Wahana antariksa nirawak IKAROS dengan layar surya berbentuk persegi, ilustrasi seniman
Layar surya (disebut juga layar cahaya atau layar foton) adalah suatu metode propulsi wahana antariksa menggunakan tekanan radiasi terhadap cermin raksasa. Sejumlah misi penerbangan luar angkasa untuk menguji propulsi surya telah diusulkan sejak tahun 1980an. Wahana antariksa pertama yang menguji teknologi ini adalah IKAROS, diluncurkan tahun 2010. Layar surya dapat dianalogikan dengan layarkapal laut di mana angin yang meniup layar kapal laut dianalogikan sebagai cahaya yang menerpa layar surya.
Selain energi matahari, laser berkekuatan tinggi juga dapat menjadi alternatif sumber cahaya untuk layar surya. Layar surya memungkinkan penerbangan luar angkasa dengan biaya yang rendah dan dalam jangka waktu pengoperasian yang lama, karena mereka tidak perlu membawa propelan dan hanya menggunakan sedikit komponen bergerak.
Konsep layar surya telah terbukti. "Angin" matahari diketahui memberikan "tekanan" terhadap wahana antariksa yang diterbangkan manusia. Efek tekanan angin matahari telah diperhitungkan dalam penerbangan wahana antariksa ke planet Mars maupun ke tujuan yang lebih jauh. Koreksi lintasan secara periodik dilakukan terhadap wahana antariksa ini. Angin matahari juga mempengaruhi orientasi wahana antariksa, sesuatu yang harus dijadikan faktor dalam desain wahana antariksa.[1]
Dalam 800 meter persegi layar surya, gaya yang dihasilkan oleh angin matahari sekitar 5 newton (1,1 lbf) pada lokasi di orbit bumi,[2] menjadikannya setara dengan wahana antariksa dengan daya dorong (thrust) yang rendah, setara dengan propulsi listrik. Namun layar surya tidak membawa propelan sehingga seiring waktu daya dorong yang kecil tersebut dapat menghasilkan kecepatan yang lebih tinggi.
Sejarah konsep layar surya
Johannes Kepler mengamati bahwa ekor komet selalu mengarah menjauhi matahari, dan menyimpulkan bahwa matahari lah yang menyebabkan hal tersebut. Dalam suratnya kepada Galileo di tahun 1610, ia menulis "Andai tersedia sebuah kapal atau layar yang dapat menangkap angin surgawi tersebut, maka akan ada mereka yang berani menuju kehampaan itu." Kemungkinan ia merenungkan fenomena ekor komet tersebut saat menulis surat itu, meski publikasinya mengenai ekor komet terbit beberapa tahun setelahnya.[3]
James Clerk Maxwell, di tahun 1861–1864, mempublikasikan teorinya tentang medan elektromagnetik dan radiasi yang menunjukkan bahwa cahaya memiliki momentum dan dapat memberikan tekanan kepada objek. Persamaan Maxwell menjadi dasar teoritis layar surya. Sehingga sejak tahun 1864 komunitas fisika sudah mengetahui bahwa cahaya matahari membawa momentum yang dapat memberikan tekanan kepada objek.
Jules Verne, dalam karyanya From the Earth to the Moon, terbit tahun 1865 menuliskan bahwa "akan ada kecepatan melebihinya (planet dan proyektil), di mana cahaya atau listrik menjadi agen penggeraknya ... dan kita akan bepergian ke bulan, planet, dan bintang."[4][5]
Pyotr Lebedev adalah yang pertama mendemonstrasikan tekanan cahaya pada tahun 1899 dengan menggunakan neraca torsi.[6] Ernest Nichols dan Gordon Hull melakukan eksperimen independen serupa di tahun 1901 menggunakan radiometer Nichols.[7]
Svante Arrhenius memprediksi di tahun 1908 kemungkinan bahwa radiasi matahari mendistribusikan "spora kehidupan" ke seluruh bentangan antar bintang (konsep panspermia). Kemungkinan ialah yang pertama kali menggagas bahwa cahaya dapat mendorong objek hingga sejauh antar bintang.[8]
Konstantin Tsiolkovsky pertama kali menggagas penggunaan cahaya matahari sebagai propulsi pesawat ruang angkasa menggunakan cahaya yang sangat tipis namun sangat luas untuk mencapai kecepatan kosmik.[9]
Friedrich Zander mempublikasikan karya tulis teknis di tahun 1925 yang mencantumkan analisis teknis mengenai layar surya.[10]
John Burdon Sanderson Haldane berspekulasi di tahun 1927 mengenai wahana antariksa berbentuk tabung yang dapat membawa manusia ke luar angkasa dan bagaimana "sayap yang terbuat dari kertas metalik seluas satu kilometer persegi untuk mencangkap tekanan radiasi dari matahari".[11]J. D. Bernal menuliskan di tahun 1929, konsep serupa dengan dibantu gravitasi.[12]
Upaya secara resmi untuk mewujudkan teknologi dan desain layar surya dimulai di tahun 1976 oleh Jet Propulsion Laboratory, diusulkan untuk berpapasan (rendezvous) dengan komet Halley.[2]
Referensi
^Georgevic, R. M. (1973) "The Solar Radiation Pressure Forces and Torques Model", The Journal of the Astronautical Sciences, Vol. 27, No. 1, Jan–Feb. First known publication describing how solar radiation pressure creates forces and torques that affect spacecraft.
^ abJerome Wright (1992), Space Sailing, Gordon and Breach Science Publishers
^Johannes Kepler (1604) Ad vitellionem parali pomena, Frankfort; (1619) De cometis liballi tres , Augsburg
^Jules Verne (1865) De la Terre à la Lune (From the Earth to the Moon)
^Chris Impey, Beyond: Our Future in Space, W. W. Norton & Company (2015)
^P. Lebedev, 1901, "Untersuchungen über die Druckkräfte des Lichtes", Annalen der Physik, 1901
^Urbanczyk, Mgr., "Solar Sails-A Realistic Propulsion for Space Craft", Translation Branch Redstone Scientific Information Center Research and Development Directorate U.S. Army Missile Command Redstone Arsenal, Alabama, 1965.
^Friedrich Zander's 1925 paper, "Problems of flight by jet propulsion: interplanetary flights", was translated by NASA. See NASA Technical Translation F-147 (1964), p. 230.
^JBS Haldane, The Last Judgement, New York and London, Harper & Brothers, 1927.
^J. D. Bernal (1929) The World, the Flesh & the Devil: An Enquiry into the Future of the Three Enemies of the Rational Soul
