Gambar: Ilustrasi Bussard Ramjet oleh NASA. Scoop berwarna putih di bagian depan hanyalah generator medan elektromagnetik yang merupakan komponen utama, dapat membentang selebar puluhan-ratusan kilometer dan tidak diperlihatkan dalam gambar. (Wikimedia).
Pernahkah Anda mendengar tentang Bussard Ramjet?
Bussard Ramjet adalah konsep propulsi wahana antariksa yang menggabungkan metode mesin ramjet dan fusi nuklir. Idenya adalah membuat pesawat antariksa yang memiliki ‘corong’ (scoop) raksasa di bagian depan untuk mengumpulkan hidrogen dari medium antar-bintang dan memampatkannya ke dalam reaktor fusi termonuklir, yang akan menghasilkan energi untuk mendorong pesawat. Konsep ini diusulkan oleh fisikawan Amerika bernama Robert W. Bussard pada tahun 1960.
Prinsip Kerja
Prinsip kerja Bussard Ramjet didasarkan pada cara kerja mesin ramjet yang digunakan oleh pesawat jet. Mesin ramjet bekerja dengan menyedot oksigen dari udara di depan pesawat, lalu memampatkan dan mencampurnya dengan bahan bakar pesawat, kemudian membakarnya untuk menghasilkan dorongan.
Karena tidak ada oksigen di luar angkasa, mesin Bussard Ramjet menyedot gas hidrogen yang melimpah di ruang antar-bintang. Hidrogen akan dimampatkan dan dipanaskan oleh medan listrik dan magnet sampai atom-atom hidrogen melebur menjadi atom helium, yang dalam prosesnya akan melepaskan energi dalam jumlah besar. Energi fusi inilah yang kemudian akan dikonversi menjadi daya dorong yang menggerakkan pesawat. Karena hidrogen merupakan unsur paling berlimpah di alam semesta, secara teori pesawat dengan Bussard Ramjet dapat bergerak selamanya.
Baca juga: Mengenal Layar Surya, Propulsi Wahana Antariksa Tanpa Bahan Bakar
Gambar: Diagram sederhana dari bagian-bagian pesawat Bussard Ramjet.
Pada mesin Bussard Ramjet, ‘corong’ di depan pesawat mengumpulkan dan menyalurkan hidrogen dari medan antar-bintang melalui suatu silinder panjang menuju ke reaktor fusi. Hidrogen lalu akan mengalami fusi termonuklir, dan hasil reaksinya akan dipancarkan dengan suhu dan kecepatan tinggi dari ujung silinder yang berlawanan dengan ‘corong’ pesawat. Semakin tinggi kecepatan pesawat, semakin besar laju pasokan hidrogen yang dikumpulkan, dan dengan demikian semakin besar pula percepatan yang mampu dicapai pesawat.
Baca juga: Von Neumann Probe, Wahana Antariksa yang Mampu 'Membelah Diri'
Pada awalnya, Bussard membuat sketsa rancangan mesin ramjetnya dengan scoop yang berupa ‘corong’ fisik, akan tetapi konsep seperti itu akan menghasilkan banyak hambatan yang akan mempersulit pesawat berakselerasi. Sehingga para ilmuwan mengusulkan penggunaan ‘corong’ virtual berupa medan magnetik dan elektrostatik untuk mengumpulkan atom hidrogen.
Gambar: Prinsip kerja Bussard Ramjet. (Wikimedia). [1]
Gambar di atas menjelaskan prinsip kerja Bussard Ramjet, secara singkat sebagai berikut:
- Medium antarbintang mengandung hidrogen;
- Hidrogen dikumpulkan dan dimampatkan oleh ‘corong’ pesawat;
- Hidrogen terkompresi dialirkan ke reaktor fusi;
- Fusi termonuklir menghasilkan energi;
- Energi dialirkan keluar melalui nosel pendorong;
- Jejak gas buangan pesawat.
Bussard menghitung bahwa jika pesawat antariksa seberat 1.000 ton mampu mempertahankan percepatan sebesar 1G (sebesar gaya gravitasi di Bumi, 9,8 m/s²), ia akan mencapai 77% kecepatan cahaya (±230.840 km/detik) hanya dalam waktu satu tahun.
Dengan kecepatan ini, secara teori pesawat akan mampu mencapai galaksi Andromeda (berjarak 2,5 juta tahun cahaya) hanya dalam waktu 23 tahun menurut awak pesawat (berdasarkan teori relativitas Einstein, waktu akan melambat pada benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya, sehingga penduduk Bumi akan tetap melihat pesawat bergerak selama 3,2 juta tahun sementara awak pesawat hanya akan menua sebanyak 23 tahun saja).
Tantangan dan Hambatan
Sebagaimana konsep perjalanan antar-bintang lain, Ramjet Bussard juga menghadapi banyak tantangan besar yang sukar dipecahkan. Beberapa sangat pelik sampai-sampai para ilmuwan ragu apakah kita akan mampu menemukan solusinya atau tidak. Beberapa diantaranya adalah:
1. Hidrogen yang telah dikumpulkan harus dilebur dengan cepat. Jika tidak, hidrogen yang terkompresi malah akan menciptakan hambatan yang memperlambat laju pesawat. Proses fusi berkelanjutan seperti itu membutuhkan reaktor khusus yang mampu beroperasi cukup lama pada tekanan dan suhu yang tinggi untuk memungkinkan terjadinya fusi, sementara hidrogen yang terkumpul terus mengalir melalui ruang.
2. Reaksi fusi hidrogen di Bumi menggunakan atom hidrogen berat seperti deuterium (hidrogen-2) atau tritium (hidrogen-3). Sementara atom hidrogen yang tersedia di ruang antar-bintang adalah protium (hidrogen-1) yang tidak memiliki neutron di intinya. Hal ini berarti reaksi fusi utama dari Bussard Ramjet adalah fusi proton-proton. Reaksi ini terhalang oleh gaya tolak-menolak antara proton-proton yang bermuatan sama. Dengan demikian tekanan dan suhu di dalam reaktor fusi harus sangat tinggi untuk mengatasi tolakan timbal balik tersebut.
Dan masih banyak masalah-masalah lain yang berkaitan dengan hambatan kompresi proton, percepatan maksimum yang dapat dicapai pesawat, juga terkait kepadatan hidrogen di tata surya yang lebih rendah. Hal-hal tersebut membuat kebanyakan ilmuwan skeptis terhadap penelitian lanjutan dan pengembangan metode ini di masa depan.
Baca juga: Fermi Paradox: Apakah Alien Benar-Benar Ada?
Demikian penjelasan singkat mengenai mesin fusi ramjet. Untuk sementara, sampai kita memiliki pemahaman yang lebih baik tentang proses fusi dan hambatan ion di luar angkasa, masa depan Bussard Ramjet masih belum dapat ditentukan. Jika para ilmuwan mampu menemukan solusi dari masalah-masalah teknis ini, konsep Bussard Ramjet pasti akan berkembang maju lebih pesat dan dapat direalisasikan di masa depan.
Semoga bermanfaat!
[1]: Martin Jediny, Bussard ramjet, CC BY-SA 4.0
Sumber: Projectrho, Physics of the Future by Michio Kaku.
