Menggerakkan pesawat luar angkasa dengan energi surya mungkin tidak terlihat sebagai tantangan, mengingat seberapa intens cahaya Matahari bisa terasa di Bumi. Pesawat luar angkasa di dekat Bumi menggunakan panel surya besar untuk menangkap energi Matahari yang diperlukan untuk menjalankan sistem komunikasi dan perangkat ilmiah mereka. Namun, semakin jauh Anda pergi ke luar angkasa, semakin lemah cahaya Matahari dan semakin tidak berguna untuk menggerakkan sistem dengan panel surya. Bahkan di sistem surya bagian dalam, pesawat luar angkasa seperti penjelajah bulan atau Mars membutuhkan sumber daya listrik alternatif. Sebagai seorang ahli astrofisika dan profesor fisika, saya mengajar kursus teknik kedirgantaraan tingkat senior tentang lingkungan luar angkasa. Salah satu pelajaran kunci yang saya tekankan kepada siswa saya adalah seberapa tidak ramahnya luar angkasa. Di lingkungan ekstrem ini di mana pesawat luar angkasa harus tahan terhadap teriknya letusan matahari yang intens, radiasi, dan perubahan suhu dari ratusan derajat di bawah nol hingga ratusan derajat di atas nol, insinyur telah mengembangkan solusi inovatif untuk memberdayakan beberapa misi luar angkasa yang paling terpencil dan terisolasi. Jadi bagaimana insinyur memberdayakan misi di ujung terluar sistem surya kita dan di luar itu? Solusinya adalah teknologi yang dikembangkan pada tahun 1960 berdasarkan prinsip ilmiah yang ditemukan dua abad yang lalu: generator termoelektrik radioisotop, atau RTG. RTG pada dasarnya adalah baterai berdaya nuklir. Tetapi berbeda dengan baterai AAA di remote TV Anda, RTG dapat menyediakan daya selama beberapa dekade saat berada ratusan juta hingga miliaran mil dari Bumi. Energi nuklir Generator termoelektrik radioisotop tidak bergantung pada reaksi kimia seperti baterai di ponsel Anda. Sebaliknya, mereka bergantung pada peluruhan radioaktif unsur untuk menghasilkan panas dan akhirnya listrik. Meskipun konsep ini terdengar mirip dengan pembangkit listrik nuklir, RTG bekerja berdasarkan prinsip yang berbeda. Sebagian besar RTG dibangun menggunakan plutonium-238 sebagai sumber energi mereka, yang tidak dapat digunakan untuk pembangkit listrik nuklir karena tidak dapat mempertahankan reaksi fisi. Sebaliknya, plutonium-238 adalah unsur yang tidak stabil yang akan mengalami peluruhan radioaktif. Peluruhan radioaktif, atau peluruhan nuklir, terjadi ketika inti atom yang tidak stabil secara spontan dan acak mengeluarkan partikel dan energi untuk mencapai konfigurasi yang lebih stabil. Proses ini sering kali menyebabkan elemen berubah menjadi elemen lain, karena inti dapat kehilangan proton. Plutonium-238 mengalami peluruhan menjadi uranium-234 dan mengeluarkan partikel alfa, terdiri dari dua proton dan dua neutron. Ketika plutonium-238 mengalami peluruhan, ia mengeluarkan partikel alfa, yang terdiri dari dua proton dan dua neutron. Ketika plutonium-238, yang dimulai dengan 94 proton, melepaskan partikel alfa, ia kehilangan dua proton dan berubah menjadi uranium-234, yang memiliki 92 proton. Partikel alfa ini berinteraksi dengan dan mentransfer energi ke material yang mengelilingi plutonium, yang memanaskan material itu. Peluruhan radioaktif plutonium-238 melepaskan energi yang cukup sehingga dapat memancarkan merah dari panasnya sendiri, dan itulah panas yang kuat itu adalah sumber energi untuk memberdayakan RTG. Sumber panas nuklir untuk penjelajah Mars Curiosity dibungkus dalam cangkang grafit. Bahan bakar berpendar merah panas karena peluruhan radioaktif plutonium-238. Panas sebagai daya Generator termoelektrik radioisotop dapat mengubah panas menjadi listrik menggunakan prinsip yang disebut efek Seebeck, ditemukan oleh ilmuwan Jerman Thomas Seebeck pada tahun 1821. Sebagai manfaat tambahan, panas dari beberapa jenis RTG dapat membantu menjaga elektronik dan komponen lain dari misi luar angkasa yang dalam tetap hangat dan berfungsi dengan baik. Dalam bentuk dasarnya, efek Seebeck menggambarkan bagaimana dua kawat dari bahan konduktif yang berbeda yang digabungkan dalam lingkaran menghasilkan arus dalam lingkaran itu ketika terkena perbedaan suhu. Efek Seebeck adalah prinsip di balik RTG. Perangkat yang menggunakan prinsip ini disebut pasangan termoelektrik, atau termokopel. Termokopel ini memungkinkan RTG menghasilkan listrik dari perbedaan suhu yang dihasilkan oleh panas peluruhan plutonium-238 dan dinginnya ruang angkasa. Desain generator termoelektrik radioisotop Dalam generator termoelektrik radioisotop dasar, Anda memiliki wadah plutonium-238, disimpan dalam bentuk dioksida plutonium, seringkali dalam keadaan keramik padat yang memberikan keamanan tambahan dalam kejadian kecelakaan. Material plutonium dikelilingi oleh lapisan insulasi foil pelindung tempat sejumlah besar termokopel terpasang. Seluruh perakitan berada di dalam pelindung aluminium. Bagian dalam RTG dan satu sisi termokopel dijaga tetap panas – mendekati 1.000 derajat Fahrenheit (538 derajat Celsius) – sementara bagian luar RTG dan sisi lain termokopel terkena ruang angkasa. Lapisan luar ini yang menghadap ruang dapat sejauh beberapa ratus derajat Fahrenheit di bawah nol. Perbedaan suhu yang kuat ini memungkinkan RTG mengubah panas dari peluruhan radioaktif menjadi listrik. Listrik itu memberdayakan berbagai pesawat luar angkasa, mulai dari sistem komunikasi hingga instrumen ilmiah hingga penjelajah di Mars, termasuk lima misi NASA saat ini. Tapi jangan terlalu bersemangat untuk membeli RTG untuk rumah Anda. Dengan teknologi saat ini, mereka hanya dapat menghasilkan beberapa ratus watt daya. Itu mungkin cukup untuk memberi daya pada laptop standar, tetapi tidak cukup untuk bermain game video dengan GPU yang kuat. Namun, untuk misi luar angkasa jauh, itu cukup. Manfaat nyata dari RTG adalah kemampuannya untuk memberikan daya yang dapat diprediksi dan konsisten. Peluruhan radioaktif plutonium konstan – setiap detik setiap hari selama beberapa dekade. Selama sekitar 90 tahun, hanya setengah plutonium dalam RTG akan terurai. Sebuah RTG tidak memerlukan bagian yang bergerak untuk menghasilkan listrik, yang membuatnya jauh lebih sedikit kemungkinan rusak atau berhenti berfungsi. Selain itu, mereka memiliki catatan keselamatan yang sangat baik, dan dirancang untuk bertahan dalam penggunaan normal mereka dan juga aman dalam kejadian kecelakaan. RTG di aksi RTG telah menjadi kunci kesuksesan banyak misi tata surya dan luar angkasa NASA. Penjelajah Mars Curiosity dan Perseverance serta wahana antariksa New Horizons yang mengunjungi Pluto pada tahun 2015 semuanya menggunakan RTG. New Horizons sedang bepergian keluar dari sistem surya, di mana RTG-nya akan memberikan daya di tempat panel surya tidak bisa. Namun, tidak ada misi yang menangkap kekuatan RTG seperti misi Voyager. NASA meluncurkan wahana antariksa kembar Voyager 1 dan Voyager 2 pada tahun 1977 untuk mengunjungi sistem surya bagian luar dan kemudian melakukan perjalanan melampaui batas itu. Setiap wahana dilengkapi dengan tiga RTG, memberikan total 470 watt daya saat peluncuran. Sudah hampir 50 tahun sejak peluncuran wahana Voyager, dan keduanya masih misi ilmiah aktif, mengumpulkan dan mengirimkan data kembali ke Bumi. Voyager 1 dan Voyager 2 berjarak sekitar 15,5 miliar mil dan 13 miliar mil (hampir 25 miliar kilometer dan 21 miliar kilometer) dari Bumi, masing-masing, menjadikannya benda buatan manusia paling jauh yang pernah ada. Bahkan pada jarak yang ekstrim ini, RTG mereka masih memberikan daya yang konsisten. Wahana antariksa ini adalah bukti dari kecerdasan para insinyur yang pertama kali merancang RTG pada awal tahun 1960-an. Benjamin Roulston, Asisten Profesor Fisika, Universitas Clarkson. Artikel ini dipublikasikan kembali dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel aslinya.
