Kembalinya NASA ke Bulan Dimulai Dengan Meluncurkan Kubus 55-Pound

Di tahun-tahun mendatang, NASA akan sibuk di bulan.

Sebuah roket raksasa akan mengangkat kapsul tanpa astronot di sekitar bulan dan kembali, mungkin sebelum akhir musim panas. Parade robotic pendarat akan melakukan eksperimen di bulan untuk mengumpulkan rim knowledge ilmiah, terutama tentang air es yang terkunci di daerah kutub. Beberapa tahun dari sekarang, astronot akan kembali ke sana, lebih dari setengah abad sejak Apollo terakhir mendarat di bulan.

Itu semua adalah bagian dari program bulan abad ke-21 NASA yang dinamai Artemis, yang dalam mitologi Yunani adalah saudara kembar Apollo.

Senin pagi, sebuah pesawat ruang angkasa bernama CAPSTONE dijadwalkan untuk diluncurkan sebagai bagian pertama dari Artemis yang menuju ke bulan. Dibandingkan dengan apa yang akan diikuti, itu sederhana dalam ukuran dan cakupan.

Tidak akan ada astronot di kapal CAPSTONE. Pesawat ruang angkasa itu terlalu kecil, kira-kira sebesar oven microwave. Probe robotic ini bahkan tidak akan mendarat di bulan.

Tapi dalam banyak hal tidak seperti misi sebelumnya ke bulan. Ini bisa berfungsi sebagai template untuk kemitraan publik-swasta yang dapat dilakukan NASA di masa depan untuk mendapatkan hasil yang lebih baik dalam perjalanan antarplanet.

“NASA telah pergi ke bulan sebelumnya, tetapi saya tidak yakin itu pernah disatukan seperti ini,” kata Bradley Cheetham, kepala eksekutif dan presiden Superior House, perusahaan yang mengelola misi untuk NASA.

Liputan peluncuran akan dimulai pada pukul 5 pagi waktu Senin di NASA Tv. Roket harus diluncurkan pada saat yang tepat, pada pukul 5:50 pagi, agar pesawat ruang angkasa dapat terangkat ke lintasan yang benar.

Nama lengkap misi tersebut adalah Operasi Teknologi dan Eksperimen Navigasi Sistem Pemosisian Otonom Cislunar. Ini akan bertindak sebagai pengintai untuk orbit bulan di mana stasiun ruang angkasa berawak pada akhirnya akan dibangun sebagai bagian dari Artemis. Pos terdepan itu, bernama Gateway, akan berfungsi sebagai stasiun jalan di mana kru masa depan akan berhenti sebelum melanjutkan ke permukaan bulan.

CAPSTONE tidak biasa bagi NASA dalam beberapa hal. Untuk satu, itu duduk di landasan peluncuran bukan di Florida tetapi di Selandia Baru. Kedua, NASA tidak merancang atau membangun CAPSTONE, juga tidak mengoperasikannya. Agensi bahkan tidak memilikinya. CAPSTONE milik Superior House, sebuah perusahaan dengan 45 karyawan di pinggiran Denver.

Pesawat ruang angkasa mengambil lintasan lambat, tapi efisien ke bulan, tiba pada 13 November. Jika cuaca atau masalah teknis menyebabkan roket kehilangan momen peluncuran sesaat, ada peluang tambahan hingga 27 Juli. Jika pesawat ruang angkasa lepas landas mendarat pada saat itu, ia masih akan mencapai orbit bulan pada hari yang sama: 13 November.

Misi CASTONE melanjutkan upaya NASA untuk berkolaborasi dalam cara baru dengan perusahaan swasta dengan harapan mendapatkan kemampuan tambahan dengan biaya lebih rendah lebih cepat.

“Ini cara lain bagi NASA untuk mencari tahu apa yang dibutuhkan untuk mencari tahu dan menurunkan biaya,” kata Invoice Nelson, administrator NASA.

Kontrak Advance House dengan NASA untuk CASTONE, ditandatangani pada 2019, menelan biaya $20 juta. Perjalanan ke luar angkasa untuk CAPSTONE juga kecil dan murah: hanya di bawah $10 juta untuk peluncuran oleh Rocket Lab, sebuah perusahaan AS-Selandia Baru yang merupakan pemimpin dalam pengiriman muatan kecil ke orbit.

“Ini akan menjadi di bawah $30 juta dalam waktu kurang dari tiga tahun,” kata Christopher Baker, eksekutif program untuk teknologi pesawat ruang angkasa kecil di NASA. “Relatif cepat dan biaya relatif rendah.”

“Saya melihat ini sebagai pencari jalan bagaimana kita dapat membantu memfasilitasi misi komersial di luar Bumi,” kata Baker.

Misi utama CAPSTONE adalah untuk bertahan enam bulan, dengan kemungkinan satu tahun tambahan, kata Dr. Cheetham.

Knowledge yang dikumpulkannya akan membantu perencana pos bulan yang dikenal sebagai Gateway.

Ketika Presiden Donald J. Trump menyatakan pada 2017 bahwa prioritas utama kebijakan luar angkasa pemerintahannya adalah mengirim astronot kembali ke bulan, kata kunci di NASA adalah “dapat digunakan kembali” dan “berkelanjutan.”

Itu membuat NASA membuat stasiun luar angkasa di sekitar bulan sebagai bagian penting tentang bagaimana astronot akan mencapai permukaan bulan. Situs pementasan seperti itu akan memudahkan mereka untuk mencapai berbagai bagian bulan.

Misi pendaratan Artemis pertama, yang saat ini dijadwalkan pada tahun 2025 tetapi kemungkinan akan ditunda, tidak akan menggunakan Gateway. Tapi misi selanjutnya akan.

NASA memutuskan bahwa tempat terbaik untuk menempatkan pos terdepan ini adalah di tempat yang dikenal sebagai orbit halo hampir bujursangkar.

Orbit halo adalah orbit yang dipengaruhi oleh gravitasi dua benda — dalam hal ini, Bumi dan bulan. Pengaruh kedua benda membantu membuat orbit sangat stabil, meminimalkan jumlah propelan yang dibutuhkan untuk menjaga pesawat ruang angkasa mengitari bulan.

Interaksi gravitasi juga menjaga orbit pada sudut sekitar 90 derajat terhadap pandangan garis pandang dari Bumi. (Ini adalah bagian hampir bujursangkar dari namanya.) Jadi, sebuah pesawat ruang angkasa di orbit ini tidak pernah lewat di belakang bulan di mana komunikasi akan terputus.

Orbit yang akan dilalui Gateway berada dalam jarak sekitar 2.200 mil dari Kutub Utara bulan dan berputar sejauh 44.000 mil jauhnya saat melewati Kutub Selatan. Satu perjalanan mengelilingi bulan akan memakan waktu sekitar satu minggu.

Dalam hal matematika yang mendasarinya, lintasan eksotis seperti orbit halo yang hampir bujursangkar telah dipahami dengan baik. Tapi ini juga merupakan orbit yang belum pernah dilalui pesawat luar angkasa.

Jadi, CAPSTONE.

“Kami pikir kami memiliki karakteristik yang sangat, sangat baik,” kata Dan Hartman, manajer program untuk Gateway. “Tetapi dengan muatan CAPSTONE khusus ini, kami dapat membantu memvalidasi mannequin kami.”

Dalam praktiknya, tanpa satelit sistem penentuan posisi world di sekitar bulan untuk menentukan lokasi yang tepat, mungkin diperlukan beberapa percobaan dan kesalahan untuk menemukan cara terbaik untuk menjaga pesawat ruang angkasa di orbit yang diinginkan.

“Ketidakpastian terbesar sebenarnya adalah mengetahui di mana Anda berada,” kata Dr. Cheetham. “Anda tidak pernah di luar angkasa benar-benar tahu di mana Anda berada. Jadi Anda selalu memiliki perkiraan di mana itu dengan beberapa ketidakpastian di sekitarnya. ”

Seperti misi NASA lainnya, CAPSTONE akan melakukan triangulasi perkiraan posisinya menggunakan sinyal antena parabola Jaringan Luar Angkasa NASA dan kemudian, jika perlu, mendorong dirinya kembali ke orbit yang diinginkan tepat setelah melewati titik terjauh dari bulan.

CAPSTONE juga akan menguji metode alternatif untuk menemukan posisinya. Tidak mungkin ada orang yang menghabiskan waktu dan biaya untuk membangun jaringan GPS di sekitar bulan. Tetapi ada pesawat ruang angkasa lain, termasuk Lunar Reconnaissance Orbiter NASA, yang mengitari bulan, dan lebih banyak lagi kemungkinan akan tiba di tahun-tahun mendatang. Dengan berkomunikasi satu sama lain, armada pesawat ruang angkasa di orbit yang berbeda pada dasarnya dapat mengatur GPS advert hoc.

Superior House telah mengembangkan teknologi ini selama lebih dari tujuh tahun, dan sekarang akan menguji konsepnya dengan CAPSTONE yang mengirimkan sinyal bolak-balik dengan Lunar Reconnaissance Orbiter. “Kami akan dapat menentukan di mana kedua pesawat ruang angkasa itu dari waktu ke waktu,” kata Dr. Cheetham.

Saat mulai mengembangkan CAPSTONE, Superior House juga memutuskan untuk menambahkan jam atom skala chip komputer ke pesawat ruang angkasa dan membandingkan waktu itu dengan apa yang disiarkan dari Bumi. Knowledge itu juga dapat membantu menentukan lokasi pesawat ruang angkasa.

Karena Superior House memiliki CAPSTONE, ia memiliki fleksibilitas untuk melakukan perubahan itu tanpa izin dari NASA. Dan sementara agensi masih bekerja sama erat dalam proyek semacam itu, fleksibilitas ini dapat menjadi keuntungan baik bagi perusahaan swasta seperti Superior House dan NASA.

“Karena kami memiliki kontrak komersial dengan vendor kami, ketika kami perlu mengubah sesuatu, itu tidak harus melalui tinjauan besar dari pejabat kontrak pemerintah,” kata Dr. Cheetham. “Itu membantu dari perspektif kecepatan.”

Sisi sebaliknya adalah karena Superior House telah menegosiasikan biaya tetap untuk misi tersebut, perusahaan tidak dapat pergi ke NASA untuk meminta uang tambahan (walaupun menerima pembayaran tambahan karena penundaan rantai pasokan yang disebabkan oleh pandemi Covid-19). Kontrak NASA yang lebih tradisional yang dikenal sebagai “biaya-plus” mengganti perusahaan untuk apa yang mereka belanjakan dan kemudian menambahkan biaya – diterima sebagai keuntungan – di atas itu, yang memberikan sedikit insentif bagi mereka untuk menjaga agar biaya tetap terkendali.

“Ketika hal-hal muncul, kami harus mencari cara untuk menanganinya dengan sangat efisien,” kata Dr. Cheetham.

Ini mirip dengan strategi sukses NASA dalam menggunakan kontrak harga tetap dengan SpaceX milik Elon Musk, yang sekarang mengangkut kargo dan astronot ke dan dari Stasiun Luar Angkasa Internasional dengan biaya yang jauh lebih rendah daripada yang pernah dilakukan oleh pesawat ulang-alik milik badan tersebut. Untuk SpaceX, investasi NASA memungkinkannya menarik pelanggan non-NASA yang tertarik untuk meluncurkan muatan dan astronot pribadi ke orbit.

Sampai CAPSTONE, pekerjaan Superior House sebagian besar bersifat teoretis — analisis orbit dan perangkat lunak penulisan untuk GPS advert hocnya — bukan membangun dan mengoperasikan pesawat ruang angkasa.

Perusahaan ini masih belum benar-benar berkecimpung dalam bisnis pembuatan pesawat ruang angkasa. “Kami membeli pesawat ruang angkasa itu,” kata Dr. Cheetham. “Saya memberi tahu orang-orang bahwa satu-satunya perangkat keras yang kami buat di sini di Superior adalah Lego. Kami memiliki koleksi Lego yang bagus.”

Dalam beberapa dekade terakhir, satelit kecil yang dikenal sebagai CubeSats telah berkembang biak, memungkinkan lebih banyak perusahaan untuk dengan cepat membangun pesawat ruang angkasa berdasarkan desain standar di mana setiap kubus berukuran 10 sentimeter, atau empat inci. CAPSTONE adalah salah satu yang terbesar, dengan quantity 12 kubus, tetapi Superior House mampu membelinya, hampir siap pakai, dari Tyvak Nano-Satellite tv for pc Methods of Irvine, California.

Itu masih membutuhkan banyak pemecahan masalah. Misalnya, sebagian besar CubeSat berada di orbit rendah Bumi, hanya beberapa ratus mil di atas permukaan. Bulan hampir seperempat juta mil jauhnya.

“Tidak ada yang menerbangkan CubeSat di bulan,” kata Dr. Cheetham. “Jadi masuk akal jika tidak ada yang membuat radio untuk menerbangkan CubeSats di bulan. Jadi kami harus benar-benar menyelami untuk memahami banyak element itu dan benar-benar bermitra dengan beberapa orang yang berbeda untuk memiliki sistem yang dapat bekerja.”

Mr Hartman, manajer program Gateway, sangat senang dengan CAPSTONE tetapi mengatakan tidak penting untuk bergerak maju dengan pos terdepan bulan. NASA telah memberikan kontrak untuk pembangunan dua modul pertama Gateway. Badan Antariksa Eropa juga menyumbangkan dua modul.

“Bisakah kita terbang tanpanya?” Mr Hartman berkata tentang CAPSTONE. “Ya. Apakah itu wajib? Tidak.”

Namun dia menambahkan, “Setiap kali Anda dapat mengurangi bilah kesalahan dalam mannequin Anda selalu merupakan hal yang baik.”

Dr. Cheetham sedang memikirkan apa yang akan terjadi selanjutnya, mungkin lebih banyak misi ke bulan, baik untuk NASA atau mitra komersial lainnya. Dia juga berpikir lebih jauh.

“Saya sangat tertarik untuk memikirkan bagaimana kita bisa melakukan hal serupa ke Mars,” katanya. “Saya sebenarnya cukup tertarik secara pribadi pada Venus juga. Saya pikir itu tidak mendapatkan perhatian yang cukup.”