Sampah Antariksa yang Jatuh di Tepi Kaldera Purba

Sebuah benda logam yang aneh dilaporkan jatuh dari langit pada Selasa 18 Juli 2017 Tarikh Umum (TU) pada satu tempat di pesisir timur Danau Maninjau.

Danau Maninjau adalah kaldera purba Gunung Maninjau yang terbentuk sekitar 52.000 tahun silam dalam letusan dahsyat yang memuntahkan material letusan sebanyak 200 hingga 250 kilometer3, letusan terdahsyat kedua di tanah Sumatera sepanjang sejarahnya setelah Letusan Toba Muda 74.500 tahun silam.

 

Titik lokasi jatuhnya benda langit aneh tersebut terletak di sekitar koordinat 0º 27' 07" LS 100º 13' 16" BT. Titik ini secara fisik terletak di depan Kantor pos Jorong Kubu, yang secara administratif menjadi bagian nagari Sungai Batang, kecamatan Tanjungraya, Kabupaten Agam (propinsi Sumatra Barat).

 Lokasi ini terletak tepat di jalan raya yang relatif ramai, sehingga peristiwa jatuhnya benda logam aneh tersebut sontak menggamit perhatian banyak insan. Foto-foto yang dipublikasikan di media sosial, misalnya oleh Andri Piliang (diunggah pukul 09:39 WIB) menyajikan kesan bahwa benda tersebut jatuh mencium Bumi sebelum pukul 09:30 WIB.  

Benda logam aneh tersebut berbentuk sferis (membulat), atau lebih tepatnya ellipsoid (mirip telur). Sumbu panjangnya adalah 110 sentimeter sementara sumbu pendeknya 55 sentimeter. Bagian dalamnya berongga sementara di salah satu ujungnya terdapat lubang pipa, yang mengesankan bahwa benda logam ini adalah sejenis tanki. Bobotnya ringan, yakni hanya 7,4 kilogram. Saat menimpa titik jatuhnya, terbentuk sebuah cekungan kecil di tanah namun tanpa adanya bekas-bekas terbakar.

aneh di tepi Danau Maninjau, yakni pada pinggiran jalan beraspal di depan kantor pos Jorong Kubu, nagari Sungai Batang. Titik jatuh ditandai oleh cekungan kecil produk benturan yang memperlihatkan jejak tekanan kuat pada lapisan aspal disekelilingnya tanpa ada jejak terbakar. Sumber: Andri Piliang, 2017.

 Gambar 2. Lokasi jatuhnya benda logam 

Ciri-ciri benda logam aneh tersebut tak konsisten dengan komponen pesawat terbang umumnya. Sebaliknya saat dibandingkan dengan sejumlah komponen roket, terdapat kemiripan. Sepintas lalu benda logam aneh ini menyerupai bagian roket Soyuz A-2/SL-4 milik Rusia yang jatuh sebagai sampah antariksa di Lampung pada 16 April 1988 TU silam dan kini di-display di Pusat Sains dan Teknologi Antariksa LAPAN Bandung. Dengan kemiripan ini dapat diduga bahwa benda logam aneh yang jatuh dari langit dan mendarat di tepi Danau Maninjau itu adalah sebuah sampah antariksa. Dalam kosakata resmi di Indonesia, peristiwa ini disebut sebagai kejadian benda jatuh antariksa (BJA).

Kejadian ini merupakan peristiwa BJA kedua di Indonesia dalam kurun setahun terakhir. Sebelumnya pada 26 September 2016 TU silam terjadi peristiwa BJA di Kabupaten Sumenep (propinsi Jawa Timur), tepatnya di dua pulau kecil yakni Pulau Giligenting dan Pulau Giliraja. Analisis lebih lanjut memperlihatkan bahwa BJA di Pulau Madura tersebut disebabkan oleh jatuhnya roket Falcon 9 Full Thrust, tepatnya roket tingkat teratas (upperstage), setelah sukses mengantarkan satelit komunikasi JCSAT-16 (Jepang) ke orbit geostasioner dalam Penerbangan 28 pada 14 Agustus 2016 TU.  

Gambar 3. Perbandingan antara BJA (benda jatuh antariksa) komponen roket Soyuz A-2/SL-4 (Russia) di Lampung 16 April 1988 TU (kini tersimpan di Bandung) dengan benda logam aneh yang jatuh di tepi Danau Maninjau 18 Juli 2017 TU. Analisis lebih lanjut mengindikasikan benda logam aneh di tepi Danau Maninjau adalah BJA juga. Sumber: Sudibyo, 2013 & Andri Piliang, 2017.

 

Bagian Roket Long March-3A

Darimana asal sampah antariksa dalam kejadian BJA tepi Danau Maninjau?

Karena lokasi titik jatuh BJA dan waktu kejadian BJA telah diketahui, maka kita bisa melacak sampah antariksa mana yang bertanggung jawab atasnya. Yakni dengan melihat adakah sampah antariksa yang lewat di sekitar titik jatuh pada waktu kejadian. 

Pelacakan dengan menggunakan laman SatFlare menyajikan indikasi bahwa sampah antariksa tersebut adalah obyek 31116 dalam katalog NORAD (obyek 2007-011B dalam katalog internasional). Obyek ini secara fisik adalah tingkat teratas (upperstage) dari roket Long March-3A (Chang Zeng-3A) milik badan penerbangan antariksa Cina. Laman SatFlare memperlihatkan bahwa pada pukul 09:09 WIB obyek 31116 lewat di atas koordinat 0,1º LU 99,89º BT. Terhadap titik jatuh BJA di tepi Danau Maninjau, koordinat ini berjarak horizontal 148 kilometer.

Obyek 31116 ini melintas dari arah barat daya menuju ke timur laut dengan orbit ellips yang cenderung menurun dari waktu ke waktu. Dua jam sebelum jatuh, obyek 31116 masih beredar mengelilingi Bumi dengan perigee (titik terdekat ke paras Bumi) 95 kilometer dan apogee (titik terjauh dari paras Bumi) 387 kilometer pada periode orbital 89 menit.

Obyek ini memang telah diprediksi akan masuk kembali ke atmosfer Bumi (reentry) dan jatuh pada sekitar tanggal 18 Juli 2017 TU. Joseph Remis misalnya, memprakirakan obyek 31116 akan jatuh pada pukul 09:40 WIB dengan prakiraan titik jatuh di lepas pantai pesisir barat Amerika Serikat. Namun seperti umumnya prediksi reentry benda langit buatan, senantiasa terdapat ketidakpastian yang cukup besar bahkan hingga jam-jam terakhir sebelum benar-benar terjadi. Dalam prediksi Remis, ketidakpastian itu bernilai 4 jam. Sehingga obyek 31116 akan jatuh kapan saja di antara pukul 05:40 hingga pukul 13:40 WIB dengan lokasi jatuh dimana saja di antara garis lintang 53º LU hingga 53º LS yang berada di bawah lintasan benda tersebut.  

Gambar 4. BJA di Sumenep, pulau Madura, pada 26 September 2016 TU silam. Analisis memperlihatkan BJA ini merupakan sampah antariksa yang semula adalah tabung COPV (composite overwrapped pressure vessel), komponen upperstage roket Falcon 9 Full Thrust. Sumber: Tribunnews, 2016.

 

Obyek 31116 mengangkasa sejak 14 April 2007 TU silam sebagai bagian dari roket Long March-3A/Chang Zheng-3A (CZ-3A). Roket ini adalah roket angkut berat yang menjadi kuda kerja Cina sejak 1994 TU dalam mengarungi antariksa. Roket ini memiliki tiga tingkat dan secara keseluruhan menjulang setinggi 52,5 meter, berdiameter 3,4 meter dengan bobot total 241 ton. Khusus untuk upperstage-nya memiliki panjang 12,4 meter dengan diameter 3 meter dan massa total 20,9 ton.

Long March-3A membutuhkan tiga tingkat agar bisa mencapai kecepatan yang mencukupi sejak lepas landas dari paras Bumi dan terbang hingga ke ketinggian 200 hingga 300 kilometer untuk kemudian mengubah arah guna mencapai tujuan akhir sesuai dengan hukum-hukum peroketan. Baik menuju ke orbit rendah (ketinggian kurang dari 1.000 kilometer), menengah hingga geostasioner/geosinkron (ketinggian 35.780 kilometer).  Roket Long March-3A memiliki kemampuan mengangkut muatan dengan bobot hingga 6.000 kilogram ke orbit rendah dan 2.650 kilogram ke orbit geostasioner/geosinkron.

Berbeda dengan tingkat pertama dan kedua yang mesin-mesin roketnya ditenagai oleh bahan bakar Hidrazin (N2H4) dengan pengoksid Nitrogen Tetroksida (N2O4), tingkat ketiga yang juga tingkat teratas (upperstage) roket Long March-3A mengonsumsi bahan bakar Hidrogen cair (LH2) dengan pengoksid Oksigen cair (LO2).

Sepasang mesin roket kriogenik terpasang rapi di pantatnya dengan daya dorong total sebesar 16 ton dalam ruang hampa dan memiliki kemampuan untuk dimatikan dan dinyalakan kembali sesuai kebutuhan. Selain sepasang mesin roket utamanya, tingkat ketiga juga dilengkapi dengan sistem kemudi arah dan sikap yang bertumpu pada mesin-mesin roket kecil. Mesin-mesin roket kemudi tersebut bertumpu pada bahan bakar tunggal Hidrazin yang tersimpan dalam dua tanki kecil sferis bertekanan tinggi.

Gambar 5. Lintasan obyek 31116 pada jam-jam terakhirnya di antariksa beserta prakiraan lokasi dan waktu jatuhnya menurut Joseph Remis. Lokasi jatuh aktual ditambahkan kemudian. Sumber: Remis, 2017.

 

Beidou

Misi antariksa yang diemban oleh roket Long March-3A dalam peluncuran 13 April 2007 TU itu adalah mengorbitkan satelit Compass-M1 atau dikenal juga sebagai satelit Beidou-M1. Satelit ini adalah satelit eksperimental, bagian dari rencana ambisius Cina untuk mengembangkan sistem navigasi tersendiri yang dinamakan Beidou. 

Sistem navigasi berbasis satelit ini seperti halnya sistem GPS (Amerika Serikat) maupun GLONASS (Russia) yang mendunia, namun murni milik bangsa Cina sendiri. Berbeda dengan GPS dan GLONASS, konfigurasi satelit-satelit Beidou menggunakan baik orbit geostasioner,  orbit geosinkron dengan inklinasi 55º dan orbit menengah.  

Jika di awal mula hanya ada 3 satelit dalam sistem Beidou dan lebih ditujukan untuk kepentingan bangsa Cina sendiri, maka kini telah terdapat 10 satelit aktif dalam sistem Beidou dan bisa digunakan untuk kepentingan navigasi di segenap penjuru manapun. 

Cina telah menargetkan hingga tahun 2020 TU mendatang konstelasi satelit-satelit Beidou terdiri dari 5 satelit di orbit geostasioner, 3 satelit di orbit geosinkron berinklinasi 55º dan 27 satelit di orbit menengah. Untuk kepentingan sipil, Beidou menyajikan akurasi hingga 10 meter. Sebaliknya untuk kepentingan militer Cina, Beidou memberikan akurasi sampai 10 sentimeter.

Satelit Compass-M1 merupakan bagian dari sistem awal Beidou dan menjadi satelit orbit menengah pertama yang diluncurkan untuk sistem tersebut. 

Satelit ini memiliki massa 2.200 kilogram yang dilengkapi sepasang panel surya mirip sepasang sayap sebagai pemasok tenaga. Badan satelitnya berbentuk kubus dengan panjang 2,25 meter, lebar 1 meter dan tinggi 2,2 meter. Roket Long March-3A beserta Compass-M1 mengangkasa dari landasan peluncuran Xichang di propinsi Sichuan, Cina barat daya, pada 14 April 2007 TU dinihari waktu Cina (pukul 03:11 WIB). Kombinasi kinerja roket tingkat pertama dan kedua mendorong tingkat ketiga dan muatan satelitnya hingga ke ketinggian 200 kilometer.

 Gambar 6.  Struktur roket Long March-3A (Chang Zheng-3A) yang telah disederhanakan beserta bagian-bagian pentingnya. Roket ini adalah roket bertingkat tiga. BJA di tepi Danau Maninjau merupakan komponen dari tingkat ketiga/upperstage roket tersebut. Sumber: Spaceflight101, 2017.

Dari ketinggian ini pekerjaan diambil alih upperstage, setelah tingkat pertama dan kedua masing-masing dilepaskan secara berturut-turut untuk menjaga rasio massa bahan bakar dan massa total roket tetap mematuhi hukum-hukum peroketan.Upperstage Long March-3A kemudian dinyalakan hingga membentuk orbit sangat lonjong dengan perigee 200 kilometer dan apogee 21.500 kilometer. 

Begitu tiba di titik apogeenya, satelit Compass-M1 memisahkan diri dan menyalakan pendorong internalnya untuk memasuki orbitnya sendiri (perigee 21.519 kilometer, apogee 21.545 kilometer dan inklinasi 55,3º).  Saat proses ini terjadi maka praktis upperstage Long March-3A itu tidak dibutuhkan lagi dan berubah peran menjadi sampah antariksa nomor 31116 menurut kataog NORAD.

Pada awal mulanya, sampah antariksa ini menempati orbit sangat lonjong. Data posisi pada 14 April 2007 TU pukul 14:00 WIB menunjukkan obyek 31116 ini berada pada orbit dengan perigee 245 kilometer, apogee 21.459 kilometer, inklinasi 54,9º dan periode orbital 375 menit (6 jam 15 menit). Namun orbit ini sangat takstabil, terutama karena sebagian diantaranya (yakni yang berada di sekitar titik perigee) sejatinya berada di lapisan atmosfer bagian atas. 

Sehingga obyek 31116 senantiasa bergesekan dengan molekul-molekul udara saat melintas dengan kecepatan 7,76 km/detik di titik perigee-nya. Pergesekan ini lambat laun menurunkan kecepatan obyek 31116, sehingga berimplikasi pada berubahnya orbit menjadi cenderung lebih sirkular dengan ketinggian kian menurun. Hal ini berlangsung terus-menerus, sehingga lebih dari sepuluh tahun kemudian tepatnya pada 12 Juli 2017 TU pukul 22:00 WIB, orbitnya telah berubah total dengan perigee 110 kilometer, apogee 2.607 kilometer, inklinasi 54,7º dan periode orbital 113 menit (1 jam 53 menit).    

Gambar 7. Saat-saat roket Long March-3A yang mengangkut satelit Compass-M1 untuk sistem navigasi Beidou mengangkasa dari landasan peluncuran Xichang pada 14 April 2007 TU fajar waktu Cina (pukul 03:11 WIB). Nampak upperstage, yang di kemudian hari mengalami reentry di atas Indonesia bagian barat. Sumber: Cina Satellite Navigation Office, 2010.

 

Reentry

Seperti halnya yang dialami sampah-sampah antariksa sebelumnya, obyek 31116 juga menjalani proses reentry serupa. Begitu mulai menyentuh ketinggian 104 kilometer, reentry pun terjadilah. 

Sampah antariksa itu sontak mengalami deselerasi (perlambatan) yang besar sehingga ketinggiannya kian menurun. Pada saat yang sama besarnya deselerasi, yang bisa mencapai 20G, membuat struktur obyek 31116 pun hancur berantakan. Komponen-komponennya terlepas dan melejit sendiri-sendiri.

Pada saat yang sama, masih tingginya kecepatan obyek 31116 menghasilkan tekanan ram yang sangat kuat, persis seperti halnya yang diciptakan bongkahan pecahan asteroid maupun remah-remah komet.  Komponen yang lemah dihancurkan oleh besarnya tekanan ram dan dipaksa mengalami sublimasi hingga berubah menjadi uap. Sementara komponen yang lebih kuat lebih mampu bertahan. Inilah yang mendarat di paras Bumi sebagai BJA di tepi Danau Maninjau. Perbandingan dengan komponen upperstage Long March-3A mengindikasikan bahwa BJA ini merupakan tanki Hidrazin. Tanki ini memasok bahan untuk sistem kemudi arah dan sikap.

Upperstage Long March-3A memiliki massa kosong (tanpa bahan bakar) 2.740 kilogram. Pada umumnya 10 % dari massa sebuah sampah antariksa akan bertahan selama melewati proses reentry dan mendarat di paras Bumi. Dengan demikian terdapat setidaknya 20 kilogram massa yang selamat dari jatuhnya obyek 31116.

BJA di tepi Danau Maninjau memiliki massa 7,4 kilogram, angka yang cukup dekat dengan perkiraan tersebut. Pada umumnya sisa-sisa sampah antariksa yang jatuh ke paras Bumi menempati sebuah daerah sempit sangat lonjong yang bentuknya mirip cerutu dengan panjang 200 hingga 250 kilometer. Dengan demikian komponen-komponen obyek 31116 mungkin berjatuhan ke arah timur laut dari Danau Maninjau, yakni hingga ke sebelah utara kota Pekanbaru (propinsi Riau).

Gambar 8. Kiri: prakiraan lintasan sampah antariksa obyek 31116 dalam jam-jam terakhirnya menurut data posisi terakhir sebelum mengalami reentry (garis putus-putus). Bandingkan dengan lintasan aktualnya (garis takputus berpanah) hingga jatuh di tepi Danau Maninjau (tanda bintang). Kurva ellips putus-putus menunjukkan prakiraan area tempat sisa-sisa obyek 31116 kemungkinan jatuh, khususnya bagian-bagian yang lebih ringan. Kanan: titik jatuh tanki Hidrazin bagian dari obyek 31116. Diolah berdasarkan data SatFlare. Sumber: Sudibyo, 2017 dengan basis Google Earth dan Google Maps.

 

Sampah antariksa merupakan efek samping yang belum bisa dielakkan dari teknologi eksplorasi dan eksploitasi antariksa. Dan khusus untuk Indonesia, sebagai negara terbesar di kawasan khatulistiwa', resiko dijatuhi sampah antariksa relatif tinggi. Sebab lebih banyak satelit yang ditempatkan di orbit geostasioner dibanding orbit yang lain. 

Sementara orbit ini terletak tepat di atas garis khatulistiwa'. Hingga umat manusia bisa menemukan cara untuk mereduksi jumlah sampah antariksa tanpa harus mengurangi intensitas eksplorasi dan eksploitasi antariksa, maka problem semacam ini akan selalu menghantui Indonesia.  

Referensi :

Dikutip sepenuhnya dari laman Ekliptika dengan judul yang sama. Ekliptika adalah bog pribadi penulis.