Teknologi Antik yang Menjaga Misi Luar Angkasa Tetap Hidup

Beberapa misi luar angkasa paling terkenal, termasuk dua satelit Voyager, telah menjelajahi Tata Surya selama beberapa dekade. Namun, teknologi yang membantu mereka tetap 'hidup' bukanlah sesuatu yang kompleks dan maju, seperti yang Anda bayangkan.

4 Juni 1996, bandar luar angkasa Eropa, Guyana Prancis…

Dibutuhkan waktu lebih dari 10 tahun untuk merancang dan membangun empat pesawat luar angkasa, Cluster identik di Eropa, dan hanya membutuhkan 39 detik untuk melihat mereka semua hancur dalam bola api yang sangat besar.

Sisa-sisa satelit mereka menghujani hutan Amerika Selatan saat roket Ariane 5 keluar jalur dan meledak.

Para tamu penting yang baru saja menyesap sampanye di galeri pengamatan luar ruangan diantar kembali ke dalam untuk menghindari cedera akibat puing-puing yang berjatuhan.

Bencana itu merupakan salah satu kegagalan Badan Antariksa Eropa (Esa) yang paling nyata dan spektakuler. Namun dalam beberapa bulan, pekerjaan telah kembali dimulai pada misi pengganti, Cluster II.

Dirancang untuk terbang dalam formasi, guna menyelidiki interaksi antara partikel bermuatan dari Matahari – angin matahari – dan gelembung magnet yang mengelilingi bumi, yang dikenal sebagai magnetosfer, Cluster II adalah salah satu misi sains paling sukses dan bertahan lama yang pernah dilakukan.

Kini, satelit-satelit tersebut (bernama Rumba, Salsa, Samba dan Tango) baru saja merayakan 23 tahun mengorbit di luar angkasa.

“Padahal, misi ini hanya dirancang untuk bertahan selama tiga tahun,” kata manajer operasi misi Cluster di Pusat Operasi Luar Angkasa Eropa (Esoc) di Darmstadt, Jerman, Bruno Sousa.

“Namun, ada sekelompok ilmuwan yang sangat antusias mengerjakan misi ini – beberapa dari mereka menunggu hingga misi tersebut berakhir sehingga dapat menikmati masa pensiun."

Voyager 2, lepas landas pada 20 Agustus 1977. Sebuah misi ke planet luar..

Cluster adalah satu dari banyak misi yang masih berjalan hingga saat ini berkat keterampilan dan kecerdikan tim teknik dan sains di belakang satelit itu, dari memecahkan masalah seperti gangguan, malfungsi, hingga kegagalan yang hampir membawa bencana.

Tantangan menjaga pesawat ruang angkasa tetap bertahan melebihi prediksi masa “terbaik mereka” menjadi sorotan baru-baru ini ketika pengontrol kehilangan kontak sebentar dengan Voyager 2.

Diluncurkan hampir 46 tahun yang lalu pada tahun 1977, pesawat antariksa kembar Voyager terus mengirimkan kembali data dari luar Tata Surya.

Saya menanyakan kepada NASA, yang meyakinkan saya bahwa pesawat ruang angkasa tersebut masih dikendalikan dari bilik berwarna krem yang sama di paviliun Jet Propulsion Laboratory (JPL) yang saya kunjungi pada tahun 2017 lalu, ditandai dengan papan karton buatan sendiri yang bertuliskan:

"Perangkat keras kritis misi – TOLONG JANGAN SENTUH".

Pengaturan ini sudah tidak asing lagi bagi para pengontrol misi Cluster, yang harus berjuang dengan perangkat lunak kendali abad ke-20 yang dibangun di atas sistem operasi yang sudah ketinggalan zaman.

“Kami telah mengembangkan pengaturan yang rumit di mana kami memiliki server Linux modern yang menjalankan lingkungan virtual dengan emulator dari sistem operasi lama,” kata Sousa. “Orang yang menjalankan perangkat lunak adalah bagian dari tim asli, dia akan pensiun ketika misinya selesai.”

Tenaga juga menjadi masalah. Satelit-satelit Cluster dilengkapi dengan susunan tenaga surya untuk menghasilkan listrik, namun dua kali setahun, mereka masuk ke dalam bayangan bumi dan membutuhkan baterai untuk bertahan hidup.

“Baterainya hanya dirancang untuk bertahan lima tahun dan setelah enam tahun kami mulai kehilangan kapasitasnya,” kata Sousa. "Kemudian kami mengalami retakan dan akhirnya bocor dan semuanya tidak dapat digunakan lagi."

Solusinya adalah dengan mematikan satelit saat mendekati gerhana dan kemudian mengirimkan sinyal untuk melakukan boot ulang secara otomatis. Ini seperti mengembalikan Cluster ke setelan pabrik dua kali setahun.

Faktanya, ketika menyangkut perawatan pesawat luar angkasa, produsen sering kali diminta untuk turun tangan.

Satelit Cluster diluncurkan lebih dari 20 tahun lalu dan masih beroperasi.

Ambil contoh teleskop luar angkasa XMM-Newton sepanjang 10 meter milik Esa.

Dibangun oleh Airbus dan dirancang untuk menyelidiki emisi sinar-X dari galaksi jauh, selama 24 tahun teleskop raksasa ini telah mengamati lubang hitam, menyaksikan kelahiran dan kematian bintang, dan telah membantu mengubah pemahaman kita tentang alam semesta yang tak kasat mata.

Namun 10 tahun menjalankan misinya, ia mulai menunjukkan usianya.

Seperti banyak satelit lainnya, XMM-Newton memiliki pendorong untuk bermanuver dan menggunakan roda reaksi agar tetap stabil.

Ditenagai oleh susunan surya, roda-roda ini berputar dengan cepat untuk menciptakan gaya yang menyebabkan pengorbit berputar ke arah yang berlawanan.

Teleskop ini dirancang untuk beroperasi dengan tiga roda, dengan roda keempat sebagai cadangan. Namun, seperti perangkat keras komputer yang terus berjuang, setelah satu dekade, komponen-komponen yang bergerak ini menjadi rusak.

Daripada menunggu sampai roda reaksi berhenti sepenuhnya, pengendali misi mempunyai ide untuk mengaktifkan roda keempat tetapi menjalankan semua roda dengan kecepatan lebih lambat.

“Kami merancang algoritma dan perangkat lunak secara rinci dan mengunggahnya ke pesawat ruang angkasa pada tahun 2013,” jelas insinyur Airbus yang berbasis di Inggris, Patrick Chapman, yang telah mengerjakan XMM-Newton sejak tahun 1995. “Ini masih sehat dan kami bahkan menghemat bahan bakar. "

Mengembangkan cara-cara perbaikan mampu menyelamatkan teleskop selama beberapa bulan, namun terkadang waktu bukanlah suatu pilihan.

Pada pukul 10.30 waktu setempat, 22 September 2021, alarm berbunyi di ruang kendali misi Integral Esa di Esoc.

Roda reaksi telah berhenti bekerja di observatorium sinar gamma yang berusia 19 tahun, membuat satelit tersandung ke mode aman, tetapi, yang lebih buruk, membuatnya berputar perlahan di luar kendali.

“Kami mendapat banyak alarm berbunyi dan daya di satelit hanya tersisa tiga jam,” kata manajer operasi misi Richard Southworth.

“Kami kehabisan daya karena ia berputar menjauhi Matahari,” tambah insinyur pengoperasian pesawat ruang angkasa Greta De Marco.

Southworth mengatakan dalam beberapa hal mereka beruntung. “Saat itu pagi hari, kami semua sedang bekerja dan, secara kebetulan, saya melakukan panggilan Zoom dengan sekitar 100 insinyur Airbus sehingga saya dapat berbagi anomali tersebut dengan mereka.”

Tim perlu mengulur waktu untuk mencari tahu bagaimana cara mengatur satelit ke mana arahnya, kata De Marco. “Kami mengambil keputusan untuk mematikan instrumen.”

“Baterainya hampir habis dan saya tahu bahwa kami harus memutarnya sekali lagi, cukup itu saja,” kata Southworth. “Pada saat itu saya agak pesimis.”

Akhirnya, meskipun komunikasi terputus-putus akibat perputaran, tim berhasil menyesuaikan kecepatan roda reaksi lainnya.

“Itulah momen ketika saya berpikir, ini harus berhasil atau kita akan tamat,” kata Southworth.

“Setelah berjam-jam, dan banyak orang yang terlibat dalam pertarungan tersebut,” kata De Marco, “kami berhasil mengendalikan satelit tersebut kembali.

Sejak itu, Integral telah beroperasi dengan baik. Namun bagaimana jika terjadi kesalahan ketika pesawat ruang angkasa tua Anda sedang mengelilingi dunia yang jauhnya 150 juta km?

Diluncurkan pada tahun 2003, Mars Express milik Esa dirancang untuk mengorbit Mars selama dua tahun. Setelah hampir 20 tahun, misi tersebut telah menyelidiki atmosfer dan menghasilkan citra permukaan Mars yang menakjubkan, serta bertindak sebagai penyiaran untuk serangkaian penjelajah NASA.

Seperti rekan-rekan mereka, pengontrol juga harus menghadapi sistem komputer yang sudah tua.

Misalnya, ketika terjadi kesalahan pada komputer di dalamnya, para insinyur menemukan cara baru untuk memuat perintah ke dalam memori RAM 2MB pesawat ruang angkasa.

Mereka juga menemukan bahwa perangkat lunak asli untuk bagian sistem navigasi pesawat berjalan pada PC Windows 98 sehingga tidak ada yang dapat menemukan kata sandinya dan akhirnya menggunakan pemotong baut untuk mengekstrak perangkat keras.

Namun tantangan terbesar datang lima tahun lalu dan, sekali lagi, kegagalan mekaniklah yang mengancam misi ini akan berakhir sebelum waktunya.

Misi luar angkasa Voyager didukung oleh teknologi yang kini menjadi artefak di museum.

Mars Express dilengkapi dengan enam giroskop untuk mengukur rotasi. Bersama dengan dua kamera – yang dikenal sebagai pelacak bintang – ini memungkinkan pesawat ruang angkasa menentukan orientasinya di luar angkasa. Namun pada tahun 2017, terlihat jelas bahwa gyro telah gagal.

“Kami mengadakan pertemuan besar ini untuk membahas keadaan pesawat ruang angkasa dan disimpulkan bahwa pesawat ruang angkasa tersebut hanya tersisa dua tahun lagi untuk dapat bertahan hidup,” kata insinyur pengoperasian pesawat ruang angkasa, Simon Wood.

"Itu adalah pertemuan yang cukup menyedihkan."

Untungnya, pesawat luar angkasa tersebut dibuat dengan desain standar yang juga digunakan untuk misi lain termasuk penjelajah komet, Rosetta. Meskipun Mars Express tidak pernah dirancang untuk beroperasi tanpa gyro-nya, perangkat lunak Rosetta mengizinkan gyro-nya dimatikan.

Jadi, bisakah mereka meretas kode yang dirancang lebih dari 20 tahun lalu untuk Rosetta dan membuatnya berfungsi ke Mars Express?

“Sebagian besar kolega kami mengira kami gila karena gagasan bahwa Anda akan mendalami kode sumber perangkat lunak yang ada di dalamnya hampir tidak pernah terdengar,” kata Wood. "Tapi kami terjebak dalam hal itu."

Pada tahun 2018, mereka bersiap untuk mengunggah perangkat lunak dan melakukan boot ulang pesawat luar angkasa. “Pesawat luar angkasa ini belum dihidupkan kembali dari suhu dingin selama 12 tahun, jadi hal ini bukannya tanpa risiko,” kata Wood. “Ini bekerja lebih baik dari yang kami harapkan dan kami sekarang memiliki perpanjangan misi hingga tahun 2028.”

Namun misi lain di orbit Mars berlangsung lebih lama. Dengan 95.000 orbit, Odyssey NASA adalah pesawat ruang angkasa tertua yang beroperasi di luar angkasa yang mengelilingi planet lain.

“Saya merasa sangat beruntung memiliki robot tangguh di Mars,” kata ilmuwan proyek misi Jeffrey Plaut, yang menyebut fase saat ini sebagai “zaman keemasan” eksplorasi Mars.

“Misi ini diperkirakan hanya akan bertahan beberapa tahun saja dan hal ini sangat memuaskan karena memungkinkan kita mengembangkan ilmu pengetahuan yang tidak pernah kita duga, khususnya pemantauan jangka panjang terhadap cuaca dan iklim di Mars… sungguh luar biasa.”

Plaut telah mengerjakan Odyssey sejak tiba di orbit Mars pada tahun 2001, namun tim operasi saat ini, yang berbasis di JPL di Pasadena, baru menjalankan misi tersebut selama 18 bulan karena tim sebelumnya pensiun dan meneruskan tongkat estafet, selama beberapa dekade kebijaksanaan.

Misi Mars Express diperluas berkat pengendali Esa yang meretas kode sumbernya.

Manajer misi Jared Call bertanggung jawab menjaga pesawat luar angkasa untuk tetap berjalan selama mungkin. Idealnya lebih lama dari saingan mereka Esa dan, agar adil, menjadi mitra. “Saya tidak mengetahui adanya kontes [dengan Mars Express], namun jika kami ikut serta, saya berharap untuk menang,” Call tertawa.

Namun pada akhirnya, kedua pengorbit Mars akan kehabisan bahan bakar. “Pesawat luar angkasa itu tidak memiliki alat pengukur bahan bakar,” kata Call. "Keterampilan yang terlibat dalam memperkirakan bahan bakar mungkin terdiri dari tiga bagian seni, dua bagian matematika, dan satu bagian teknik dan fisika."

Namun seberapa banyak keterampilan yang digunakan oleh pengontrol misi, semua misi ini pada akhirnya akan berakhir.

Kecuali mungkin satu. Dengan pesan-pesan mereka dari Bumi pada piringan emas yang diikatkan di sisinya, pesawat ruang angkasa kembar Voyager akan melanjutkan perjalanan mereka selama jutaan tahun – warisan kita ke Alam Semesta lama setelah kita tiada.

-

Versi bahasa Inggris dari artikel berjudul The ancient technology keeping space missions alive dapat Anda simak di BBC Future.