Misi Artemis 2 Berhasil Kembali ke Bumi, 4 Astronot Artemis 2 Kelilingi Bulan
Misi Artemis II milik NASA sukses membawa empat astronot terbang mengelilingi Bulan dan kembali ke Bumi dengan selamat pada awal April 2026.
Inilah penerbangan berawak pertama yang menembus jauh melampaui orbit Bumi sejak misi Apollo 17 pada 1972.
Keempat astronot Artemis II, yaitu Reid Wiseman, Victor Glover, Christina Koch, dan Jeremy Hansen, menumpang pesawat Orion dan menempuh perjalanan sekitar 685 ribu mil dalam waktu kurang lebih 10 hari.
Pertanyaannya, bagaimana fisika sebenarnya membawa manusia ke bulan? YUKK kita bahas
Artemis II dan Kalender Misi NASA Menuju Bulan
Artemis I pada 2022 menjadi uji terbang tanpa awak untuk menguji pesawat Orion. Artemis II pada 2026 adalah penerbangan berawak yang mengelilingi Bulan tanpa mendarat, dan misi inilah yang baru saja sukses.
Artemis III pada 2027 dijadwalkan menguji wahana pendarat di orbit tanpa menjejak Bulan. Artemis IV pada 2028 ditargetkan menjadi pendaratan berawak di permukaan Bulan.
Empat astronot Artemis II, yaitu Reid Wiseman sebagai komandan, Victor Glover sebagai pilot, serta Christina Koch dan Jeremy Hansen sebagai spesialis misi, menumpang pesawat Orion yang dijuluki Integrity.
Misi NASA ke bulan ini menempuh lintasan free return, yaitu jalur yang memanfaatkan gravitasi Bumi dan Bulan agar pesawat otomatis kembali ke Bumi.
Bagaimana Fisika Membawa Manusia ke Bulan dan 8 Tahap Artemis II
Penerbangan Artemis II terbagi menjadi delapan tahap. Mulai dari peluncuran (launch), manuver menaikkan orbit (raise manoeuvres), operasi pendekatan (proximity operations), pemeriksaan sistem pendukung kehidupan (life systems check), injeksi translunar (translunar injection) yang mendorong pesawat keluar dari orbit Bumi menuju Bulan, terbang lintas Bulan (lunar flyby), penerbangan pulang (inbound flight), dan terakhir masuk kembali ke atmosfer lalu mendarat di laut (reentry and splashdown).
Baca Juga Bandar Antariksa Biak Resmi Ditetapkan di Kabupaten Biak, Ini Alasan Strategisnya
Hukum Gravitasi Newton, Kunci Perjalanan ke Bulan
Besar gaya gravitasi antara dua benda dirumuskan Newton sebagai
F = G Mm/r²
dengan G tetapan gravitasi, M dan m massa kedua benda, serta r jarak antarpusatnya. Dalam bentuk vektor, gaya ini selalu menarik ke dalam menuju pusat, sehingga ditulis
F (vektor) = negatif G Mm/r³ r (vektor)
Tanda negatif berarti arah gaya menuju pusat Bumi. Dengan hukum kedua Newton F = ma, dan percepatan adalah turunan kedua posisi terhadap waktu, kita gabungkan keduanya menjadi
r̈ = negatif GM r (vektor)/r³
Yang menentukan kekuatan tarikan adalah nilai GM tiap benda. Untuk Bumi, GM bernilai 398.600 km³/s², sedangkan untuk Bulan GM bernilai 4.902,8 km³/s².
Dua angka inilah yang dipakai NASA untuk menghitung lintasan Artemis II secara presisi.
Menggambarkan Orbit dengan Koordinat Polar
Karena orbit berbentuk melengkung, cara paling rapi menggambarkannya adalah koordinat polar, yang memakai jarak r dan sudut θ.
Sebelum lanjut, tanda titik di atas huruf berarti laju perubahan terhadap waktu. Satu titik menandakan kecepatan, dua titik menandakan percepatan.
Posisi pesawat ditulis r (vektor) = r ê_r, dengan ê_r vektor satuan arah radial. Kecepatannya menjadi
v (vektor) = ṙ ê_r + r θ̇ ê_θ
dan percepatannya menjadi
a (vektor) = (r̈ dikurangi r θ̇²) ê_r + (r θ̈ + 2 ṙ θ̇) ê_θ
Suku pertama disebut komponen radial dan suku kedua disebut komponen tangensial. Karena gravitasi hanya menarik sepanjang arah radial menuju pusat, komponen tangensialnya bernilai nol.
Baca Juga Gempa Venezuela Tewaskan 1.430 Orang, 5 Guncangan Besar dalam 24 Jam
Kekekalan Momentum Sudut
Karena komponen tangensial sama dengan nol, kita peroleh r θ̈ + 2 ṙ θ̇ = 0. Bila kedua ruas dikalikan r, hasilnya r² θ̈ + 2 r ṙ θ̇ = 0, yang ternyata persis sama dengan laju perubahan terhadap waktu dari besaran r² θ̇. Dengan kata lain
r² θ̇ = h = konstan
Besaran h yang tetap ini disebut kekekalan momentum sudut. Inilah alasan sebuah benda yang mengorbit tidak melambat begitu saja, dan prinsip yang sama menjaga Orion tetap melaju rapi dalam jalurnya mengelilingi Bulan.
Kenapa Planet Tidak Jatuh ke Matahari
Sekarang kita tinjau komponen radialnya. Dengan memasukkan gravitasi, persamaannya menjadi
r̈ dikurangi r θ̇² = negatif GM/r²
Persamaan ini menyimpan jawaban atas pertanyaan klasik, kenapa planet tidak jatuh ke matahari. Tarikan gravitasi memang menarik ke dalam, tetapi gerak melingkar benda menghasilkan efek yang mengimbanginya, sehingga benda terus mengorbit tanpa tertarik jatuh.
Untuk menyelesaikannya, kita pakai pemisalan u = 1/r dan mengingat bahwa r² θ̇ = h.
Mengubah Persamaan dengan Substitusi u sama dengan 1 per r
Dengan pemisalan tadi, kecepatan sudut menjadi θ̇ = h/r² = h u². Lewat aturan rantai, laju perubahan r terhadap waktu dapat ditulis ulang dalam sudut θ, dan hasilnya
ṙ = negatif h du/dθ
Bila diturunkan sekali lagi untuk mendapat percepatan radial, kita peroleh
r̈ = negatif h² u² d²u/dθ²
Bentuk ini terlihat lebih ringkas dan, yang lebih penting, siap disubstitusikan kembali ke persamaan komponen radial agar lebih mudah diselesaikan.
Persamaan Orbit dan Solusinya
Setelah hasil tadi dimasukkan ke persamaan radial dan disederhanakan, semua suku yang rumit saling menghapus dan menyisakan bentuk yang sangat bersih
d²u/dθ² + u = GM/h²
Bentuk ini sama persis dengan persamaan osilator harmonik yang sangat terkenal di fisika, sehingga solusinya berupa fungsi kosinus
u(θ) = GM/h² (1 + e cosθ)
dengan e disebut eksentrisitas yang menentukan seberapa lonjong orbitnya. Karena u = 1/r, kita balik untuk memperoleh persamaan orbit yang sesungguhnya
r(θ) = h²/GM × 1/(1 + e cosθ)
Persamaan inilah yang menggambarkan bentuk lintasan, yang umumnya berupa elips. Dari satu persamaan ini, seluruh jalur Orion mengelilingi Bulan bisa diramalkan.
Kenapa Orbit Benda Langit Melengkung
Setelah memiliki r(θ), kita bisa menerjemahkannya ke koordinat biasa x dan y untuk menggambar lintasannya di layar.
Hasilnya berupa kurva, dan itulah alasan kenapa orbit benda langit melengkung, bukan garis lurus. Pesawat seperti Orion pun mengikuti pola melengkung yang sama. Posisinya dapat ditulis
x = h²/GM × cosθ/(1 + e cosθ) y = h²/GM × sinθ/(1 + e sinθ)
Sementara itu, kecepatan dalam arah radial dan tangensial menjadi v_r = GM/h × e sinθ dan v_θ = GM/h × (1 + e cosθ). Dari sini kita tinggal selangkah lagi menuju simulasi.
Komponen Kecepatan dan Simulasi Numerik
Langkah terakhir adalah menuliskan kecepatan dalam komponen x dan y, yaitu
v_x = negatif GM/h × sinθ v_y = GM/h × (e + cosθ)
Dengan posisi dan kecepatan yang sudah dinyatakan sebagai fungsi sudut θ, komputer dapat menjalankan simulasi numerik untuk melacak titik demi titik perjalanan Orion mengelilingi Bulan dan kembali ke Bumi.
Inilah rangkaian fisika yang sesungguhnya membawa para astronot Artemis II menembus ruang angkasa, mengelilingi Bulan, lalu pulang dengan selamat.
Dari hukum gravitasi Newton yang sederhana, lahir persamaan orbit yang mampu memandu misi NASA sejauh ratusan ribu mil dari Bumi.
Catatan, sebagian penurunan rumus di artikel ini disederhanakan untuk tujuan edukasi agar mudah dipahami pembaca umum, dan nilai sebenarnya yang dipakai NASA jauh lebih rinci serta memperhitungkan banyak faktor tambahan.
Jika penjelasan dari artikel di atas masih kurang mengerti YUKK tonton videonya di sini
