Koloni Mars dan Bulan Akan Ditenagai oleh Energi Nuklir

Tersusun lebih dari 100 gambar yang diambil oleh Viking Orbiter, bagian tengah dari mosaik Mars ini adalah Valles Marineris yang membentang sepanjang 5.000 mil dengan kedalaman mencapai 5 mil, termasuk tonjolan termal Tharsis yang membentuk gunung berapi di bagian kiri foto dan menyebarkan kerak berlapis es. Fenomena ini mengekspos dan menyebabkan es terpapar atmosfer untuk kemudian menyublim, memicu longsoran besar yang memperlebar ngarai Valles Marineris dari waktu ke waktu. Dalam kurun waktu miliaran tahun, material halus ditiup oleh badai debu global yang memindahkannya ke garis lintang yang lebih tinggi. Selama longsor atau karena dampak tumbukan meteorit, es terkadang mencair dan memunculkan sungai dan danau sementara yang hanya bertahan beberapa hari sampai beberapa minggu, sebelum menguap dan menjadi salju di kutub planet.

Kredit gambar: NASA/JPL-Caltech

National Aeronautics and Space Administration (NASA) sedang mengembangkan sebuah reaktor nuklir berukuran kecil yang sangat ideal untuk dimanfaatkan sebagai sumber daya bagi sebuah koloni di Mars atau Bulan, menyuplai energi untuk menggerakkan sebuah pesawat antariksa besar ke bintang jauh, atau untuk mengoperasikan penambangan di sabuk asteroid.

Dalam Proyek Kilopower Fission Power, reaktor dirancang untuk menyediakan 1-10 KW daya listrik yang berpotensi dimanfaatkan oleh instrumen sains lainnya, memberikan daya bagi sistem propulsi listrik atau untuk mendukung eksplorasi astronot atau koloni manusia di planet lain. Proyek akan meningkatkan intensitas komunikasi data menggunakan antena yang lebih kecil, sesuatu yang lebih penting, namun tidak pernah dipikirkan.

NASA menjalin kemitraan dengan National Nuclear Security Administration Departement of Energy untuk mengembangkan reaktor kilopower menggunakan fasilitas nuklir yang tersedia. Prototipe menggunakan inti reaktor solid cast U-235 seukuran gulungan tisu dapur. Mesin Stirling dengan efisiensi tinggi dapat menghasilkan daya listrik sekitar 10 KW.

Reaktor nuklir Kilopower memanfaatkan fisi nuklir aktif, pipa panas natrium pasif dan mesin Stirling untuk mengubah panas menjadi sumber daya listrik, sekaligus untuk meningkatkan efisiensinya dibandingkan sumber daya sebelumnya.
NASA

Sistem Kilopower telah mengalami beberapa uji coba non-nuklir menggunakan sumber panas listrik dan pengurasan inti uranium untuk memverifikasi rancangan sistem non-nuklir secara lengkap. Uji coba nuklir sedang berlangsung di Nevada Test Site. Di Nevada, reaktor akan dipicu dengan inti kaya uranium dan diuji kembali menggunakan sumber panas nuklir.

Selama 50 tahun terakhir, kita telah menggunakan sistem propulsi radio isotop listrik dan generator radio termal untuk menyuplai daya bagi misi jarak jauh, seperti misi Voyager ke Jupiter dan ruang antarbintang, atau misi New Horizons ke Pluto. Pu-238 adalah isotop terbaik, memancarkan panas secara stabil dari peluruhan radioaktif alami yang memancarkan partikel alfa yang kemudian diubah menjadi listrik. Pu-238 mampu bertahan selama 88 tahun sehingga dapat mendukung operasional misi dalam jangka panjang.

Tapi generator radio termal tidak menyediakan cukup tenaga yang menyuplai sumber daya eksplorasi manusia ke planet lain. Dibutuhkan banyak sumber daya untuk menghasilkan oksigen, air, panas, makanan, pengisian baterai rover, peralatan manufaktur, material khusus dan peleburan bijih untuk logam.

Pada tahun 2010, Mars Global Surveyor NASA mengambil gambar kutub es Mars yang berukuran sekitar 1.000 kilometer. Kandungan kutub es terdiri dari air es karbon dioksida beku.
NASA/JPL-Caltech/MSSS

Perjalanan antariksa adalah tentang massa. Kita tidak bisa mengarungi ruang angkasa tanpa mendorong sebagian massa dengan sangat cepat ke arah yang berlawanan untuk melaju. Kemudian kita juga harus dapat meniadakan massa ke arah yang berlawanan untuk berhenti. Bermanuver selama perjalanan juga membutuhkan massa. Bahan bakar untuk perjalanan antariksa, bahkan ke Bulan atau planet terdekat Mars, biasanya merupakan aspek paling penting dalam pelaksanaan misi apapun.

Untuk mendirikan koloni awal di sebuah planet, berarti dibutuhkan lebih banyak massa jika kita ingin tinggal dalam waktu yang lama. Bahan bakar fosil sangat berat, demikian pula dengan bahan bakar kimia. Panel surya tidak terlalu efektif karena cahaya Matahari lebih redup di Mars dan sekitarnya, sehingga dibutuhkan berton-ton jajaran panel surya dan baterai sebagai sumber daya bagi koloni dalam jumlah terkecil sekalipun.

Di Mars, badai debu secara berkala akan menutupi panel surya dan merawatnya menghabiskan banyak waktu.

Panel surya barangkali lebih efektif jika ditempatkan di Bulan, karena tidak tertutup debu dan Bulan terletak lebih dekat dari Matahari. Namun malam hari di Bulan berlangsung selama 336 jam, jadi kita tetap akan membutuhkan banyak sekali baterai.

Tidak ada angin yang cukup kuat untuk memutar turbin di Mars atau Bulan. Bahkan dengan badai berkecepatan tinggi, atmosfer Mars terlalu tipis dan mencegah angin untuk memutar turbin. Bertolak belakang dengan film The Martian yang turbin anginnya dapat beroperasi dengan baik, namun harus mengurangi beberapa fakta untuk mendukung plot.

Meskipun tersedia cukup air untuk koloni di Mars, air es tidak bisa dimanfaatkan untuk melakukan proses hydro. Massa yang tergolong sebagai biologis (benih) juga tidak berguna, karena sangat sulit menghasilkan makanan dari bercocok tanam, mengingat regolith Mars bukanlah tanah. Dibutuhkan banyak tanah dari Bumi untuk menumbuhkan sesuatu di sana.

Sementara vulkanisme masih aktif di wilayah Tharsis (lihat gambar di atas), mustahil untuk menempatkan sel konvensi perairan di bawah permukaan demi menjalankan pembangkit geothermal.

Sumber energi terbaik dan paling praktis adalah reaktor nuklir berukuran kecil. Bahan bakar nuklir adalah energi yang paling padat, 80.000.000 MJ/kg. Sebagai perbandingan, minyak bumi hanya sekitar 50 MJ/kg, batu bara 30 MJ/kg dan kurang dari 1 MJ/kg untuk baterai jenis apapun. Yang terakhir ini juga harus diisi ulang.

Itulah sebabnya mengapa NASA getol mengembangkan reaktor nuklir yang berukuran kecil. Tenaga surya dan baterai tetap digunakan sebagai konjungsi, sebab keamanan seluruh koloni bergantung pada tersedianya lebih dari satu sumber energi konstan. Jadi, beberapa kilopower unit nuklir, beberapa panel surya dan beberapa baterai adalah kombinasi yang paling ideal (lihat gambar di bawah).

Ilustrasi empat stasiun modul tenaga nuklir berbasis fisi yang menggerakkan pos terdepan manusia di Mars. Sistem ini bisa dilengkapi dengan rangkaian tenaga surya dan baterai.
NASA

Aspek teknologi dalam pertambangan antariksa sangat krusial, mengingat sektor antariksa komersial terus berkembang. Undang-undang Antariksa Amerika Serikat (HR 2262) telah disahkan dengan suara bulat oleh Kongres pada tahun 2015 dan mengakui hak setiap warga AS untuk memiliki asteroid yang bisa mereka peroleh sebagai properti, sekaligus mendorong eksplorasi komersial dan pemulihan sumber daya.

Sementara untuk Mars, NASA merencanakan tiga misi ekspedisi berawak yang terdiri dari 4-6 astronot untuk tinggal di Mars selama 500 hari. Setiap ekspedisi akan mendarat di lokasi-lokasi yang berbeda untuk menjelajahi medan dan lingkungan yang beragam.

Ekspedisi pertama yang tiba terlebih dahulu di permukaan adalah kargo pendarat tanpa awak, untuk mempersiapkan sistem tenaga listrik yang menghasilkan propelan untuk lepas landas dari Planet Merah dan Mars Ascent Vehicle untuk kembali ke pengorbit. Sistem sumber daya didesain untuk mengubah atmosfer CO2 Mars menjadi oksigen yang kemudian didinginkan secara kriogenik dan disimpan di Mars Ascent Vehicle (MAV).

Setelah propelan diproduksi dalam jumlah yang cukup dan disimpan di MAV. Setelah orbit habitat Mars dianggap layak sepenuhnya, maka para astronot akan menunggangi Mars Transfer Vehicle untuk menempuh perjalanan selama 200 hari ke Mars. Setelah tiba di orbit Planet Merah, para astronot akan bertemu dengan orbit habitat dan memulai upaya pendaratan ke lokasi kargo mendarat demi misi penjelajahan permukaan Mars.

Permukaan Mars terlihat sangat mirip dengan Bumi, barangkali suatu hari nanti manusia berhasil menginjakkan kaki di sana. Foto yang diabadikan oleh rover Curiosity pada bulan September 2015 ini menunjukkan sebuah pegunungan yang diwarnai oleh mineral hematit besi oksida. Di dekat pegunungan adalah dataran bergelombang yang kaya mineral tanah liat. Sedangkan di luar pegunungan ada banyak lengkungan lembah yang terisolasi termasuk Gunung Sharp, semua mengandung mineral sulfat tinggi. Diduga air cair telah membentuk batuan dan mineral ini miliaran tahun yang lalu.
NASA/JPL-Caltech/MSSS

Tentu saja dibutuhkan banyak logistik, teknologi dan perencanaan matang, namun mendaratkan manusia di Mars adalah pencapaian terbesar sains abad ini. Dan tenaga nuklir akan menjadi sumber daya energi yang membantu mewujudkannya.

Ditulis oleh: James Conca, kontributor www.forbes.com

Dr. James Conca adalah pakar di bidang energi, bom dan limbah nuklir, ahli geologi planet, dan seorang pembicara profesional. Ikuti dia di Twitter @jimconca dan lihat bukunya di Amazon.com

Sumber: Martian and Lunar Colonies To Be Powered By Nuclear Energy

#terimakasihgoogle