy dan Era Baru Penerbangan Antariksa

Inilah inaugurasi roket baru terganjil sepanjang sejarah penerbangan antariksa. Setidaknya hingga 2018 ini. Kala roket berat Falcon Heavy lepas landas dari landasan nomor 39A kompleks Tanjung Canaveral, negara bagian Florida (Amerika Serikat) pada Rabu dinihari 7 Februari 2018 pukul 03:45 WIB (Selasa pukul 15:45 waktu Florida), mata dunia mengamatinya lekat-lekat. Terutama pada apa yang digendongnya.

Di hidung Falcon Heavy, di dalam sepasang cangkang sungkup muatan yang saling mengatup memberikan perlindungan kukuh, bertengger sebuah mobil listrik sport komersial berwarna merah. Mobil bermerk Tesla Roadster produksi tahun 2008 dengan setir di kiri ini dinaiki sesosok manekin memakai baju antariksawan berjuluk Starman. Ia duduk di sisi pengemudi. Sejumlah kamera, setidaknya ada tiga kamera, menyoroti Tesla Roadster dan Starman dari berbagai sisi.

Begitu Falcon Heavy telah mengangkasa hingga setinggi lebih dari 100 km dpl, cangkang-cangkang sungkup muatan membuka dan melepaskan diri. Memapar Tesla Roadster dan sang Starman ke antariksa, untuk pertama kalinya. Semua itu disajikan dalam tayangan liputan langsung di sebuah laman video populer. Seperti dapat disaksikan berikut ini :

Dummy Payload

Tak pelak heboh besar pun tercipta. Dunia pun terbelah olehnya. Satu kubu memujinya, menganggapnya keren, unik dan ungkapan-ungkapan pujian khas milenial lainnya. Sebaliknya kubu yang lain mencibir. Mulai dari yang menganggap hanya membuang-buang duit dan menciptakan jenis baru sampah antariksa. Hingga yang mengkritisinya lebih serius, seperti mengapa tidak mengirim muatan lebih bermanfaat yang bisa membantu menyokong peradaban manusia modern seperti halnya satelit-satelit buatan. Terlebih masih banyak diantaranya yang masih berderet antri menunggu terbang di berbagai operator roket komersial saat ini. Muncul juga kekhawatiran potensi kontaminasi benda langit lain oleh bakteri bandel yang terbawa dari Bumi, karena baik Tesla Roadster dan Starman tidak disterilkan lebih dulu sebelum diterbangkan ke langit.

Di atas pro dan kontra itu, dalam khasanah penerbangan antariksa pilihan perusahaan antariksa SpaceX sebagai pemilik Falcon Heavy dalam menerbangkan Tesla Roadster dan Starman bisa dipahami. Keduanya sejatinya hanyalah muatan inert (dummy payload), yakni jenis muatan roket yang tidak terlalu berharga dalam berbagai sudut pandang, terkecuali dari sisi kuantitas massa-nya. Muatan inert umum disertakan dalam uji terbang perdana roket-roket baru.

Pilihan Elon Musk, pendiri dan pemegang saham terbesar SpaceX, akan muatan inert nampaknya bersandar pada pengalaman buruk masa silam. Kala mengembangkan roket Falcon 1, SpaceX harus menelan pil pahit saat uji terbang perdana 24 Maret 2006 gagal. Meski berhasil lepas landas, mesin roket Falcon 1 mendadak mati dalam setengah menit kemudian. Akibatnya satelit FalconSAT-2 milik Departemen Pertahanan AS terpaksa jatuh berdebum mencium Bumi tanpa bisa digunakan lagi. Uji-uji terbang Falcon 1 berikutnya juga masih berjumpa dengan kegagalan, masing-masing pada peluncuran 21 Maret 2007 dan 3 Agustus 2008. Dalam dua peluncuran tersebut roket kembali hancur di udara, membuat satelit-satelit milik Departemen Pertahanan AS dan badan antariksa AS (NASA) turut remuk.

SpaceX sebenarnya lebih menitikberatkan inaugurasinya pada uji kemampuan Falcon Heavy. Mulai dari mendemonstrasikan diri bisa lepas landas. Lalu tingkat terbawah (booster) bisa mendarat kembali dengan selamat pada landasan pendaratan masing-masing. Selanjutnya roket tingkat teratas (upperstage) bisa dimatikan dan dinyalakan ulang sesuai kebutuhan berdasarkan orbit tujuan yang ditargetkan. Dengan kemampuan seperti itu, Falcon Heavy mampu mengantar muatannya menuju berbagai tingkat orbit, mulai dari orbit rendah, orbit geostasioner hingga orbit heliosentris untuk perjalanan antarplanet. Bahwa Tesla Roadster dan Starman dipilih sebagai muatan, itu menjadi bagian dari kejelian Musk mencoba menarik perhatian dunia. Sekaligus menyajikan iklan gratis bagi roket baru ini.

Tidak Dari Nol

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

Kemampuan ini jelas mengesankan saat misalnya dibandingkan dengan wahana antariksa (wantariksa) ulang-alik yang melegenda yang ‘hanya’ sanggup mendorong 27,5 ton muatan ke orbit rendah. Sementara bila dibandingkan dengan kapasitas angkut roket-roket berat yang masih aktif pada saat ini seperti Delta IV Heavy, Ariane 5 dan Proton-M, Falcon Heavy masih jauh lebih unggul. Demikian halnya dengan ongkos peluncuran untuk setiap kilogram massa muatan, Falcon Heavy tetap jauh lebih unggul.

Ada dua faktor yang membuat ongkos peluncuran roket Falcon Heavy jauh lebih murah ketimbang roket-roket berat sejawatnya. Pertama, Falcon Heavy tidaklah dibangun dari nol. Tetapi melanjutkan pengembangan roket Falcon 9, roket kuda beban SpaceX saat ini. Komponen-komponen roket Falcon 9, yang sebagian diantaranya diproduksi industri kecil dan menengah Amerika Serikat, dapat digunakan juga dalam Falcon Heavy. Baik Falcon Heavy maupun Falcon 9 merupakan roket bertingkat dua yang sama-sama memiliki booster (lowerstage) dan upperstage. Upperstage keduanya juga sama-sama hanya sebuah. Bedanya dalam hal booster, dimana pada Falcon Heavy berjumlah tiga buah yang terdiri dari dua side booster (samping) dan satu core booster (utama). Sementara Falcon 9 hanya memiliki sebiji booster. Namun bila dicermati, booster–booster Falcon Heavy sejatinya adalah tiga booster Falcon 9 yang diparalel menjadi satu.

Komponen-komponen yang sama membuat biaya perakitan Falcon Heavy lebih murah. Namun hal itu juga tak terlepas dari faktor kedua, yakni konsep daya pakai ulang. Selagi Falcon Heavy dirancang di atas kertas, SpaceX juga bereksperimen dengan konsep daya pakai ulang bagi roket Falcon 9. Sejarah penerbangan antariksa hingga 2015 memperlihatkan daya pakai ulang tak pernah meraup sukses. Di masa lalu wantariksa ulang-alik menerapkan konsep ini secara parsial. Ini adalah jawaban atas begitu mahalnya ongkos peluncuran roket-roket Saturnus 5 yang menjadi pendahulunya.

Komponen yang bisa dipakai lagi berulang-ulang pada wantariksa ulang-alik adalah dua booster berbahan bakar padat dan pesawat ulang-alik itu sendiri. Sementara tanki bahan bakar eksternal dirancang sekali pakai lantas dibuang dan hangus dalam proses reentry di ketinggian atmosfer. Namun begitu wantariksa ulang-alik juga mengemban misi antariksa berawak, yang bisa mengangkut hingga 7 astronot, membuat biaya keamanannya melonjak. Terlebih pasca tragedi meledaknya wantariksa Challenger pada 28 Januari 1986. Maka penghematan yang diidam-idamkan pada wantariksa ulang-alik pun menguap. Peluncuran wantariksa ulang-alik pun akhirnya sama mahalnya dengan Saturnus 5.

Era Baru Penerbangan Antariksa

SpaceX juga menyiasati konsep daya pakai ulang secara parsial, awalnya pada booster sebelum kemudian menerapkannya pula pada sungkup muatan. Booster SpaceX sekilas nampak seperti roket-roket lain umumnya, sebagai tabung panjang yang volumenya sangat didominasi bahan bakar dan bahan pengoksid. Bedanya SpaceX berinovasi menjadikan booster bisa mendarat kembali secara vertikal ke landasan pendaratan tertentu usai bertugas. Caranya mulai dari bermanuver membalikkan arah terbang booster dengan semburan nitrogen dingin usai tahap pelepasan (staging). Lantas mengendalikan arah terbangnya melalui empat sirip jala-jala yang bisa dibuka-tutup-putar hingga mereduksi kecepatan lewat penyalaan ulang sebagian mesin roketnya. Dan akhirnya memasang empat buah kaki pendarat untuk menyokong booster tetap tegak begitu telah mendarat.

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

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

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

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

SpaceX menyiapkan lokasi peluncuran di landasan nomor 39A kompleks Tanjung Canaveral, Florida (AS), yang disewa dari NASA sejak 2014 untuk jangka waktu 5 tahun . Ini adalah lokasi bersejarah yang digunakan dalam peluncuran roket Saturnus 5 ke Bulan (1967-1973) dan selanjutnya digunakan pula dalam peluncuran pesawat antariksa ulang-alik (1981-2011). Saat berdiri tegak di landasan nomor 39A menjelang peluncurannya, roket berat Falcon Heavy memiliki massa 1.420 ton. Di bagian bawah terdapat tiga booster, masing-masing memiliki 9 buah mesin roket, sehingga seluruhnya terdapat 27 buah mesin roket. Jumlah mesin ini hanya bisa dikalahkan oleh roket N1, roket berat era Uni Soviet yang dibangun guna meluncurkan manusia Uni Soviet pertama ke Bulan. Tingkat pertama roket N1 itu memiliki 30 buah mesin roket.

Dua side booster Falcon Heavy ini merupakan booster Falcon 9 yang pernah diterbangkan dalam misi antariksa komersial sebelumnya. Sedangkan core boosternya adalah baru, demikian halnya upperstage-nya. Di ujung upperstage-nya, bertumpu pada adapter, bertengger muatan yang adalah Tesla Roadster dan Starman beserta kamera-kameranya. Harga jual Tesla Roadster sekitar US $ 100 ribu. Dengan ongkos peluncuran sekitar US $ 2.200 per kilogram, maka secara keseluruhan Tesla Roadster itu berharga sekitar US $ 3 juta (Rp 41 milyar dalam kurs 2018), menjadikannya mobil termahal sejagat.

Terbang Perdana

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

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

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

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

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

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

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

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

Referensi:

Dinukil dari Ekliptika dengan perubahan seperlunya.