Para insinyur luar angkasa terus mencari cara agar satelit dan wahana antariksa bekerja lebih efisien, lebih ringan, dan lebih andal. Salah satu komponen paling penting dalam sebuah satelit adalah panel surya yang berfungsi sebagai sumber energi utama. Di era ketika permintaan akan teknologi antariksa meningkat pesat, panel surya modern tidak lagi hanya berupa lembaran kaku yang dipasang di sisi satelit. Banyak misi kini mengandalkan panel surya fleksibel yang bisa dilipat, dibentangkan, dan disesuaikan dengan kebutuhan. Panel jenis ini sangat berguna untuk misi ruang angkasa jangka panjang, termasuk teleskop luar angkasa, satelit komunikasi, hingga wahana yang menjelajah planet lain.
Perkembangan panel surya fleksibel membawa tantangan yang tidak sederhana. Panel ini sangat tipis dan dapat mengalami perubahan bentuk besar ketika berada di lingkungan antariksa. Perubahan tersebut terjadi karena panel mengalami getaran, perputaran, serta manuver satelit. Ketika sebuah struktur yang sangat tipis dan ringan bergetar atau tertekuk, respons fisiknya menjadi rumit. Para peneliti perlu memahami respons ini agar perangkat pengendali satelit dapat menjaga orientasi dan stabilitas wahana dengan baik. Tanpa pemodelan yang akurat, panel surya dapat bergetar terlalu kuat sehingga memengaruhi kinerja satelit secara keseluruhan.
Baca juga artikel tentang: Pahlawan Hijau yang Tersamar: Mengapa Sayuran Brassica Bisa Jadi Kunci Kesehatan Dunia
Tengfei Yuan dan timnya mengembangkan pendekatan baru untuk memahami perilaku panel surya fleksibel dengan jauh lebih efisien. Penelitian mereka yang terbit pada tahun 2025 di jurnal Thin Walled Structures memperkenalkan model matematika yang jauh lebih sederhana dibanding metode sebelumnya, tetapi tetap memiliki tingkat akurasi tinggi. Model ini bertujuan memprediksi bagaimana panel surya fleksibel bereaksi terhadap berbagai kondisi dinamis seperti perubahan orientasi satelit atau manuver orbit.
Tim peneliti memulai pekerjaan mereka dengan mempertimbangkan kenyataan bahwa panel surya fleksibel memiliki ratusan hingga ribuan titik referensi yang saling berhubungan. Setiap titik bisa bergerak secara berbeda. Ketika semua titik dihitung secara bersamaan, sistem matematisnya menjadi sangat besar dan sulit untuk diolah. Para peneliti sebelumnya sering kali menggunakan pendekatan komponen demi komponen, tetapi cara itu membuat model tetap sangat rumit dan memerlukan waktu komputasi yang panjang.
Peneliti memilih strategi yang lebih efisien. Mereka menggunakan apa yang disebut sebagai mode global. Mode global menggambarkan gerakan besar yang mencakup keseluruhan struktur panel surya, bukan gerakan mikro di setiap titik. Dengan fokus pada pola gerakan besar ini, model dapat menggambarkan perilaku panel secara lebih ringkas tanpa mengorbankan keakuratan.
Langkah selanjutnya adalah menggabungkan mode global dengan turunan modal. Turunan modal membantu menjelaskan bagaimana panel surya merespons perubahan bentuk yang lebih kompleks. Kombinasi dua komponen ini menghasilkan model yang mampu menangkap dinamika penting panel surya fleksibel tanpa harus menghitung jutaan variabel kecil. Pendekatan ini disebut reduksi orde nonlinear tingkat sistem, yang artinya sistem matematis yang semula sangat besar dipadatkan menjadi bentuk yang jauh lebih kecil tetapi tetap menggambarkan perilaku sebenarnya.
Peneliti membandingkan metode ini dengan pendekatan terdahulu dan menemukan beberapa keunggulan penting. Pertama, model dapat menghitung respons panel surya secara cepat. Kecepatan ini sangat penting dalam perancangan sistem pengendali satelit. Perhitungan yang lambat dapat membuat proses desain berlarut dan menghambat validasi misi. Kedua, model yang lebih ringkas memudahkan insinyur ketika merancang perangkat pengendali getaran. Pengendalian getaran menjadi salah satu faktor utama dalam menjaga stabilitas satelit, terutama ketika wahana melakukan manuver atau sedang merotasi panel suryanya.
Tim peneliti juga menguji model mereka dengan mensimulasikan manuver satelit. Ketika satelit mengubah sudut orbit atau menyesuaikan arah pandang, panel surya fleksibel akan berayun dan bergetar. Getaran tersebut harus dihitung secara akurat agar perangkat kendali bisa mengimbangi gerakan ini. Hasil simulasi menunjukkan bahwa metode reduksi orde yang baru mampu menggambarkan respons panel surya dengan tingkat presisi yang tinggi. Ini memberikan keyakinan bahwa model tersebut dapat digunakan untuk sistem pengendalian nyata pada wahana antariksa.
Selain itu, peneliti menemukan bahwa penggunaan model ini dapat membantu perancangan simulasi real time. Simulasi real time dibutuhkan dalam banyak operasi antariksa. Sebagai contoh, wahana antariksa harus menghitung posisi panel surya saat sedang bergerak agar panel dapat menerima cahaya matahari dengan optimal. Proses ini membutuhkan komputasi cepat. Jika komputasi terlalu berat, sistem tidak mampu merespons kondisi terbaru. Dengan model yang lebih ringan, simulasi dapat berjalan secara cepat sehingga meningkatkan ketepatan arah panel surya selama misi.
Hasil penelitian juga membuka peluang untuk mengembangkan strategi pengendalian getaran yang lebih canggih. Panel surya fleksibel mudah terpengaruh oleh getaran kecil. Getaran ini dapat muncul dari mesin manuver, perubahan suhu, atau bahkan tumbukan partikel kecil di ruang angkasa. Dengan model baru ini, insinyur dapat menguji berbagai strategi pengendalian getaran sebelum satelit diluncurkan. Hal ini dapat meningkatkan ketahanan panel dan memperpanjang umur satelit.
Penelitian tersebut memberikan gambaran bahwa upaya menyederhanakan struktur matematis bukan berarti mengurangi kualitas analisis. Justru pendekatan yang lebih efisien membuka pintu bagi teknologi antariksa yang lebih maju. Panel surya fleksibel berpotensi menjadi solusi utama untuk misi masa depan yang membutuhkan perangkat ringan dan dapat dibawa dalam bentuk lipatan. Teknologi seperti teleskop ruang angkasa lipat, pesawat ruang angkasa yang membawa panel besar, serta misi ke planet jauh akan sangat terbantu oleh pemahaman yang akurat tentang bagaimana panel fleksibel bekerja.
Karya Tengfei Yuan dan timnya memberikan fondasi penting untuk kemajuan teknologi antariksa. Pemodelan dinamis yang lebih efisien akan mendukung inovasi lain dalam sistem energi berbasis matahari di luar angkasa. Pada akhirnya, kemajuan seperti ini membawa manusia selangkah lebih dekat menuju kemampuan menjelajah ruang angkasa dengan lebih aman, lebih efisien, dan lebih berkelanjutan.
Baca juga artikel tentang: Kenali 8 Tanda Tubuh Mengalami Overdosis Garam yang Bisa Mengancam Kesehatan
REFERENSI:
Yuan, Tengfei dkk. 2025. An accurate system-level nonlinear order-reduction for the flexible solar array system using global modes. Thin-Walled Structures 209, 112890.
