Trayektori Perjalanan Wantariksa Menuju Mars

Tahun 2020, tiga misi ke Mars telah diluncurkan. Ketiganya diluncurkan pada bulan Juli dengan jendela waktu peluncuran antara pertengahan Juli sampai pertengahan Agustus. Seperti apa trayektorinya?

Mengapa demikian tentu ada pertimbangannya. Untuk memahami, kita mulai dulu dengan pertanyaan sederhana yang tidak sederhana. Berapa jarak dari Bumi ke planet lain? Misalnya ke Mars. Pertanyaan seperti ini tentu dapat dijawab dengan pendekatan bahwa  rerata  jarak Bumi ke Mars berkisar antara 57,6 juta km dan 100,7 juta km.

Tapi mengapa ada rentang kisaran jarak yang sedemikian besar? Apakah galat (error) dari pengukurannya sedemikian besar?

Jawabannya, tentu saja bukan karena galat pengukuran. Ini karena  planet Mars dan Bumi mengitari Matahari dengan kecepatan yang berbeda. Ada kalanya Mars berdekatan dengan Bumi, dan ada saatnya Mars berada jauh dari Bumi. Perubahan jarak Mars dengan Bumi bisa dilihat pada tabel dan gambar-gambar berikut. Tampak jarak Mars dan Bumi berubah-ubah terus dari tahun ke tahun.  Jarak Mars dari Bumi secara real-time bisa diketahui pada laman The Sky Live yang memiliki penghitung jarak Mars ke Bumi.

Mars mengitari Matahari setiap  687 hari. Dengan demikian setiap hampir 2 tahun sekali, Mars berada pada titik terdekatnya dengan Bumi, atau  yang sering dinamakan papasan dekat. Peristiwa ini juga yang sering dijadikan bahan meme/hoax bahwa Mars akan tampak sebesar Bulan, atau adanya bulan kembar di langit. Saat menjelang papasan dekat inilah para ilmuwan dan insinyur/ enjinir merencanakan penerbangan ke Mars.

Mengapa harus menunggu hingga papasan dekat baru mengirim wantariksa? Alasan nomor satu adalah waktu tempuh. Semakin jauh, semakin lama. Jika ingin cepat, harus membawa bahan bakar lebih banyak dan itu membuat harga peluncuran menjadi semakin mahal.

Dengan bantuan metode Patched Conic para ilmuwan melakukan  perhitungan kasar perencanaan penerbangan ke planet-planet lain, termasuk ke Mars. Patched Conic adalah suatu penyederhanaan medan gravitasi agar penghitungan menjadi lebih cepat. Metoda Patched Conic sudah digunakan dari sejak sebelum penerbangan ke Bulan pada tahun 1960-1970an sehingga keandalannya cukup terbukti.

Metoda Patched Conics ,atau dalam Bahasa Indonesia dikenal sebagai Tambalan Irisan Kerucut (TIK), menyederhanakan medan gravitasi di luar angkasa menjadi masalah (gravitasi) 2 benda saja.

Seperti kita ketahui, semua benda bermassa memiliki gaya tarik sendiri. Dengan demikian  semua benda di luar angkasa mulai dari asteroid hingga Matahari, sebetulnya mempengaruhi gerak sebuah wantariksa di luar angkasa. Dengan metoda PC/TIK, perhitungan disederhanakan dari banyak benda menjadi dua benda yakni antara wahana dan pengaruh gravitasi terbesar dalam lingkup bola pengaruhnya (Sphere of Influence).

Sebagai contoh, sebuah wantariksa yang sedang dalam perjalanan dari Bumi ke Bulan, dapat disederhanakan menjadi 2 bagian: bagian pertama adalah interaksi antara Bumi dan wantariksa, dan bagian kedua adalah interaksi antara wahana dan Bulan. Untuk wahana yang akan ke Mars, maka perjalanannya dapat disederhanakan menjadi interaksi wantariksa-Bumi, wantariksa-Matahari, dan Wahana-Mars, danan seterusnya.

Setiap bagian interaksi tersebut memperhitungkan gerak wantariksa dalam medan gravitasi mengikuti perumusan gravitasi yang ada, terutama bahwa gerak orbit sebuah benda dalam medan gravitasinya selalu mengikuti bentuk irisan kerucut. Irisan-irisan kerucut ini bila disambung-sambung (patching conic sections/menambal irisan kerucut) dan membentuk trayektori keseluruhan wantariksa tersebut dalam perjalanannya dari Bumi ke planet tang dituju.

Setelah metoda Patched Conics digunakan untuk merancang trayektori sederhana, baru kemudian digunakan  simulator untuk memperhitungkan pengaruh benda langit lainnya. Setidaknya untuk  memperhitungkan benda langit besar yang mungkin dapat mempengaruhi trayektori wantariksa tersebut.

Sebagai contoh, wantariksa penjelajah yang bermain diantara bulan-bulan Jupiter harus memperhitungkan gravitasi Jupiter selain gravitasi bulan yang dituju. Atau wahana yang mendekati sebuah asteroid tentu harus memperhitungkan medan gravitasi Jupiter dan Matahari. Untuk itu biasanya digunakan simulator n-body.

Untuk wantariksa Perseverance, dicanangkan manuver perbaikan arah sebanyak 6 kali di sepanjang trayektori wantariksa tersebut. Perbaikan arah dilakukan untuk memastikan bahwa arah dan kecepatan Perseverance masih sesuai dengan orbit yang diperlukan. Terutama pada saat mencapai tujuan di Mars. Kecepatan dan arah tiba di Mars amat genting. Kesalahan kecil dapat berakibat gagalnya misi wantariksa ini selain kerugian materi yang amat besar.

Ini tentang keberangkatan Perseverance ke Mars. Setelah tiba di Mars, perjalanan untuk masuk ke atmosfer dan turun ke permukaan sampai mendarat juga menjadi tantangan tersendiri yang dikenal sebagai teror 7 menit. Persis seperti proses pendaratan wantariksa Curiosity. Lagi-lagi tidak boleh ada kesalahan, sekecil apapun itu.

Bagaimana hasilnya? Kita tunggu saja sampai Perseverance tiba di Mars tahun 2021.