Mengapa misi luar angkasa tidak dapat terbang setiap saat: Apa itu jendela peluncuran?

Mengapa pesawat ruang angkasa tidak dapat diluncurkan kapan saja? Apa itu landasan peluncuran? Anda akan belajar tentang semua ini dari artikel kami.

Misi Artemis I

Pentingnya misi Artemis I bagi umat manusia sering disamakan dengan penerbangan Apollo 8 pada tahun 1968, ketika manusia mampu mencapai orbit bulan untuk pertama kalinya dalam sejarah. Namun pada saat itu, keberhasilan penerbangan ke bulan seharusnya, pertama-tama, merupakan kemenangan dalam konfrontasi politik dan teknologi antara Amerika Serikat dan Uni Soviet, sedangkan sains berada di latar belakangnya. Tentu saja, program "Apollo" sukses besar, karena seseorang yang meninggalkan Bumi dengan pesawat pertama beberapa dekade yang lalu, mengatasi gravitasi Bumi dan mendapati dirinya berada di orbit benda langit lain.

Hampir tidak ada pembicaraan tentang komponen ekonomi saat itu. Namun enam dekade kemudian, justru manfaat ekonomi dari penjelajahan sumber daya bulan yang mendorong manusia untuk "kembali" ke Bulan. Jika satu-satunya alasan untuk misi semacam itu adalah untuk mengibarkan bendera negara mereka di permukaan bulan, yang tentu saja, pada awalnya orang dapat melihatnya seperti itu, saya bertanya-tanya apakah sumber daya sebesar itu akan terlibat sekarang. Lagi pula, ada masalah yang jauh lebih serius di Bumi sekarang. Tetapi perlombaan antariksa terus berlanjut, dan keuntungan di sini akan sangat penting, termasuk keuntungan ekonomi.

Artinya, pembatalan peluncuran misi Artemis I pada 29 Agustus menyebabkan kerugian ekonomi dan finansial. Tampaknya mereka tidak meluncurkannya pada tanggal 29, maka mereka dapat meluncurkannya pada tanggal 30 atau 31 Agustus, tetapi mereka menundanya hingga 3 September. Saya yakin banyak dari Anda tidak mengerti mengapa tanggal khusus ini dipilih. Mereka berbicara tentang beberapa jendela awal, tentang kondisi yang menguntungkan untuk peluncuran. Mari kita cari tahu.

Baca juga: Misi Luar Angkasa Berawak: Mengapa Kembali ke Bumi Masih Menjadi Masalah?

Persyaratan ketat mengenai tanggal mulai misi

Jendela peluncuran yang dimaksud adalah kondisi yang dipaksakan oleh alam dan keterbatasan teknologi, suatu kondisi yang harus diperhitungkan selama peluncuran setiap objek luar angkasa. Untuk pesawat, jendela keberangkatan sebagian besar opsional, tetapi karena lalu lintas udara yang padat, mereka juga lepas landas pada waktu tertentu, yaitu sesuai dengan jadwal. Jika tidak ada batasan seperti itu, pesawat bisa lepas landas dan mendarat kapan pun diinginkan. Namun penerbangan di ruang udara harus tertib. Ini hanya berlaku untuk wilayah udara Bumi, di mana koridor udara bersyarat untuk penerbangan sipil telah diletakkan selama beberapa dekade.

Sebuah roket yang membawa pesawat ruang angkasa secara teoritis dapat melakukan ini juga, tetapi pasokan bahan bakar yang terbatas mencegah hal ini. Yang sama melaluinya ya sulit untuk kembali ke Bumi. Untuk saat ini, kita dapat terbang pada lintasan yang diperhitungkan dengan cermat hanya jika kita dapat mencocokkan posisi planet atau Bulan dengan Bumi. Setiap penyimpangan membutuhkan cadangan bahan bakar berlebih, tetapi di luar angkasa mereka tidak dapat dikumpulkan seperti bonus dalam game arcade.

Itulah sebabnya penerbangan ke Mars sejauh ini hanya dilakukan pada interval dua tahun, ketika posisinya di ujung jalur probe atau perangkat lain akan menguntungkan untuk kinerja tugas. Dalam kasus misi yang melampaui batas Tata Surya, lintasan penerbangan bisa jauh lebih rumit, karena efek gravitasi planet lain pada jalur penerbangan yang direncanakan juga harus diperhitungkan. Misalnya, selama penerbangan Voyager ke batas Tata Surya, percepatan gravitasi Venus diperhitungkan, dan kapal New Horizons juga dipengaruhi oleh gravitasi Jupiter. Karena bahan bakar masih merupakan sumber daya yang langka di luar angkasa, dan teknologi mesin berdasarkan pembakarannya masih sangat primitif. Ya, seseorang akan menyebutkan panel ruang angkasa yang membantu wahana menggunakan angin kosmik untuk mendorong diri mereka sendiri, tetapi wahana itu, bukan pesawat ruang angkasa, yang membutuhkan bahan bakar untuk masuk ke orbit dan kembali ke Bumi. Dan Anda membutuhkan banyak.

Juga menarik:

• Mengapa bintang-bintang berkelap-kelip?
• Mengapa pesawat ruang angkasa dilengkapi dengan prosesor abad ke-20

Apa itu launchpad untuk startup?

Bayangkan Anda berada di tengah-tengah stadion atletik dan Anda ingin bertemu dengan salah satu atlet yang berlari di atas treadmill. Kita dapat mencoba mengejarnya, tetapi untuk ini kita harus berlari lebih cepat darinya, dan kita akan menghabiskan banyak energi. Jauh lebih masuk akal untuk menghitung kapan pelari akan berada di posisi yang paling menguntungkan, sehingga ia dapat dicegat dan pada saat yang tepat pergi menemuinya. Perhitungan harus akurat agar kita tidak datang terlalu dini atau terlambat. Waktu optimal untuk mulai bergerak adalah jendela awal kita.

Hal yang sama berlaku untuk misi luar angkasa. Jendela peluncuran hanyalah periode di mana pesawat ruang angkasa dapat mencapai titik tertentu di ruang angkasa pada waktu tertentu. Pada saat yang sama, kemampuan daya roket dan lintasan benda luar angkasa yang harus dipenuhi oleh peralatan harus diperhitungkan. Oleh karena itu, jendela berbeda untuk misi yang berbeda. Misalnya, untuk misi ke Mars, jendela peluncuran dibuka setiap 780 hari. Tetapi untuk peluncuran "Voyager-2", yang tujuannya adalah planet-planet seperti Jupiter, Saturnus, Uranus, dan Neptunus, mereka menggunakan jendela peluang yang hanya muncul sekali setiap 175 tahun. Di sisi lain, kita memiliki contoh misi Rosetta, yang awalnya dimaksudkan untuk mempelajari komet 46P / Wirtanen, tetapi kesempatan ini hilang karena penundaan peluncuran, sehingga dipilih target baru untuk misi tersebut, komet 67P / Churyumova. -Gerasimenko.

Lebih singkatnya, jendela peluncuran peluncuran adalah interval waktu, dihitung dari perhitungan mekanika orbital, di mana pesawat ruang angkasa tertentu dapat lepas landas dan berhasil mencapai tujuan akhirnya. Tentunya dengan mempertimbangkan jalur penerbangan yang direncanakan dan massa bahan bakar yang dibutuhkan. Oleh karena itu, jendela awal membutuhkan lokasi benda langit yang menguntungkan, yang gravitasinya secara signifikan mempengaruhi pergerakan kendaraan.

Juga menarik:

• 10 hal teraneh yang kami pelajari tentang lubang hitam pada tahun 2021
• Terraforming Mars: Bisakah Planet Merah berubah menjadi Bumi baru?

Empat faktor yang memengaruhi jendela peluncuran startup

Ada empat faktor yang memengaruhi pilihan jendela peluncuran untuk peluncuran misi luar angkasa apa pun, termasuk Artemis I. Mereka sangat erat terkait satu sama lain sehingga perbedaan dalam salah satu faktor langsung meniadakan pengaruh yang lain.

Orbit dan kemiringan

Misalnya, Discovery perlu mengirimkan kargo penting ke ISS. Pertama, para ilmuwan harus mempertimbangkan dua lintasan yang berbeda: lintasan pesawat ulang-alik itu sendiri dan Stasiun Luar Angkasa Internasional. Para ilmuwan harus memastikan bahwa kedua orbit itu pasti akan bertemu, karena tujuan dari misi ini adalah untuk mengirimkan pasokan yang diperlukan ke stasiun luar angkasa. Untuk melakukan ini, mereka menghitung bidang orbit stasiun, lembaran imajiner yang memotong Bumi dan menahan stasiun luar angkasa di tepinya.

Ketika Bumi dan stasiun ruang angkasa bergerak, pesawat konvensional yang menghubungkan mereka juga bergerak. Para ilmuwan harus menemukan waktu ketika ujung bumi memotong landasan peluncuran Kennedy Space Center di Florida, dari mana kapal seharusnya diluncurkan. Mereka tidak boleh melewatkan lebih dari satu derajat. Bumi berputar 1 derajat dalam lima menit, jadi peluncuran harus dilakukan tepat dalam lima menit itu.

Selain itu, peluncuran harus terjadi ketika stasiun ruang angkasa sedang menuju dari selatan ke utara. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pesawat ulang-alik harus berhasil menyalip stasiun dan pada saat yang sama membuang tangki bahan bakar eksternal 15 lantai di atas lautan, di mana ia tidak menimbulkan ancaman bagi manusia. Lautan terletak di timur laut, sehingga peluncuran Discovery harus menunggu sampai stasiun luar angkasa bergerak ke utara. Ini meninggalkan pesawat ulang-alik dengan satu jendela peluncuran lima menit per hari.

Adapun misi Artemis I, bahkan lebih menarik di sini. NASA ingin menempatkan Orion di orbit retrograde jauh di sekitar Bulan. Ini adalah orbit yang sangat stabil dengan dua titik Lagrange. Pada saat yang sama, peralatan bergerak mengelilingi Bumi dengan arah yang berlawanan dari Bulan. Sejauh ini, orbit ini hanya digunakan oleh satu perangkat - Chang'e 5 Cina. Untuk memasuki orbit ini, perlu menyalakan mesin yang akan mengantarkan perangkat ke Bulan pada saat dan waktu yang tepat. Manuver ini disebut TLI (Trans-Lunar Injection), dan akurasi eksekusinya sangat penting. Ini adalah salah satu elemen yang perlu dipertimbangkan saat menghitung jendela peluncuran.

Baca juga:

• Mengamati Planet Merah: Sejarah Ilusi Mars
• Teleportasi dari sudut pandang ilmiah dan masa depannya

"Presesi" memindahkan jendela

Juga, orang tidak boleh melupakan fenomena presesi. Anda melihat presesi setiap kali anak mulai memutar bagian atas jig. Pertama, sumbu rotasinya membuat lingkaran di udara ke arah yang berlawanan dengan rotasi, memiringkan bagian atas terlebih dahulu ke satu arah, lalu ke arah lain.

Bumi melakukan versi gerak lambat dari tarian ini saat mengorbit Matahari, dan satelit buatan manusia melakukan hal yang sama saat mengorbit Bumi.

Ada formula yang memungkinkan para ilmuwan NASA untuk menghitung seberapa banyak satelit akan goyah. Tambahkan jumlah putaran yang dibuat satelit per hari, ukuran dan eksentrisitas orbit, dan kemiringan, dan Anda memiliki osilasi. Untuk Stasiun Luar Angkasa Internasional, angka-angka ini memberikan nilai hampir 5 derajat per hari, yang setara dengan sekitar 20 menit rotasi harian Bumi.

Ini juga berlaku untuk bulan dan planet lain di tata surya. Fluktuasi ini memerlukan perhitungan yang akurat, jika tidak, penyesuaian apa pun memerlukan konsumsi bahan bakar yang berlebihan dan hilangnya lintasan yang diinginkan.

Kondisi cuaca saat peluncuran

Kami mendengar dari waktu ke waktu bahwa peluncuran roket dibatalkan karena kondisi cuaca yang tidak mendukung. Ya, alam tidak harus menunggu kita, selalu ada beberapa fenomena cuaca di permukaan bumi, seperti badai, badai petir, badai pasir, badai salju, dll.

Ahli meteorologi badan antariksa bergulat seperti profesional yang melacak tutupan awan, arah dan kecepatan angin, serta badai dan peristiwa buruk lainnya di enam lokasi berbeda selama 13 hari. Mereka menyetujui lepas landas hanya jika roket tidak berpotensi terjebak dalam badai atau badai pasir, misalnya.

Kondisi pencahayaan

Jendela peluncuran harus memungkinkan pencahayaan yang baik untuk semua kamera sehingga tim kontrol penerbangan dapat melihat seberapa baik semua sistem dan pengaturan kapal bekerja, membantu memastikan keselamatan awak misi luar angkasa.

Misalnya, menurut aturan NASA, Orion tidak boleh berada dalam bayangan selama lebih dari 90 menit setiap kali. Karena membutuhkan sinar matahari untuk panel dan untuk menjaga suhu optimal perangkat.

Selain itu, ada faktor lain yang terkait dengan proses pendaratan, di mana Orion harus memasuki lapisan atas atmosfer Bumi, kemudian meninggalkannya sejenak, dan lagi, akhirnya, terjun ke atmosfer. Namun, untuk ini, perangkat harus mencapai lintasan yang sesuai relatif terhadap Bumi pada waktunya. Aspek terakhir yang perlu dipertimbangkan adalah waktu pendaratan. Orion dijadwalkan mendarat di laut pada siang hari untuk memudahkan tim yang menunggu untuk menemukan dan mengambil kapsul.

Juga menarik:

• Mengapa bintang-bintang berkelap-kelip?
• Mengapa pesawat ruang angkasa dilengkapi dengan prosesor abad ke-20

Peluncuran tidak dilakukan dari landasan peluncuran stasioner. Targetnya juga terus bergerak

Mari kita bicara lebih detail tentang beberapa detail yang perlu dipertimbangkan untuk peluncuran misi Artemis I, yang mungkin diluncurkan paling cepat malam ini.

Bulan dekat dengan Bumi dan mungkin seharusnya tidak ada masalah besar di sini. Sayangnya, ada, antara lain, pergerakan planet kita dan Bulan. Satelit kita tidak hanya berputar pada porosnya dengan kecepatan sekitar 0,5 km/s di ekuator, tetapi juga berputar mengelilingi Matahari dalam orbit yang hampir melingkar dengan kecepatan 30 km/s. Juga harus diperhitungkan bahwa kecepatan gerak bumi ditambahkan ke kecepatan awal kendaraan itu sendiri.

Selain itu, posisi Matahari dan Bulan relatif terhadap orbit Bumi yang terus berubah, hal ini juga harus diperhitungkan. Jadi, dengan konsumsi energi/bahan bakar yang sama, peluncuran dari Bumi ke Bulan dapat menghasilkan hasil yang berbeda tergantung pada waktu peluncuran tersebut.

Secara teori, kita bisa membangun pesawat luar angkasa yang cukup kuat untuk terbang ke bulan setiap hari. Dan mungkin kedepannya akan seperti itu. Namun, untuk saat ini, keberhasilan misi Artemis I memerlukan pemilihan waktu peluncuran yang cermat dari Bumi, yang akan memungkinkan Orion bergerak ke Bulan dan kemudian memasuki orbit yang direncanakan di sekitar satelit kita. Bahkan jika peluncuran sesuai jadwal, penundaan beberapa hari dapat menyebabkan perubahan signifikan dalam durasi misi.

Saat ini, tergantung waktu peluncurannya, misi Artemis I dapat berlangsung antara 26 hingga 28 hari atau 38 hingga 42 hari. Kami mengantisipasi bahwa misi ini akan lebih lama karena Orion menyelesaikan 1,5 putaran mengelilingi Bulan dalam orbit retrograde yang jauh. Jika opsi yang lebih pendek dipertimbangkan, dan jalan keluar ke orbit bulan akan terjadi pada waktu yang berbeda, Orion hanya akan membuat 1 revolusi mengelilingi Bulan sebelum mulai kembali ke Bumi.

Baca juga: Teleskop Luar Angkasa James Webb: 10 target untuk diamati

Tanggal peluncuran Artemis I masa depan dimungkinkan

Jendela peluncuran saat ini untuk roket SLS dan muatannya, yang memenuhi kriteria misi, adalah 2-6 September. Sudah diketahui bahwa NASA telah memilih tanggal terdekat untuk peluncuran misi Artemis I - 3 September 2022 antara 21:17 dan 23:17 waktu Kyiv. Setiap hari berikutnya juga memiliki waktu tertentu untuk memulai. Jika Anda gagal lepas landas dalam waktu tersebut, jendela peluncuran berikut akan muncul:

• dari 20 September hingga 28 September
• dari 30 September hingga 4 Oktober
• dari 17 hingga 23 Oktober
• 27 Oktober
• dari 29 hingga 31 Oktober
• dan seterusnya…

Kita hanya bisa menunggu dan berharap bahwa peluncuran misi bersejarah Artemis I yang sukses akan segera terjadi.

Baca juga:

• 100 Tahun Fisika Kuantum: Dari Teori 1920-an ke Komputer
• 5 misi luar angkasa masa depan untuk dipikirkan

Namun, jangan lupa bahwa ada perang yang terjadi di Ukraina. Jika Anda ingin membantu Ukraina memerangi penjajah Rusia, cara terbaik untuk melakukannya adalah dengan menyumbang ke Angkatan Bersenjata Ukraina melalui selamatkan hidup atau melalui halaman resmi NBU.