Tidak hanya di bumi, sampah pun turut bertebaran di luar angkasa. Sampah yang jarang didengar ini disebut sebagai sampah antariksa. Jika sampah di bumi bisa dibuang ke tanah, air, dan udara, bagaimana cara membuang sampah antariksa?
Gambar 1. Ilustrasi Sampah Antariksa
Sampah antariksa telah terbentuk sejak bertahun-tahun yang lalu sehingga kini sampah bertebaran di orbit bumi. Pada tahun 1957, roket mulai meluncurkan satelit ke luar angkasa, tepatnya di orbit bumi. Peluncuran tersebut menandakan kemajuan teknologi luar angkasa sehingga semakin banyak satelit yang diletakkan di orbit bumi. Satelit dirancang dengan bahan bakar penuh dan komponennya mampu menahan radiasi keras selama 15 tahun sehingga umumnya satelit beroperasi selama 10-15 tahun[1]. Meskipun terdapat banyak objek di orbit bumi, tidak menutup kemungkinan terjadinya peristiwa pada benda-benda didalamnya. Kebanyakan satelit menjadi sampah antariksa karena antar komponan satelit terpisah, sedangkan beberapa diantaranya meledak dan menabrak satelit atau serpihan benda-benda lainnya[2] sehingga menyisakan pecahan berukuran tertentu. Tabrakan antara satelit dengan sampah berukuran 1 mm mampu merusak subsistem sebuah satelit, 1 cm akan membuat satelit menjadi tidak aktif dan menembus pelindung International Space Station (ISS) karena gaya energi tabrakan setara dengan ledakan sebuah granat tangan[3], dan 10 cm akan menimbulkan bencana pemecahan besar bagi satelit biasa menjadi kepingan benda berukuran tertentu[2]. Berdasarkan estimasi dari model statistik di dalam orbit untuk menentukan jumlah sampah antariksa, jumlah sampah tersebut menurut kelompok ukuran yaitu:
Tabel 1. Jumlah sampah antariksa berdasarkan kelompok ukuran
| Ukuran | Jumlah sampah angkasa |
| > 10 cm | 29.000 |
| 1 – 10 cm | 750.000 |
| 1 mm – 1 cm |
166.000.000 |
(Sumber: https://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Space_Debris/Space_debris_by_the_numbers)
Sampah satelit tidak terlihat dalam perekaman satelit atau stasiun luar angkasa terhadap fenomena kenampakan permukaan bumi. Hal tersebut disebabkan oleh ukuran bumi yang jauh lebih besar terlihat dibandingkan satelit dan stasiun yang beredar di orbit bumi[4]. Jay Herman, kepala ilmuwan EPIC DSCOVER (salah satu satelit yang merekam fenomena kenampakan permukaan bumi), menyatakan bahwa International Space Stasion (ISS), objek buatan manusia terbesar di orbit bumi (357 kaki atau 109 meter), tidak akan terekam oleh kamera EPIC yang berjarak 1 juta mil dari bumi dan mampu mengambil gambar terkecil selebar 6-10 km karena ukuran bumi yang sangat besar. Keberadaan satelit di orbit bumi diketahui dari United States Space Surveillance Network melalui penggunaan radar dan teknologi lainnya untuk melacak, menghubungkan, dan mencatat satelit.
Sampah di luar angkasa harus dibuang agar populasi sampah semakin stabil untuk bergerak di dalam orbit. Satelit dapat ditempatkan di orbit rendah bumi (Low Earth Orbit/LEO) atau orbit geo-sinkron bumi (Geo-Synchronous Earth Orbit/GEO). Mayoritas satelit diletakkan di LEO[5]. Pada ketinggain tertentu sampah satelit dapat dibuang dengan mekanisme pembersihan alami, seperti hambatan udara dan gaya tarik gravitasi lunisolar[6]. Karena ketinggian sampah satelit berbeda-beda, tidak semua satelit dapat dibersihkan dengan mekanisme tersebut dalam waktu singkat. Agar antar sampah atau satelit yang masih aktif, khususnya sampah di dalam LEO, tidak saling bertabrakan, dibutuhkan alat penangkap sampah untuk memperluas pergerakan satelit yang masih aktif.
Gambar 2. Low Earth Orbit (LEO)
(Sumber: https://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/photo-gallery.html )
Gambar 3. Geo-Synchronous Earth Orbit (GEO)
(Sumber: https://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/photo-gallery.html )
Berbagai upaya ditempuh untuk membuang sampah yang “tidak biasa” ini. Usaha untuk membuang sampah antariksa hingga kini masih dalam tahap eksperimental[7]. Umumnya sampah antariksa ditangkap dengan berbagai metode yang tergabung dalam dua jenis utama, yakni metode penangkapan langsung (contact) dan tidak langsung (contactless)[8]. Metode penangkapan langsung merupakan metode yang paling umum digunakan untuk menangkap sampah antariksa, seperti penangkapan dengan tentakel, lengan robot, jaring, lasso, piarit, tambang elektrodinamik, satelit laser, dan lain-lain. Metode penangkapan tidak langsung dijalankan melalui penggunaan sinar laser dari permukaan bumi dan magnet. Penangkapan sampah antariksa dapat disebut sebagai penangkapan langsung jika alat penangkap mengambil sampah antariksa secara langsung di luar angkasa, sedangkan hal sebaliknya berlaku bagi penangkapan tidak langsung.
Sebelum mengetahui alat pembuang sampah antariksa, perlu diketahui bahwa terdapat manipulator angkasa yang berperan dalam berbagai aktivitas di luar angkasa, salah satunya kegiatan membuang sampah antariksa. Manipulator angkasa mayoritas diperankan oleh robot luar angkasa. Astronot kurang dipertimbangkan untuk menjadi manipulator angkasa dibandingkan robot karena lebih riskan dan mahal. Manipulator angkasa berperan besar dalam tugas layanan pada orbit (On-Orbit Service/OOS). Kegiatan ini meliputi jangkauan ke bagian dalam sistem, perawatan alat (preventif dan korektif), penambahan konsumsi, pembaharuan, perbaikan, dan penangkapan serta pembuangan sampah antariksa. Manipulator angkasa menguntungkan dari segi pengumpulan satelit, transfer orbit, perawatan dan perbaikan, pemasokan ulang hingga keamanan proses deorbit (keluar dari orbit [9]). Robot-robot yang pertama kali menjadi manipulator angkasa adalah Robot Technology Exploration (ROTEX) milik Jerman tahun 1993 dan Engineering Test Satellite VII (ETS-VII) oleh National Space Development Agency (NASDA) Jepang tahun 1997[10].
Manipulator angkasa umumnya menggunakan komposit kaku. Bahan yang kaku memudahkan proses uji coba di permukaan bumi sebelum diluncurkan dan TRL tinggi, namun kemungkinan tabrakan pun besar karena keterbatasan panjang maksimal lengan dan titik pengambilan sampah harus tepat selama robot dan sampah antariksa bertemu dan sampah diambil.
Sampah luar angkasa dapat dibuang dengan berbagai alat penangkap, diantaranya adalah:
Tentakel
Sampah diambil dari tentakel yang terdiri dari berbagai macam komponen. Komponen tentakel diantaranya adalah engsel, siku, aktuator, tabung, bom, dan pegas daun[11]. Sampah ditangkap oleh tentakel, sedangkan penjepitan dan pramuat sampah dilakukan oleh aktuator. Aktuator adalah alat pengendali atau penggerak[12] benda-benda tertentu. Tentakel akan dilipat saat peluncuran. Penggunaan tentakel menguntungkan karena bahannya kaku, mudah dicoba di permukaan bumi, dan level kesiapan teknologi (Technology Readiness Level/TRL) lebih tinggi. Contoh alat penangkap sampah antariksa berbentuk tentakel adalah MEDUSA[13] dari Louis Wei Yu Feng, mahasiswa University of Cape Town, Afrika Selatan. Tentakel terbuat dari nitinol, bahan yang dapat berubah berkali-kali dari bentuk lunak menjadi padat. Karena nitinol dapat digunakan berulang kali, penggunaan nitinol lebih menguntungkan dibandingkan piarit atau net yang hanya dapat digunakan satu kali. Contoh lainnya ialah CADET dan TAKO[10].
Lengan Robot
Lengan robot mampu menangkap sampah antariksa yang “tidak kooperatif”[14]. Sampah antariksa tidak mudah ditangkap karena sampah memiliki ukuran dan kecepatan bergerak di dalam orbit yang berbeda-beda sehingga kemampuan penangkapan sampah pun beragam. Lengan robot diciptakan untuk mengatasi permasalahan tersebut. Setelah lengan robot mengambil sampah antariksa, sampah akan mengalami deorbit untuk diarahkan ke atmosfer sehingga sampah dapat terbakar habis[12]. Lengan robot diaplikasikan pada beberapa robot penangkap sampah antariksa, salah satunya ialah e.Deorbit milik ESA dan NASA yang dikombinasikan dengan jaring.
Gambar 4. e.Deorbit (kiri), alat penangkap sampah antariksa yang memadukan lengan robot dan jaring untuk menangkap sampah
(Sumber: http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2016/12/e.Deorbit_will_be_the_first-ever_active_debris_removal_mission3)
Jaring
Salah satu jenis alat penangkap sampah antariksa ini belakangan marak dibicarakan di Eropa. Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) dan Surrey Space Center, salah satu lembaga di University of Surrey, Inggris, mengetes kemampuan RemoveDEBRIS yang menangkap sampah antariksa dengan jaring pada 16 September 2018[15]. Jaring ditebarkan untuk menangkap sampah antariksa. Jaring dilengkapi dengan layar penarik untuk memperlambat pergerakan sampah dan membuat sampah terjatuh ke bumi dengan lebih cepat. Pengunaan jaring lebih menguntungkan dari segi biaya.
Gambar 5. Skenario RemoveDEBRIS pada penangkapan sampah antariksa dengan jaring
(Sumber: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/r/removedebris)
Piarit
Piarit (harpoon) berbentuk seperti tombak. Piarit berperan untuk menombak sampah antariksa. Alat ini merupakan salah satu bagian dari RemoveDEBRIS[15]. Tidak hanya menangkap dengan jaring, RemoveDEBRIS pun menangkap sampah dengan piarit. Piarit tidak memakan banyak biaya sehingga menguntungkan dari segi biaya. Layaknya jaring, penggunaan piarit pun menghemat biaya operasional.
Gambar 6. Skenario RemoveDEBRIS pada penangkapan sampah antariksa dengan piarit
(Sumber: https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/r/removedebris)
Tambatan elektrodinamik
Tambatan elektrodinamik (Electro-dynamic Tether/EDT) menghasilkan hambatan magnetik (magnetic drag). Hambatan magnetik lebih besar daripada hambatan udara, sehingga sebuah sampah antariksa besar dapat diambil dalam waktu satu tahun. Tambatan elektrodinamik diharapkan mampu membuang roket, salah satu jenis sampah antariksa yang terhitung berjumlah 18% dari seluruh objek yang terdeteksi di LEO karena roket berbentuk lebih halus dan teratur daripada bentuk satelit. Alat ini pun tidak memerlukan sumber daya tambahan karena tambatan kondutif menghasilkan dorongan saat tambatan konduktif bergesekan dengan bidang elektromagnetik bumi[13]. EDT mampu melakukan transfer orbit dengan tingkat efisiensi tinggi untuk deorbit. Lembaga yang menggunakan alat ini diantaranya ialah Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) dengan alat yang bernama Space Debris Micro Remover (SDMR) tahun 2009[10].
Gambar 7. Space Debris Micro Remover (SDMR) (bawah)
(Sumber: https://conference.sdo.esoc.esa.int/proceedings/sdc5/paper/87/SDC5-paper87.pdf)
Magnet
Sampah antariksa dicanangkan untuk ditangkap dengan magnet. Magnet akan mendorong sampah ke atmosfer bumi, kemudian sampah akan dibakar habis di atmosfer seiring sampah bergerak menuju permukaan bumi. End-of-Life Service by Astroscale (ELSA) yang dikembangkan dan dibiayai oleh Singapura dan Jepang akan dilengkapi dengan kamera dan sensor untuk mengamati dan mendeteksi sampah antariksa. ELSA akan didemonstrasikan pada Oktober 2019[3].
Laser
Mayoritas alat ini dikembangkan di Amerika, Eropa, dan Rusia. Rancangan laser yang ditembakkan dari permukaan bumi lebih banyak dibandingkan penembakan laser secara langsung di luar angkasa. Umumnya laser ditembakkan dari permukaan bumi karena laser mampu menjangkau jarak hingga satuan kilometer sehingga laser lebih mudah dikontrol oleh manusia, namun panjangnya jarak yang akan dijangkau menyebabkan alat harus melalui perantara alat lain agar sinar laser dapat fokus terhadap partikel yang berukuran 1-10 cm, misalnya dengan cermin pengatur sinar berukuran besar. Akurasi pengemudian pun harus sangat tinggi. Tidak hanya itu, stasiun harus dibangun di beberapa lokasi di penjuru dunia agar waktu eliminasi akhir dapat disingkat karena sinar laser harus kembali melewati stasiun untuk melanjutkan proses pemusnahan sebuah sampah. Karena itulah sistem ini hanya dapat diaplikasikan sebagai langkah pencegahan tabrakan, bukan melawan ancaman tabrakan secara langsung[16]. Meskipun demikian, laser yang ditembakkan dari permukaan bumi berbiaya rendah dan menggunakan cara yang tidak merusak[17]. Contoh laser yang ditempatkan di permukaan bumi ialah ORION milik NASA dan CLEANSPACE, salah satu program FP7 milik Eropa.
Gambar 8. Laser yang ditembakkan dari stasiun di permukaan bumi
(Sumber: https://www.wired.com/2011/10/space-junk-laser/)
Laser yang diletakkan di luar angkasa berfungsi untuk mencegah tabrakan pada stasiun luar angkasa[18]. Laser ini bekerja dengan sudut relatif kurang dari 30⁰ agar proses eliminasi sampah bekerja secara efektif. Setelah iradiasi sistem laser, jarak terpendek antara laser dan sampah antariksa menjadi lebih dari 100 meter. Hal tersebut menyebabkan sampah berukuran 1-10 cm dapat dibuang sehingga stasiun luar angkasa semakin aman dari ancaman tabrakan.
Gambar 9. Satelit laser
(Sumber: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1000936114001010)
Tidak dapat dipungkiri bahwa sampah antariksa akan semakin banyak[6][16], mengingat bahwa semakin banyak benda-benda yang diluncurkan ke luar angkasa dan benda-benda tersebut, seiring berjalannya waktu, menjadi tidak berfungsi. Hal tersebut dapat mendorong terjadinya sindrom Kessler (mayoritas benda-benda luar angkasa saling bertabrakan dalam suatu orbit hingga tercipta tabrakan dahsyat[2]). Berdasarkan peraturan internasional, sampah antariksa yang dimiliki oleh suatu lembaga atau perusahaan tertentu harus diambil oleh lembaga atau perusahaan yang bersangkutan[19] atau pengambilan sampah antariksa milik lembaga atau perusahaan lain didasari oleh perjanjian. Untuk mencegah sindrom tersebut menjadi kenyataan dalam waktu dekat, kini berbagai lembaga dan perusahaan pemilik sampah antariksa berupaya untuk mengambil sampah antariksa masing-masing.
Referensi:
[1] Wernwe, D. (2018, 24 Mei). How long should a satellite last: five years, ten years, 15, 30? SpaceNews. Diambil dari https://spacenews.com/
[2] European Space Agency. (2018). FAQ: Frequently Asked Questions. Diambil 21 Oktober 2018 dari http://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Space_Debris/FAQ_Frequently_asked_questions
[3] Marc, J. Dan K. Scott. (2017, 20 Juni). ‘Satellite catcher’ will use magnets to clean up space junk. CNN Business. Diambil dari https://edition.cnn.com/
[4] Griggs, M.B. (2017, 1 Februari). If earth’s orbit is so crowded, why don’t we see space junk in photos of the earth? Popular Science. Diambil dari https://www.popsci.com/
[5] National Aeronautics & Space Administration. (-). ARES: Orbital Debris Program Office. Diambil 21 Oktober 2018 dari https://www.orbitaldebris.jsc.nasa.gov/photo-gallery.html
[6] European Space Agency. (2018). About space debris. Diambil 21 Oktober 2018 dari https://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Space_Debris/About_space_debris
[7] Ansdell, M. (2010). Active space debris removal: Needs, implications, and recommendations for today’s geopolitical environment. Journal of Public and International Affairs, 21(-), 7-22. Diambil dari https://jpia.princeton.edu/sites/jpia/files/space-debris-removal.pdf
[8] Huang, Z., Lu, Y., Wen, H., dan Jin, D. (2018). Ground-based experiment of capturing space debris based on artificial potential field. Acta Austronautica, 152(11), 235-241. doi: 10.1016/j.actaastro.2018.08.017
[9] Deorbit. (2018). Merriam-Webster. Diambil 23 Oktober 2018, dari https://www.merriam-webster.com/dictionary/deorbit
[10] Huang, P., Meng, Z., Guo, J., dan Zhang, F. (2018). Tethered space robot: Dynamics, measurement, and control. Diambil dari https://books.google.co.id/books?id=E-LWDgAAQBAJ&printsec=frontcover&dq=isbn:0128123109&hl=id&sa=X&ved=0ahUKEwjlnf2AsaveAhVLOY8KHdi0C80Q6AEIKjAA#v=onepage&q&f=false
[11] Letty, R.L., Meyer, J.C., Scheper, M., Janovsky, R., Mato, J.V., Taubmann, G., dan Eguen, J.C. (2014). Clamping Mechamism – A tentacle based capture mechanism for active debris removal. 65th International Astronautical Congress. Toronto, Kanada: IAF. Diambil dari https://www.researchgate.net/publication/281373020_CLAMPING_MECHANISM_-_A_TENTACLES_BASED_CAPTURE_MECHANISM_FOR_ACTIVE_DEBRIS_REMOVAL
[12] Aktuator. (2016). Kamus Besar Bahasa Indonesia. Diambil 20 Oktober 2018, dari https://kbbi.kemdikbud.go.id/entri/aktuator
[13] Pultarova, T. (2017, 26 April). Meet the Space Custodians: Debris Cleanup Plans Emerge. Space. Diambil dari https://www.space.com/
[14] Nishida, S.I., dan N. Kikuchi. (2014). A scenario and technologies for space debris removal. Diambil dari https://www.semanticscholar.org/paper/A-Scenario-and-Technologies-for-Space-Debris-Nishida/14048fabe2b16911e5f183d1125a662a6ff9ac9b[13] Grush, L. (2018, 16 September). Satellite uses giant net to practice capturing space junk. The Verge. Diambil dari https://www.theverge.com/
[15] Grush, L. (2018, 16 September). Satellite uses giant net to practice capturing space junk. The Verge. Diambil dari https://www.theverge.com/
[16] Choi, S.H. dan R.S. Pappa. (2018). Assesment study for small debris removal by laser satellite. Diambil dari https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20120009369.pdf
[17] Esmiller, B., Jacquelard C., Eckel, H.A., dan Wnuk, E. (2014). Space debris removal by ground-based lasers: main conclusions of the European project CLEANSPACE. Applied Optics, 53(31), 145-154. doi: 10.1364/AO.53.000I45
[18] Shuangyan, S., Xing, J., dan Hao, C. (2014). Cleaning space debris with a space-based laser system. Chinese Journal of Aeronautics. 27(4), 805-811. doi: 10.1016/j.cja.2014.05.002
[19] European Space Agency. (2018). Active debris removal. Diambil 29 Oktober 2018 dari https://www.esa.int/Our_Activities/Operations/Space_Debris/Active_debris_removal
Alumni Kartografi dan Penginderaan Jauh UGM Yogyakarta. Senang membaca buku, menulis, dan menggambar. Walau berpeluh, pantang mengeluh. Walau berdarah, pantang menyerah!