Jelang Misi Utama OSIRIS-Rex: Persiapan dan Perkembangan Misi

OSIRIS-Rex, misi antariksa yang bertujuan mengambil sampel material dari asteroid Bennu, kini telah memasuki masa pelaksanaan misi utamanya.

OSIRIS-Rex dijadwalkan melaksanakan manuver Touch and Go (TAG) atau pengambilan sampel material asteroid Bennu pada tanggal 20 Oktober 2020 mendatang.

Banyak kegiatan dan persiapan yang harus dilakukan oleh tim misi menjelang pelaksanaan misi utama ini. Namun, sebagaimana kita ketahui bersama, sejak akhir tahun 2019 dunia diguncang oleh wabah pandemi COVID-19. Wabah ini mempengaruhi seluruh aspek kehidupan manusia, termasuk juga misi ruang angkasa seperti OSIRIS-Rex.

Awalnya, tim berharap dapat melakukan proses TAG pada tanggal 25 Agustus. Namun karena adanya pandemi COVID-19, tim di Bumi harus melakukan berbagai penyesuaian. Demi kesehatan dan keselamatan bersama, seluruh tim memutuskan untuk mengikuti semua protokol kesehatan, termasuk jumlah orang yang dapat hadir secara bersamaan saat perencanaan. Dalam kondisi normal, perencanaan harus dilakukan jauh di depan, bahkan beberapa bulan sebelum pelaksanaan suatu tahapan. Dengan segala keterbatasan akibat COVID-19, tim OSIRIS-Rex memutuskan untuk memberikan waktu persiapan selama yang diperlukan kepada semua pihak yang terlibat. Sebagai konsekuensinya, timeline atau jadwal misi OSIRIS-Rex sedikit bergeser dari yang direncanakan semula. Untungnya, ketika merencanakan misi ini Tim OSIRIS-Rex telah memasukkan sedikit fleksibilitas dalam hal waktu, sehingga memberikan ruang gerak bagi tim untuk menyesuaikan diri bila terjadi sesuatu yang tak diharapkan, seperti fitur permukaan Bennu yang sangat kasar dan COVID-19.

Apa saja persiapan OSIRIS-Rex menjelang pelaksanaan TAG? Yuk kita simak bersama!

Pemilihan Titik Sampling Akhir

Pada artikel tentang OSIRIS-Rex terakhir di langitselatan disebutkan bahwa Tim OSIRIS-Rex telah memilih empat kandidat titik sampling, yaitu Nightingale, Kingfisher, Osprey dan Sandpiper. Setelah melakukan pengamatan, evaluasi dan pertimbangan selama beberapa bulan, akhirnya pada bulan Desember 2019 tim misi memilih Nightingale sebagai titik sampling utama dengan Osprey sebagai titik sampling cadangan.

Nightingale terletak di bagian utara Bennu, dengan lebar kawah sebesar 460 kaki (140 m). Karena posisinya jauh di utara, suhu di titik sampling Nightingale lebih rendah dari di wilayah lain dan material permukaannya masih terjaga keasliannya. Regolith (batuan permukaan) berwarna lebih gelap. Kawah Nightingale diperkirakan masih berusia cukup muda dan permukaannya halus. Kesemuanya ini akan memberikan peluang terbaik bagi OSIRIS-Rex untuk mendapatkan sampel yang masih asli, yang akan memberikan gambaran paling jelas akan sejarah asteroid Bennu.

Meskipun demikian, Nightingale memiliki tantangan tersendiri. Kawah di sekeliling Nightingale memang cukup luas, namun daerah titik sampling yang ditarget jauh lebih kecil dari yang direncanakan. Tim merencanakan daerah sampling dengan diameter 164 kaki (50 m), sementara titik sampling Nightingale yang aman bagi wahana hanya berdiameter 52 ft (16 m). Selain itu, daerah ini juga dibatasi oleh bongkahan-bongkahan batu besar di bagian timur  yang dapat membahayakan wahana saat terbang kembali ke orbit setelah misi.

OSIRIS-Rex dapat melakukan tiga kali percobaan sampling. Namun apabila terjadi gangguan yang cukup signifikan pada permukaan Nightingale, percobaan pengambilan sampel berikutnya akan menjadi jauh lebih sulit. Karena itulah tim memilih titik sampling cadangan, yaitu Osprey.

Persiapan: Terbang Lintas Di Atas Titik Sampling 

Dengan terpilihnya titik sampling utama dan cadangan, tim misi langsung bergerak untuk mengumpulkan informasi sebanyak mungkin mengenai kedua titik tersebut. Mengingat jarak Bumi – Bennu yang jauh, sinyal dari Bumi memerlukan waktu sekitar 16 menit untuk mencapai wahana. Hal ini membuat kendali langsung wahana saat proses TAG menjadi sangat sulit, bahkan tidak mungkin. Rangkaian perintah pelaksanaan misi akan dikirimkan dari Bumi sebelum misi berlangsung, dan tim akan mengirimkan perintah “GO” untuk memulai tahapan misi. Sejak perintah “GO” diterima, OSIRIS-Rex harus mampu menjalankan misi dan mengambil keputusan-keputusan penting selama proses TAG secara otonomi. Untuk itu, OSIRIS-Rex perlu “mempelajari medan” dan menyimpan informasinya untuk digunakan saat melakukan tahapan-tahapan TAG tanpa bantuan pertimbangan tim dari Bumi.

“Mempelajari medan” ini dilakukan dengan melakukan dua kali terbang lintas di atas setiap titik sampling yang telah dipilih.

Terbang Lintas Pertama (21 Januari 2020 untuk Nightingale , 11 Februari 2020 untuk Osprey)
Terbang lintas dilakukan dari ketinggian 0.4-mil (620-m), dengan durasi transit selama 11 jam. Saat melakukan terbang lintas, OSIRIS-Rex mengamati, menganalisa, dan mendokumentasikan segala aspek tentang titik sampling tersebut untuk melengkapi katalog Natural Feature Tracking (NFT). NFT adalah sistem katalog citra fitur-fitur permukaan Bennu yang diambil selama orbit, terbang lintas dan latihan, untuk digunakan saat menjalankan misi.

Saat misi berlangsung, NFT akan membandingkan sensor navigasi real-time OSIRIS-Rex yang mendeteksi fitur permukaan pada saat itu dengan katalog fitur untuk menentukan arah lintasan, kecepatan dan posisi wahana agar dapat mencapai titik sampling dengan aman. Selain itu NFT juga akan membantu wahana untuk dapat menentukan bagian mana dari titik sampling yang akan ditarget secara otonomi.Sayangnya, pada saat terbang lintas pertama di atas Osprey, salah satu instrumen, OLA (OSIRIS-Rex Laser Altimeter) tidak berfungsi optimal. OLA memberikan informasi jarak/jangkauan pada instrumen Polycam, untuk membantu kamera menentukan fokus ketika mengambil citra. Akibatnya, gambar-gambar hasil terbang lintas kemungkinan akan kabur/tidak fokus. Meski demikian, data akan tetap dianalisa.

Terbang Lintas Kedua (3 Maret 2020 untuk Nightingale, dan 26 Mei 2020 untuk Osprey)
Terbang lintas kedua dilakukan pada ketinggian 820 kaki (250 m), dengan durasi transit 5  jam. Tujuan utama dari terbang lintas kedua ini adalah untuk mengambil citra material permukaan Bennu dengan resolusi tinggi. Alat sampling OSIRIS-Rex didesain untuk mengambil sampel dengan ukuran lebih kecil dari 0.8 inci (2 cm). Citra yang dihasilkan sangat mendetail, sehingga memungkinan bagi para ilmuwan untuk mencari material yang berada pada rentang ukuran tersebut.

Ada sesuatu yang berbeda saat pelaksanaan terbang lintas kedua di atas Nightingale. Setelah melakukan terbang lintas, OSIRIS-Rex kembali ke orbit namun untuk pertama kalinya mengubah posisinya di orbit. Dengan perubahan tersebut, OSIRIS-Rex kini mengorbit Bennu searah jarum jam (dilihat dari Matahari). Tujuan perubahan arah orbit ini adalah untuk mempersiapkan wahana dalam melakukan tahapan selanjutnya: latihan pengambilan sampel.

Pada terbang lintas kedua di atas Osprey, instrumen OLA berfungsi cukup optimal sehingga citra yang dihasilkan lebih baik daripada terbang lintas pertama, di mana hasilnya tidak fokus karena OLA tidak berfungsi baik. Semua informasi ini akan sangat berguna apabila, karena satu dan lain hal, tim memutuskan untuk melakukan pengambilan sampel/contoh batuan dari titik Osprey. Dengan informasi lengkap kedua titik, OSIRIS-Rex siap melakukan misi utama, baik di Nightingale maupun Osprey.Setelah selesai terbang lintas kedua Osprey, wahana kembali ke orbitnya dan tetap mengorbit Bennu searah jarum jam, seperti ketika kembali dari terbang lintas kedua  Nightingale.

Latihan Manuver Pengambilan Sampel

Setelah “mempelajari medan”, tahap selanjutnya adalah latihan. Tim OSIRIS-Rex telah merancang teknik khusus untuk mengoperasikan wahana dalam kondisi gravitasi mirko (microgravity), namun masih memerlukan pengalaman/latihan untuk menerbangkannya dengan jarak yang begitu dekat dengan permukaan Bennu. Untuk itulah, tim menjadwalkan dua kali latihan sebelum pelaksanaan misi utama.

Dalam menjalankan misinya, ada empat fase yang akan dilakukan untuk mengambil sampel. Tiga tahap pertama adalah tahapan penyesuaian posisi, dan tahap terakhir adalah pengambilan sampel.

1. Tahap Orbit Departure (“meninggalkan orbit”): roket pendorong dinyalakan untuk mengeluarkan OSIRIS-Rex dari orbit-nya di ketinggian 0,6 mil (1 Km) di atas permukaan Bennu. Wahana akan didorong oleh roket pendorong mendekat ke permukaan asteroid. Dalam perjalanannya mendekati permukaan, wahana akan merentangkan lengan pengambil contoh (TAGSAM) dan memposisikan panel suryanya menjauhi permukaan Bennu, membentuk konfigurasi Y. Hal ini dilakukan untuk melindungi panel surya dari benturan dan menempatkan titik pusat gravitasi wahana persis di atas pengan sampling.
2. Tahap Checkpoint (“titik pemeriksaan”): tahap ini dimulai ketika wahana mencapai ketinggian 410 kaki (125 m) di atas permukaan Bennu. Pada tahap ini OSIRIS-Rex akan menyesuaikan (“memeriksa”) posisi dan kecepatannya saat mendekat ke permukaan Bennu. Untuk keperluan penyesuaian, roket pendorong akan digunakan untuk kedua kalinya.
3. Tahap Matchpoint: tahap ini dilakukan pada ketinggian sekitar 164 kaki (50 m) di atas permukaan Bennu.Pada tahap ini wahana akan memposisikan jalur lintasannya sesuai dengan arah rotasi Bennu sambil terus mendekatkan jarak dengan permukaan untuk mengambil sampel. Tahap ini dicapai dengan menyalakan roket pendorong untuk ketiga kalinya.
4. Tahap Touch and Go (TAG) (“sentuh dan selesai”): pada tahap ini lengan pengambil sampel akan menyentuh permukaan Bennu selama kurang lebih 16 detik. Pada saat itu, wahana akan menembakkan satu dari tiga botol nitrogen bertekanan tinggi. Material di permukaan akan terdorong lepas dan beterbangan di sekitar titik sampling. Material yang lepas inilah yang akan ditangkap oleh instrumen pengumpul sampel. Setelah selesai, roket pendorong balik akan dinyalakan untuk mendorong OSIRIS-Rex kembali ke orbitnya.

Pada sesi latihan, OSIRIS-Rex tidak akan melaksanakan semua tahapan secara lengkap, tapi hanya sebagian saja.

Latihan Pertama: “Checkpoint”, 14 April 2020
Latihan pertama meliputi pelaksanaan tahapan Orbit Departure dan Checkpoint. Setelah melewati titik checkpoint, wahana dibiarkan terus mendekati Bennu selama sembilan menit. Pada ketinggian 246 kaki (75 m), roket pendorong balik dinyalakan, menuntaskan sesi latihan dan mengembalikan wahana ke orbit asalnya. Proses latihan ini berlangsung selama empat jam.

Tujuan utama dari latihan pertama ini adalah melatih tim dalam mengendalikan wahana untuk manuver yang diperlukan, sekaligus memastikan bahwa peralatan navigasi, pengambilan gambar/citra dan penentuan jarak yang diperlukan untuk tahapan-tahapan tersebut bekerja dengan optimal. Selain itu, latihan juga memberikan kesempatan pada tim untuk memastikan bahwa sistem pemandu otomatis Natural Feature Tracking (NFT) berfungsi baik dalam menyesuaikan posisi dan kecepatan wahana saat mendekati permukaan Bennu.

Selama proses latihan, instrumen-instrumen dalam OSIRIS-Rex melakukan berbagai pengukuran saintifik, pengambilan gambar untuk keperluan navigasi dan pengamatan spektrometri yang juga akan dilakukan saat menjalankan misi yang sebenarnya.Suksesnya tahapan ini juga telah membuktikan kepada tim pelaksana bahwa instrumen Natural Feature Tracking (NFT) atau sistem pemandu otomatis berdasarkan informasi fitur alami asteroid (bongkahan batu, bukti, dan sejenisnya) dapat secara akurat memperkirakan posisi dan kecepatan wahana relatif terhadap Bennu ketika wahana mendekati permukaannya.

Latihan Kedua: “Matchpoint”, 11 Agustus 2020
Tujuan latihan kedua ini sama dengan latihan pertama. Bedanya, kali ini latihan dilanjutkan hingga wahana mencapai titik matchpoint.Setelah mencapai titik checkpoint, wahana dibiarkan melanjutkan perjalanannya mendekati Bennu selama delapan menit. Pada akhir menit kedelapan, OSIRIS-Rex menyalakan roket pendorong untuk ketiga kalinya, menyesuaikan jalur lintasannya agar sesuai dengan rotasi Bennu.

Wahana dibiarkan terus mendekati Bennu selama tiga menit setelah matchpoint, hingga mencapai ketinggian 131 kaki (40 m) di atas permukaan Bennu, jarak terdekat yang pernah dicapai oleh OSIRIS-Rexi. Setelah mencapai ketinggian tersebut, roket pendorong balik dinyalakan, mengembalikan wahana ke orbitnya dan memungkasi sesi latihan kedua.

Pada latihan kedua ini tim dapat mengkonfirmasi keberhasilan sistem NFT dalam memprediksi arah lintasan wahana setelah melewati Matchpoint dengan akurat. Latihan kedua ini juga merupakan saat pertama wahana menggunakan hazard map atau peta bahaya yang terprogram dalam OSIRIS-Rex. Hazard Map menunjukkan secara jelas area-area permukaan yang bisa membahayakan bagi wahana. Apabila wahana mendeteksi bahaya dalam jalur lintasannya, wahana akan menyalakan roket pendorong balik setelah mencapai jarak 16 kaki (5 m). Meskipun latihan kali ini tidak mencapai ketinggian terbang serendah itu, namun Hazard Map digunakan untuk memprediksi jalur lintasan menuju titik sampling. Hasil latihan menunjukkan bahwa jalur lintasan yang diprediksi oleh wahana berdasarkan NFT dan Hazard Map selama latihan merupakan jalur yang aman bagi wahana untuk mencapai titik sampling Nightingale. Hal ini penting mengingat tim di Bumi tidak dapat mengendalikan wahana secara langsung karena sinyal dari Bumi membutuhkan waktu 16 menit untuk mencapai OSIRIS-Rex. Wahana harus dapat melakukan semua ini secara otonomi pada saat pelaksanaan misi utama nantinya.

Rencana Jelang Pelaksanaan Misi Utama

Semua tahapan persiapan telah dilakukan dengan sukses, maka OSIRIS-Rex telah siap untuk melakukan misi utamanya: mengambil sampel material asteroid Bennu dari titik sampling utama Nightingale yang dijadwalkan pada tanggal 20 Oktober 2020.

OSIRIS-Rex diharapkan dapat mengumpulkan material dari Bennu setidaknya sebesar 2 oz. (60 grams). Untuk memastikan wahana mengumpulkan sampel dalam jumlah yang cukup, tim akan melakukan verifikasi data deri OSIRIS-Rex. Pada tanggal 22 Oktober 2020 (2 hari setelah misi utama) tim akan mengambil gambar instrumen pengumpul sampel TAGSAM untuk melihat apakah ada material permukaan yang berhasil dikumpulkan. Selain itu, pada tanggal 24 Oktober 2020 (4 hari setelah misi utama) wahana dijadwalkan melakukan manuver putar untuk menentukan massa material yang berhasil dikumpulkan. Apabila kedua verifikasi menunjukkan bahwa misi berjalan dengan sukses sesuai harapan, tim akan mengambil keputusan untuk menempatkan sampel ke dalam Sample Return Capsule (SRC  atau Kapsul Pengembalian Sampel) untuk disimpan untuk perjalanan kembali ke Bumi.

Apabila sampel yang dikumpulkan dianggap tidak mencukupi, tim masih memiliki dua botol nitrogen bertekanan tinggi untuk dua kali proses sampling. Pengambilan sampel di titik cadangan Osprey dijadwalkan paling cepat Januari 2021.

Setelah misi berhasil dijalankan, OSIRIS-Rex dijadwalkan memulai perjalanannya kembali ke Bumi pada tahun 2021 dan mencapai Bumi pada tanggal 24 September 2023.

Bagaimana performa OSIRIS-Rex saat “Pagelaran Utama” 20 Oktober 2020 nanti? Nantikan laporannya di langitselatan!!