Berbagi pengetahuan, dari mana saja, dari siapa saja, untuk semua

Laser Menuntunku ke Bulan!

Teman-teman mungkin pernah menonton film layar lebar “Despicable Me” yang tokoh utamanya ialah Dr. Gru dengan sederet pasukannya yang disebut minions. Kalau pernah, kita tahu bahwa pada misi perdananya Dr. Gru ingin pergi ke luar angkasa dan mencuri bulan dengan teknologi sinar pengecil (shrinking ray). Mengapa ia harus mencuri bulan apabila ia dapat terbang ke bulan? Oh, mungkin roketnya belum dapat terbang mencapai bulan. Baiklah, lalu bagaimana kita bisa pergi ke bulan?

Sekarang kita lihat film “Star Wars”. Ada teknologi yang menarik di sana yang dapat membawa kita ke bulan, tractor beam. Tractor beam ini memanfaatkan sinar laser untuk mengangkatnya ke udara dan terbang ke luar angkasa. Dalam artikel ini, kita akan bahas upaya para ilmuwan untuk merealisasikan pesawat tractor beam ke dunia nyata.

Dr. Gru dari film “Descpicable Me” (gambar kiri) dan tractor beam dari film “Star Wars” (gambar  kanan). Sumber gambar: http://despicableme.wikia.com/  dan http://www.nerdlikeyou.com/

Dr. Gru dari film “Descpicable Me” (gambar kiri) dan tractor beam dari film “Star Wars” (gambar  kanan). Sumber gambar: http://despicableme.wikia.com/  dan http://www.nerdlikeyou.com/

Pertama-tama, kita perlu tahu dulu konsep cahaya. Cahaya merupakan energi yang berasal dari proses perpindahan elektron dari tingkat energi yang lebih tinggi (tereksitasi) ke tingkat energi yang lebih rendah (keadaan awal). Cahaya ini memiliki panjang gelombang dan frekuensi yang berbeda-beda, sehingga sinarnya berenergi rendah.

Selanjutnya, pada rubrik fisika majalah 1000guru Mei 2011 dan rubrik teknologi Maret 2013, telah dibahas seputar apa itu LASER. Singkatnya, LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) adalah cahaya yang memiliki karakteristik: (1) monokromatik, satu panjang gelombang yang spesifik; (2) koheren, satu frekuensi yang sama; dan (3) terkonsentrasi menuju satu arah yang sama sehingga energinya menjadi sangat kuat.

Pada dua artikel 1000guru yang disebutkan di atas, telah dijelaskan bagaimana terbentuknya sinar laser, yang tidak lain menyerupai reaksi berantai yang berasal dari pantulan cahaya pada permukaan cermin dan menyinari elektron-elektron di sekitarnya dan menyebabkan elektron-elektron itu tereksitasi. Kemudian elektron-elektron ini juga mengemisikan cahaya untuk kembali ke keadaan normalnya. Energi yang dihasilkan dari proses ini jauh lebih tinggi dari energi cahaya normal, inilah sinar laser.

Energi dari sinar laser ini dapat digunakan untuk mengirimkan pesawat masa depan ke luar angkasa persis seperti tractor beam. Sinar laser dipancarkan ke bagian bawah pesawat yang memiliki cermin parabola yang berfungsi untuk menerima dan memfokuskan sinar laser. Sinar laser yang terfokus ini kemudian memanaskan udara di sekitarnya hingga meledak sehingga energi dari ledakan ini mendorong pesawat untuk terbang hingga ke bulan.

Sesaat sebelum lepas landas, pesawat yang berbentuk corong ini diputar dengan menggunakan compressed air (udara terkompresi) hingga 10000 rpm. Hal ini dilakukan untuk menstabilkan pesawat secara gyroscope (seperti prinsip putaran gasing) dan memudahkan pesawat untuk terangkat ke angkasa. Pada pesawat super ringan ini, sinar laser kemudian diarahkan dan diaktifkan.

Percobaan pertama dilakukan dengan pesawat mini berbahan dasar aluminium dengan diameter 12,2 cm dan sinar laser yang dihasilkan oleh karbon dioksida dengan daya 10 kW dan frekuensi 25 Hz. Energi dari sinar laser yang difokuskan oleh cermin parabola ini kemudian memanaskan udara yang berada di ruangan absorpsi di bagian bawah pesawat.

Udara yang terdapat di dalam ruang absorpsi merupakan udara di sekitar pesawat yang diarahkan masuk sehingga dapat dipanaskan hingga 10.000 – 30.000oC. Suhu ini jauh lebih tinggi daripada suhu di permukaan matahari sehingga udara mengalami ekspansi dan terkonversi menjadi plasma. Plasma super panas ini kemudian meledak dan mendorong pesawat pada kecepatan tinggi.

Prinsip gyroscope. Gambar dari: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/

Prinsip gyroscope. Gambar dari: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/

Saat uji coba pada bulan Oktober 2000, pesawat mini yang memiliki massa 50 gram berhasil mencapai ketinggian maksimum 71 m. Untuk mengirimkan pesawat luar angkasa yang massanya 1 kg hingga ketinggian tertentu, dibutuhkan sinar laser dengan kekuatan sekitar 1 MW. Untuk mengirimkan pesawat menuju orbit yang jauh lebih tinggi lagi dibutuhkan daya laser yang lebih kuat lagi sekitar 1 GW. Oleh karena itu, teknologi sinar laser merupakan kunci utama pengembangan teknologi lightcraft ini.

Pesawat juga perlu dilengkapi dengan cadangan hidrogen untuk digunakan saat melewati lapisan atmosfer yang kandungan udaranya sangat sedikit atau saat mencapai kecepatan 5,5 kali kecepatan suara. Pesawat ini tidak perlu membawa sumber sinar laser selama meluncur ke luar angkasa sehingga tidak menambah beban yang harus dibawa pesawat. Dengan demikian, pesawat ini menjadi sangat ringan dan dapat ‘dilemparkan’ oleh sinar laser ke luar angkasa dengan sangat mudah. Selain ringan dan cepat, pesawat futuristik ini juga sangat ramah lingkungan karena sama sekali tidak menghasilkan polusi.

Rancangan lainnya melibatkan sebuah stasiun penghasil sinar laser yang ‘ditempatkan’ atau ‘mengorbit’ di luar angkasa, yang merupakan variasi lain dari teknologi yang memanfaatkan cahaya untuk misi luar angkasa ini. Kali ini sumber sinar laser dari stasiun di luar angkasa digunakan untuk menarik pesawat ke luar angkasa. Stasiun luar angkasa ini memiliki diameter hingga 1 km dan mampu menghasilkan daya hingga 20 GW.

Cahaya yang digunakan untuk menghasilkan energi ialah cahaya matahari yang ditangkap oleh stasiun luar angkasa tadi. Di stasiun luar angkasa, cahaya matahari yang berhasil ditangkap kemudian dikonversi menjadi gelombang mikro (microwave) yang nantinya dikirimkan ke pesawat yang berada di bumi. Pesawat ini memiliki ribuan rectenna (rectifying antenna) yang berjajar di permukaan atas pesawat dan berfungsi untuk menangkap gelombang mikro tersebut dan mengubahnya menjadi energi listrik – inilah prinsip kerja tractor beam!

Pesawat yang ditarik dari angkasa ini memiliki diameter yang jauh lebih besar dari pesawat yang menggunakan sinar laser untuk mendorongnya terbang. Hal ini disebabkan oleh banyaknya rectenna yang diperlukan untuk untuk menerima gelombang mikro yang dikirimkan oleh stasiun luar angkasa tadi. Oleh karena itu, bentuk pesawat ini menyerupai piring terbang (flying saucer) atau microwave lightcraft atau lebih dikenal sebagai UFO (Unidentified Flying Object).

Imajinasi piring terbang. Sumber gambar: http://www.telegraph.co.uk/

Imajinasi piring terbang. Sumber gambar: http://www.telegraph.co.uk/

Saat hendak lepas landas, listrik yang dihasilkan dari konversi gelombang mikro digunakan untuk mengionisasi udara sehingga pesawat bisa terangkat. Pesawat UFO ini dilengkapi dengan dua magnet berkekuatan super dengan kecepatan maksimumnya bisa mencapai 50 kali kecepatan suara. Pada kecepatan hipersonik ini sebagian energi gelombang mikro yang berhasil ditangkap oleh rectenna digunakan juga untuk mempercepat partikel-partikel udara yang mengalir di sepanjang pesawat (slip stream).

Dengan mempercepat slip stream, pesawat ini dapat terbang pada kecepatan hipersonik tanpa menghasilkan ledakan sonik (sonic boom). Pesawat futuristik yang canggih ini secara teoretis dapat meluncur ke bulan dengan bantuan sinar laser. Mudah-mudahan saja bisa direalisasikan dalam waktu dekat.

Bahan bacaan

 Penulis:

Fran Kurnia, mahasiswa S3 di University of New South Wales (UNSW), Sydney, Australia.

Kontak: fran.kurnia(at)yahoo(dot)com