Bagaimana NASA Menjadikan Penerbangan Lebih Baik Daripada Sebelumnya

Bukan hanya di luar angkasa, misi NASA juga menetes kembali ke Bumi.

Lain kali, jika menggunakan pesawat terbang untuk berpergian ke luar negeri atau sekadar menempuh perjalanan udara jarak pendek, berterima kasihlah kepada NASA.

Badan Antariksa Amerika Serikat yang baru saja merayakan ulang tahunnya yang ke-60, sangat dikenal karena keberhasilannya menempatkan manusia di luar angkasa, termasuk yang terdepan di bidang penerbangan.

Setiap penerbangan yang kita kenal saat ini, dapat terwujud karena teknologi yang dikembangkan oleh NASA, mulai dari bentuk pesawat hingga sistem lalu lintas penerbangan yang menavigasi pesawat untuk tiba di tempat tujuan. Kita mungkin belum pernah merasakan sensasi terbang ke Bulan, tapi kita telah menikmati beberapa dekade penelitian penerbangan NASA.

Tujuan utama Direktorat Misi Penelitian Aeronautika NASA adalah untuk mewujudkan transportasi udara yang lebih baik bagi semua orang, bukan hanya demi pilot pesawat tempur atau astronot pesawat ulang-alik.

“Salah satu ambisi kami adalah membantu industri kedirgantaraan AS agar menjadi yang terdepan di pasar global,” kata Peter Coen, Manajer Proyek Teknologi Supersonik Komersial NASA. “Kami menempatkan teknologi yang secara esensial dapat digunakan oleh bisnis kedirgantaraan untuk menghasilkan produk-produk terbaik.”

Demi memenuhi ambisinya, NASA telah melakukan berbagai proyek penelitian jangka panjang untuk membangun pesawat generasi berikutnya. Tak sekadar membatasi diri pada terobosan desain eksperimental, NASA juga berupaya menyempurnakan pesawat agar lebih aman, bersih dan lebih cepat. Beberapa model terobosan baru NASA adalah terowongan angin yang belum diterapkan ke penerbangan komersial, sebuah pesawat yang menggabungkan sayap dan badan ke dalam struktur tunggal.

Meskipun proyek model kombinasi sayap dan badan pesawat bukan menjadi prioritas utama, NASA tetap menjalin kemitraan dengan perusahaan Boeing untuk menghasilkan desain terbaik.
NASA/The Boeing Company

Sebelum dan Sesudah NASA

Sejarah penerbangan NASA dimulai lebih dari satu abad yang lalu, ketika Komite Penasihat Aeronautika Nasional AS (NACA) dibentuk pada tahun 1915, yang hari ini menjelma sebagai Pusat Penelitian Langley NASA. Saat itu NACA melakukan eksperimen bentuk sayap pesawat, mendesain terowongan angin pertama dan membantu mengembangkan X-1, pesawat pertama yang menembus kecepatan suara.

Ketika pertama kali dibentuk pada tanggal 1 Oktober 1958, NASA memperoleh semua penelitian penerbangan yang dilakukan oleh NACA, tepat pada era lepas landas transportasi massal udara. Salah satu proyek penerbangan pertama NASA adalah penelitian pesawat X-15 berkekuatan roket, awal dari serangkaian eksperimen jangka panjang X-planes yang berlanjut hingga sekarang. X-15 telah memecahkan rekor kecepatan, menetapkan altitude dan mengumpulkan serangkaian data yang mendukung penerbangan antariksa.

Perkembangan selanjutnya menetes ke setiap aspek penerbangan saat ini. Kerangka utama pesawat yang terbuat dari material komposit telah membuat pesawat seperti Boeing 787 dan Airbus A350 menjadi lebih kuat dan lebih ringan, sayap tambahan menghemat bahan bakar karena membantu pesawat untuk terbang dengan lebih efisien dan sistem visi sintetis memungkinkan para pilot untuk lebih aman saat menerbangkan pesawat karena selalu menyediakan informasi tentang lingkungan di sekitar mereka.

NASA tidak hanya berhenti di sana. Berikut tiga eksperimen NASA untuk menguasai langit biru!

Penerbangan Supersonik

Dalam hampir tiga dasawarsa, Concorde adalah satu-satunya pesawat terbang supersonik yang melayani transportasi udara, melayani perjalanan udara tercepat dan paling eksklusif. Meskipun suara mesin memekakkan telinga saat lepas landas, pesawat penumpang supersonik ini hanya mengeluarkan emisi di altitude tinggi (sekitar 56.000 kaki) dan sangat mahal untuk dioperasikan.

Beberapa regulasi juga membatasi atau melarang ledakan sonik di permukaan. Concorde dilarang beroperasi secara permanen pada tahun 2003, tetapi NASA terus berupaya untuk membantu para penumpang melaju melampaui kecepatan suara lagi dengan mengurangi efek ledakan sonik yang sangat mengganggu dan merusak.

“Kami ingin sampai ke titik yang memungkinkan sebuah pesawat supersonik dapat terbang di rute mana pun secara efisien dan ramah lingkungan,” Coen menjelaskan.

Pada bulan April, NASA mengumumkan kemitraan dengan Lockheed Martin untuk membuat sebuah pesawat yang diuji coba menggunakan teknologi “ledakan rendah sonik” dan dijadwalkan memulai penerbangan komersial pertama pada tahun 2021. Keduanya mengeluarkan pernyataan bahwa Low-Boom Flight Demonstrator (LBFD) atau X-59 QueSST, menghasilkan ledakan sonik yang hanya terdengar seperti ketika kita menutup pintu mobil dengan keras, bukannya gemuruh kebisingan yang dihasilkan oleh Concorde.

Concordes yang telah dimuseumkan di Museum Bristol, Inggris.
Andrew Hoyle/CNET

Kunci untuk meredam ledakan sonik terletak pada struktur desain LBFD. Hidung pesawat yang panjang dan runcing, sayap yang membentang dan sayap tambahan kecil yang diposisikan di depan sayap utama, memastikan gelombang kejut yang dihasilkan pesawat pada kecepatan yang melampaui Mach 1 (kecepatan suara), tidak akan pernah menyatu dan menyebabkan gemuruh ledakan sonik.

“Kami telah menemukan cara terbaik untuk mengurangi (ledakan sonik) dengan cara mengontrol gaya dan posisi masing-masing gelombang sehingga relatif sama dalam hal gaya dan relatif merata di sepanjang badan pesawat,” tambah Coen. “Jika dapat terwujud, ledakan sonik tidak akan menyatu.”

Sampai LBFD dinyatakan layak terbang, NASA akan terus melakukan uji coba menggunakan salah satu pesawat F/A-18, untuk mempelajari apakah ledakan rendah sonik dapat dilakukan. Selama uji coba yang dimulai pada bulan November, F/A-18 akan terbang di ketinggian hampir 50.000 kaki di atas Teluk Meksiko dari Galveston, Texas, dan melaju dalam kecepatan supersonik sebelum turun di ketinggian sekitar 30.000 kaki. Ledakan sonik yang dihasilkan di ketinggian 50.000 kaki akan sesuai dengan prediksi LBFD, yang diistilahkan oleh NASA sebagai “dentuman sonik”.

X-59 QueSST yang dikembangkan oleh NASA bekerja sama dengan Lockheed Martin dijadwalkan untuk terbang perdana pada tahun 2021.
NASA/Lockheed Martin

Setelah uji awal penerbangan untuk menilai kinerja umum LBFD sebagai sebuah pesawat terbang, Lockheed dan NASA akan mulai menerbangkannya dalam kecepatan supersonik pada tahun 2022 ke daerah-daerah padat penduduk dari Pangkalan Udara Edwards California. Uji coba memiliki misi ganda, memastikan agar ledakan sonik LBFD tetap rendah dan mengukur respons publik terhadapnya. Coen berharap para penduduk tidak merasa keberatan dengan kebisingan di atas mereka.

“Kami ingin mendapatkan tanggapan seluas mungkin,” katanya. “Kami ingin memahami efek yang dirasakan oleh warga secara regular dan individual.”

Tetapi meskipun uji coba berhasil, masih ada satu rintangan regulasi yang harus dihadapi. Sejak tahun 1973, Federal Aviation Administration (FAA) telah melarang penerbangan supersonik komersial di wilayah udara Amerika Serikat. Merevisi regulasi, sebagaimana di negara-negara lain yang melarangnya, dianggap sangat penting sebelum penerbangan supersonik layak secara ekonomis.

“Industri penerbangan telah mengglobal akhir-akhir ini, sehingga setiap produk yang dibuat di negara manapun harus disertifikasi di negara lain untuk membuatnya layak pakai,” ujar Coen. “Jadi untuk melaju pada kecepatan supersonik, pesawat tidak boleh bising.”

Pesawat yang Lebih Senyap

Masalah kebisingan tidak hanya dialami oleh pesawat supersonik. Berada di dekat landasan sebelum pesawat mendarat, akan memekakkan telinga.

Meskipun mesin jet dianggap sebagai penyebab kebisingan pesawat, ilmuwan kedirgantaraan Mehdi Khorrami dari Langley mengatakan roda pendarat pesawat dapat menjadi faktor penyebab yang lebih besar. Ketika sebuah pesawat mendarat, udara yang mengalir di atas roda selama pesawat mendarat menyebabkan turbulensi dan menghasilkan suara bising.

“Suara dari mesin jet masih signifikan, tetapi badan pesawat adalah bagian yang menonjol dari kebisingan pesawat,” ungkap Khorrami. “NASA memiliki tujuan jangka panjang untuk mengurangi kebisingan pesawat terbang di bandara.”

NASA sedang menguji roda pendarat pesawat dan menerapkan teknologi peredam kebisingan di pesawat jet Gulfstream III.
Tony Landis

Salah satu ide yang dikembangkan NASA adalah menempatkan busa penyerap kebisingan ke suku cadang pesawat ketika gigi memendek selama penerbangan. Termasuk suku cadang fairing, pelat yang menutupi gigi pendarat dengan lubang-lubang kecil agar udara melewatinya dan mengurangi kebisingan.

Lalu sirip yang memperlambat pesawat saat turun. Ketika sirip pesawat diturunkan, kebisingan berasal dari aliran udara di celah antara sirip dan ujung belakang sayap. Tapi dengan sirip Adaptive Compliant Trailing Edge eksperimental NASA, transisi mulus antara sirip dam ujung belakang sayap akan banyak mengurangi suara bising.

“Konsep ini akan sangat mengurangi kebisingan,” tutur Khorrami. “Jadi ketika sebuah pesawat mendarat, suara yang dihasilkan tidak akan lebih bising dibandingkan suara di sekitarnya.”

Ketika mengembangkan teknologi peredam kebisingan, Khorrami mengawalinya dengan simulasi komputer. Disusul pengembangan teknologi pada model uji coba terowongan angin dan uji coba di pesawat sungguhan sebagai bagian dari pengukuran penelitian akustik yang berbasis di Edwards. Sebagaimana LBFD, mikrofon di lokasi mengukur tingkat kebisingan uji coba Gulfstream III.

Sejauh ini, eksperimen pergeseran gigi pendarat dan sirip pesawat telah mengurangi kebisingan di pesawat uji coba hingga 70%, Khorrami menambahkan. Tetapi tim ilmuwan juga harus memastikan teknologi yang dikembangkan ini tidak mengganggu kinerja penerbangan pesawat dan memungkinkan udara untuk mendinginkan rem ketika berada di landasan.

“Harus secara signifikan seimbang, antara mengurangi kebisingan dan tidak memengaruhi operasional pesawat,” katanya.

X-57 Maxwell adalah pesawat Tecnam P2006T yang telah dimodifikasi dan dilengkapi mesin listrik.

Pesawat Listrik

Meskipun dapat diterapkan ke desain pesawat yang lebih senyap, NASA tidak mengabaikan mesin. Upaya pengembangan pesawat bertenaga listrik akan lebih bersih, senyap dan efisien.

Meskipun gagasan pesawat listrik terlihat mengkhawatirkan kita sebagai penumpang, memaksimalkan rentang penggunaan baterai adalah masalah yang lebih mendesak jika berada 35.000 kaki di udara. Selain NASA, lembaga penelitian lain juga berupaya mewujudkan pesawat bertenaga listrik, termasuk maskapai penerbangan bertarif rendah Easyjet di Eropa yang berencana untuk menggunakannya pada tahun 2021.

NASA sedang mengembangkan pesawat bertenaga listrik X-57 Maxwell, menggunakan pesawat Tecnam P2006T yang dimodifikasi. Meskipun banyak desain dasar yang tidak berubah, NASA mengganti baling-baling bertenaga gas dengan mesin listrik. Menggunakan pesawat yang sudah ada memiliki beberapa keuntungan, NASA tidak harus merancang pesawat yang sama sekali baru, termasuk dapat membandingkan bagaimana X-57 yang bertenaga listrik beroperasi dengan bagaimana pesawat mengudara menggunakan mesin aslinya.

Tujuan utama proyek adalah untuk meningkatkan efisiensi penerbangan sebesar 500% menggunakan P2600T standar dan untuk menetapkan standar propulsi pesawat bertenaga listrik. Manfaat lainnya termasuk pengurangan emisi karbon, kebisingan mesin, biaya operasional dan pemeliharaan yang lebih rendah. Dengan kata lain, tujuan utama proyek ini sama seperti mobil listrik.

Meskipun hanya ditujukan untuk pesawat pribadi dan taksi udara, teknologi baterai yang saat ini hanya memiliki jangkauan sekitar 50 mil, suatu hari nanti dapat menghasilkan pesawat penumpang turboelectric. Manajer proyek X-57 Tom Rigney mengklaim biaya operasi yang lebih rendah untuk pesawat listrik dapat diterjemahkan ke harga tiket pesawat yang lebih murah.

“Pesawat listrik lebih efisien, lebih tenang dan ramah lingkungan daripada pesawat bertenaga bahan bakar standar,” tulis Rigney melalui email. “Teknologi propulsi listrik juga memungkinkan pesawat yang lebih kecil untuk lepas landas dan mendarat secara vertikal di atap gedung atau tempat parkir, membuatnya lebih mudah diakses untuk diterapkan oleh taksi udara dan pesawat komuter.”

Uji coba akan berlangsung dalam empat tahap, dimulai dari uji coba mesin listrik hingga pesawat modifikasi X-57 yang sepenuhnya mengudara. Pesawat didesain dengan sayap eksperimental panjang untuk memberikan lebih banyak gaya angkat, dua motor listrik di ujung sayap untuk propulsi dan 12 motor listrik yang lebih kecil untuk memberikan kecepatan maksimal saat tinggal landas. NASA juga melatih pilot dalam simulator untuk menerbangkan pesawat listrik dan membangun baterai lithium-ion 860 pon sebagai penggerak motor.

Peneliti Utama X-57 Sean Clarke mengatakan beberapa teknologi baterai berasal dari desain yang dikembangkan NASA untuk Stasiun Luar Angkasa Internasional.

“Teknologi NASA membantu memastikan tidak ada gangguan dalam sistem baterai dan tidak meningkatkan risiko keamanan pesawat,” tulis Clarke melalui email. “Pesawat X-57 Maxwell menggunakan motor listrik yang telah disesuaikan dengan daya dan kecepatan standar, serta tidak memerlukan pengembangan teknologi baru.”

Ditulis oleh: Kent German, www.cnet.com

Sumber: How NASA makes your airplane flights better than ever

Artikel terkait: 6 Penemuan yang Dilahirkan dari Teknologi Antariksa

#terimakasihgoogle