Terraforming

Terraforming adalah suatu proses yang masih bersifat hipotesis, yaitu tentang pengubahan suatu planet dan faktor-faktor kehidupan seperti atmosfer, temperatur, dan ekologi agar sesuai dengan bumi atau setidaknya bisa ditinggali oleh manusia. Kata lain dari Terraforming adalah Planetary Engineering. Para ilmuwan NASA telah mencari kemungkinan untuk merealisasikan terraforming, mengingat temperatur bumi yang mulai meninggi dan mungkin tidak akan bisa ditinggali oleh manusia lagi. Target awal NASA yang paling mungkin adalah tetangga terdekat bumi, Mars.
Awal pemikiran dari Terraforming secara sains berasal dari Carl Sagan, yang berimaginasi bahwa dengan mengirim alga ke planet Venus akan mengurangi jumlah karbon dioksida dari atmosfer planet tersebut. Idenya ditulis di majalah Science tahun 1961. Kondisi atmosfer bumi 3 milyar tahun lalu juga memiliki banyak kandungan gas koarbon dioksida, namun dengan kemunculan alga biru dan uap air, mengubah atmosfer bumi dengan begitu drastis.
Di tahun 1985, Martyn J. Fogg mempublikasikan beberapa artikel tentang Terraforming. Di tahun 1991, ia juga menjadi editor full time tentang rubrik Terraforming di Journal of the British Interplanetary Society, dan di tahun 1985 ia mempublikasikan buku berjudul Terraforming: Engineering Planetary Environments. Ia membagi subjek ilmu Terraforming menjadi 4:

• Planetary Engineering: Teknologi aplikasi yang bertujuan mempengaruhi properti planet secara global.

• Geoengineering: Planetary Engineering yang teraplikasi khusus untuk bumi, Menyangkut semua parameter global seperti efek rumah kaca, komposisi atmosfer, dan insulasi.

• Terraforming: Proses dari Planetary Engineering, terarah secara spesifik pada peningkatan kapasitas dari kondisi lingkungan planet lain di luar bumi untuk mensuport kehidupan yang diketahui manusia. Terraforming tingkat tinggi akan menciptakan pengubahan biosphere planet yang nantinya akan bisa ditinggali oleh manusia.
  

• Astrophysical Engineering: Dibuat untuk mewujudkan tujuan dari aktifitas yang telah disebutkan, berhubungan dengan kehidupan masa depan yang nantinya akan menciptakan skala yang lebih besar dari pada Planetary Engineering 'konvensional'.
  

Fogg juga menciptakan definisi dari seberapa baik suatu planet bisa ditinggali:

• Habitable Planet (HP): Planet dengan lingkungan yang sangat mirip dengan bumi dan menciptakan kenyamanan bagi manusia untuk tinggal di bumi.

• Biocompatible Planet (BP): Planet dengan unsur-unsur kehidupan yang bisa menyokong suatu kehidupan seperti kehidupan di bumi. Jika tidak ditemukan kehidupan, maka planet itu bisa menjadi suatu biosfer yang mungkin cukup kompleks tanpa perlu dilakukan terraforming.
  

• Easily Terraformable Planet (ETP): Sebuah planet yang sedikit mendekati BP, atau dimungkinkan untuk ditinggali dan dipertahankan sehingga dengan teknik Planetary Engineering dan dengan sumber daya terbatas dari suatu kapal luar angkasa atau robot misi.
  

Fogg menyatakan bahwa planet Mars dulunya terdapat kehidupan, tetapi tidak lagi dikategorikan dengan tiga definisi yang ia sebut di atas, hanya bisa dilakukan Terraforming tingkat tinggi.

Pendiri Mars Society, Robert Zubrin menciptakan rencana untuk misi mars yang dinamakan Mars Direct yang diciptakan untuk menciptakan keberadaan manusia yang permanen di planet tersebut dan mendorong dilakukannya Terraforming. Alasan utama dilakukannya Terraforming adalah penciptaan ekologi untuk mensupport kehidupan manusia. Bagaimanapun juga, beberapa peneliti percaya habitat di luar angkasa akan memberikan alasan ekonomi lebih untuk mensupport kolonisasi di luar angkasa. Jika riset tentang nanoteknologi dan proses kimia tingkat tinggi lainnya berlanjut, akan dimungkinkan melakukan Terraforming pada suatu planet pada hitungan abad. Dan di sisi yang lain, ini mungkin akan menjadi alasan untuk memodifikasi setidaknya sedikit tentang suatu jenis kehidupan lain yang bisa kita tinggali.

YANG DIPERLUKAN UNTUK MENYOKONG KEHIDUPAN
Persyaratan absolute untuk menciptakan kehidupan adalah sumber energi, tetapi hal penting lainnya dalam menciptakan suatu kehidupan di suatu planet adalah faktor geofisika, geokimia, dan astrofisika yang harus diketahui terlebih dahulu sebelum dinyatakan mampu menyokong kehidupan. Syarat suatu planet bisa mensupport kehidupan adalah:

• Memiliki bintang yang jaraknya cukup dibandingkan dengan energi yang dikeluarkan bintang tersebut.

• Sudah ada selama miliaran tahun untuk memberi kesempatan pada planet tersebut untuk membentuk suatu keadaan yang sedikit menyokong kehidupan, dan mungkin menciptakan kehidupannya sendiri.
  

• Memancarkan cukup radiasi ultra violet untuk memulai dinamika atmosfer untuk menciptakan formasi ozon, tetapi tidak terlalu banyak ionisasi yang bisa membunuh kehidupan.

• Air ada pada permukaannya. Air adalah sumber utama kehidupan.

• Planet itu memiliki massa yang cukup. Massa yang terlalu kecil memiliki gravitasi yang lebih rendah yang membuat keberadaan atmosfer menjadi hampir tidak mungkin meski global magnetic bisa memainkan peran penting dalam menciptakan keberadaan atmosfer. Adapun dengan planet yang beratmosfer yang tebal miskin materi yang penting untuk menciptakan materi biokimia dasar, memiliki sedikit insulasi, dan miskin transfer kalor dari permukaan (seperti mars yang beratmosfer tipis akan memiliki temperatur yang lebih dingin dari pada bumi jika mereka dalam jarak yang sama) dan rendah perlindungan terhadap serangan dari luar angkasa, dalam bentuk materi (meteor) ataupun energi (radiasi).
  

• Memiliki empat elemen yang vital bagi kehidupan di bumi: Karbon, Hidrogen, Oksigen, dan Nitrogen.

BEBERAPA CONTOH BENDA LANGIT YANG MUNGKIN BISA DIJADIKAN SASARAN TERRAFORMING

• Mars
  

Kandidat terbaik, meski masih diperdebatkan bahwa berapa lama iklim yang telah berubah bisa dipertahanan setelah dilakukan Terraforming. Sangat mungkin bahwa Mars dengan skala waktu geologinya, entah dalam setiap puluhan atau ratusan juta tahun, bisa kehilangan atmosfer dan unsur airnya lagi. Tapi diyakini bahwa Mars mungkin pernah memiliki lingkungan seperti Bumi, dengan atmosfer yang lebih tebal dan keberadaan air yang melimpah yang telah hilang selama ratusan juta tahun berjalan. Mekanisme yang pasti tentang kehilangan itu belum diketahui, meski sejumlah mekanisme hipotetis telah diajukan. Kurangnya magnetosfer memungkinkan solar wind mengerosi atmosfer, dan gravitasi yang relatif lebih rendah mempercepat menipisnya atmosfer Mars. Dan sedikitnya lempeng tektonik adalah kemungkinan lainnya yang mencegah proses daur ulang atmosfer dengan gas yang terkurung di dalam perut Mars.
Inti Planet Mars tersusun terutama oleh besi, yang memungkinkan terbentuknya magnetosfer seperti bumi. Tetapi dengan mendinginnya inti planet Mars mengakibatkan magnetosfer menipis. Hal ini juga mungkin menyebabkan permukaan planet Mars miskin aktifitas geologi yang menyebabkan permukaannya lebih dingin dari pada bumi. Memanaskan kembali inti Mars mungkin menjadi solusi. Salah satu cara, yang belum diketahui keberhasilannya karena belum dicoba, adalah menempatkan magnifying glass raksasa di luar angkasa untuk memanaskan inti planet Mars. Tetapi tetap saja ini belum terbukti keberhasilannya dan hanya usul.
Terraforming pada Mars tentang tiga hal besar: membangun atmosfer yang lebih tebal, mengurangi kada karbon dioksida pada atmosfernya, dan memanaskan inti planet Mars.

• Venus

Terraforming pada Venus melibatkan dua hal besar: menghilangkan ketebalan atmosfer planet yang mencapai 9 MPa dan mengurangi suhu tinggi dari planet tersebut. Sebagian besar atmosfer planet Venus terdiri dari karbon dioksida, yang menyebabkan tingginya suhu permukaan mencapai 500 derajat celcius. Kedua tujuan cukup berkorelasi.

• Europa

Europa adalah bulan dari Jupiter, kandidat potensial sasaran Terraforming. Satu manfaatnya adalah keberadaan air yang cukup jelas yang dengan sangat jelas mampu menyokong kehidupan. Kesulitannya adalah, Europa berada di tengah-tengah sabuk radiasi Jupiter yang besar, dan manusia bisa mati oleh radiasi tersebut dalam sepuluh menit. Diperlukan radiation delfector yang sangat besar, yang saat ini masih impractical. Europa juga membutuhkan suplai oksigen, yang mungkin bisa didapatkan dari elektrolisis air pada permukaannya.

Adaptasi Ekologi Unta

Unta adalah hewan berkuku jari genap dalam genus Camelus. Dromedary atau unta berpunuk satu asli tanah Arab, dan Bactrian adalah unta berpunuk dua. Keduanya biasa hidup di padang pasir di Asia Barat, Asia Tengah, dan Asia Timur. Dan usia hidup unta rata-rata adalah empat puluh atau lima puluh tahun.
Unta dewasa berdiri 1.85 meter (2.15 meter lewat punuk). Unta bisa berlari secepat 65 km/jam dan kecepatan optimal yang bisa dilakukannya dalam waktu lama adalah 40 km/jam.
Seperti yang diketahui, unta hidup di padang pasir yang memiliki range temperatur udara yang mampu membunuh mayoritas makhluk hidup. Selain itu, mereka mampu untuk tidak makan dan minum selama beberapa hari.
Ada banyak hal yang membuat mereka mampu beradaptasi. Salah satunya adalah punuknya. Banyak orang mengira punuknya menyimpan air, tapi sebenarnya tidak. Punuk unta menyimpan lemak khusus, yang pada suatu saat bisa diubah menjadi air dengan bantuan oksigen hasil respirasi. Satu gram lemak yang ada pada punuk unta bisa diubah menjadi satu gram air.
Kemampuan adaptasi lainnya yang luar biasa adalah, sistem respirasinya meninggalkan sedikit sekali jejak uap air. uap air yang keluar dari paru-paru diserap kembali oleh tubuhnya melalui sel khusus yang terdapat di hidung bagian dalam, membentuk kristal dan suatu saat dapat diambil.
Tubuh unta dapat bertahan hingga pada suhu 41 derajat celcius. Lebih dari itu, unta mulai berkeringat. Penguapan dari keringat yang terjadi hanya pada kulitnya, bukan pada rambutnya. Dengan cara pendinginan yang efisien itu, unta mampu menghemat air cukup banyak.
Unta mampu bertahan dengan kehilangan massa sekitar 20%-25% selama berkeringat, di mana mayoritas makhluk hidup hanya mampu bertahan hingga kehilangan massa sekitar 3%-4% sebelum terjadi gagal jantung akibat mengentalnya darah. Meski unta kehilangan banyak cairan tubuh, darahnya tetap terhidrasi, hingga batas 25% tercapai.
Ada banyak hal mengapa darah unta tidak mengental pada kondisi di mana darah mayoritas makhluk hidup sudah mengental. Sel darah merah unta berbentuk oval, bukan bulat seperti makhluk hidup lainnya. Unta juga memiliki sistem imunitas yang cukup unik. Semua mamalia memiliki antibodi berbentuk Y dengan dua rantai panjang sepanjang Y itu dengan dua rantai pendek di setiap ujung dari Y tersebut, tapi unta hanya memiliki dua rantai panjang yang menjadikannya berbentuk lebih kecil sehingga mengurangi kemungkinan darah akan mengental.
Ginjal dan usus mereka sangat efisien dalam menyaring air. Bentuk urin mereka sangat kental dan kotoran mereka sangat kering sehingga bisa langsung dibakar ketika dikeluarkan.
Sangat luar biasa unta ini. Mungkin masih banyak keajaiban alam yang belum kita temukan, bahkan pada makhluk ini.

Sejarah Alat Penunjuk Waktu

Selama ribuan tahun, berbagai alat telah digunakan untuk mengukur dan mengetahui waktu. Sistem pengukuran waktu sexagesimal sudah diketahui sejak 2000 tahun sebelum masehi di Sumer, Mesir kuno. Warga mesir kuno sudah membagi hari menjadi dua belas bagian waktu menggunakan obelisk besar untuk mengetahui gerakan matahari. Mereka juga menemukan jam air, yang mungkin pertama kali digunakan di Precinct Amun-Re, dan lalu mereka dipekerjakan oleh bangsa Yunani Kuno yang memanggil mereka clepsydrae. Dinasti Shang yang dipercaya juga menggunakan jam air di saat yang sama ketika ditemukannya jam itu, yaitu di Mesopotamia pada 2000 tahun sebelum masehi. Beberapa alat penunjuk waktu yang lainnya adalah jam lilin (candle clock) yang digunakan di China, Jepang, Inggris, dan Iraq; tongkat waktu (time stick) yang digunakan di India dan Tibet dan juga beberapa daerah di Eropa; dan jam pasir (hour glass), yang berfungsi sama seperti jam air.

Penunjuk waktu pertama sangat bergantung pada bayangan yang dihasilkan matahari, sehingga tidak begitu berfungsi dengan baik pada cuaca berawan atau di malam hari. Jam pertama yang mengabaikan matahari menggunakan sistem rotasi yang mentransfer energi rotasi menjadi gerak diskret, ditemukan di China pada abad ke 8 setelah masehi, dan insinyur islam menciptakan jam bandul pada abad ke sebelas. Jam mekanis pertama ditemukan di Eropa pada abad ke 14, dan menjadi standar penunjuk waktu bagi seluruh dunia hingga abad ke 20. Di abad ke 20, telah ditemukan quartz oscillator, lalu jam atom mengikuti. Quartz oscillators mudah diproduksi dan sangat akurat. Jam atom sangat akurat dan tidak ada yang bisa mengalahkan keakuratannya. Standar waktu dunia berpatokan pada jam atom.

Beberapa peradaban kuno berpatokan pada pergerakan benda-benda langit, umumnya bulan dan matahari untuk menentukan waktu, tanggal, dan musim. Metode sexagesimal sekarang umum di barat, yang ditemukan 4000 tahun lalu di Mesopotamia dan Mesir. System yangs ama ditemukan di Amerika kuno. Kalender pertama mungkin ditemukan pasca era glasial, para pemburu mengumpulkan tongkat dan tulang untuk menandakan fase bulan dan musim. Lingkaran batu seperti Stonehenge, yang juga dibangun beberapa yang memilki konsep sama di beberapa wilayah di Eropa yang menunjukkan titik balik matahari (solstice) dan keadaan di mana matahari berada tepat di ekuator (equinox).

Jam matahari hanya bisa menunjukkan waktu di siang hari. Jam matahari tertua terdapat di Mesir, berupa obelisk raksasa dan terbuat dari batu schist, yaitu sejenis batu metamorf. Obliesk kuno dibangun pada tahun 3500 sebelum masehi, yang juga merupakan jam tertua dan pertama di dunia.

Jam air populer pertama kali di Yunani Kuno atas petunjuk Plato yang juga sebagai penemunya. Jam air bekerja berdasarkan mengapungnya suatu bahan di atas air di dalam tangki yang diberi air secara konstan secara terus menerus melalui suatu saluran. Di pagi hari, tangki itu akan penuh dan harus diatur kembali. Sayangnya, jam air bermasalah pada temperatur. Seperti yang diketahui, air termasuk zat cair yang mudah menguap, sehingga jam air pada suatu saat akan kekurangan air sehingga tidak akurat lagi. Masalah ini pernah dipecahkan oleh ilmuwan China, Zhang Sixun dengan mengganti air dengan Mercury. Ia mengaplikasikannya pada menara jamnya yang setinggi sepuluh meter, dan jam itu dimodifikasi sehingga berbunyi setiap seperempat jam.

Jam mekanik yang pertama dibuat di Chang’an oleh Biksu Tantric dan ahli matematika Yi Xing dan petugas pemerintah Liang Lingzan. Jam ini dibuat untuk mengatasi keterbatasan jam air yang ketika itu sudah populer di sana. Prinsip kerja jam mekanik itu cukup sederhana, yaitu sama seperti jam air dalam perputarannya. Hanya saja, jam ini menggunakan energi potensial pegas. Dalam satu periode, biasanya setiap 24 jam, pegas diputar dan jam berputar dengan mekanisasi yang cukup kompleks.

Jam mekanik yang menggunakan prinsip gerakan bandul dan roda-roda bergerigi ditemukan pertama kali oleh ilmuwan-ilmuwan Islam Ibn Khalaf al-Muradi. Lalu teknologi tersebut dibawa ke Spanyol dan disebarkan ke setiap bagian benua Eropa dengan bahasa Latin dalam buku yang berisi tentang Teknologi Mekanik Muslim.

Jam lilin dipergunakan ketika tidak ada jam yang bisa dipakai untuk menunjuk waktu di malam hari. Tidak ada yang tahu pasti kapan ditemukannya jam lilin ini, tapi sejarah tentang jam lilin pertama kali disebut di puisi buatan You Jiangu pada tahun 520 M yang juga mensiratkan penggunaan jam ini di malam hari. Jam yang sama juga digunakan di Jepang hingga abad 10.

Jam dupa dipergunakan setelah masyarakat tahu bahwa jam lilin tidak akurat. Jam dupa tidak menggunakan api, tetapi hanya menggunakan arang yang terbakar di ujung dupa. Dengan asap yang sedikit dan tanpa api, jam jenis ini aman dipergunakan di dalam ruangan, dan juga lebih akurat.

Jam astronomik, biasa digunakan oleh ahli astronomi muslim di observatorium dan masjid. Jam ini bisa menggunakan jenis penggerak apapun seperti jam air (seperti yang dibuat Al Jazari pada tahun 1206) ataupun jam penggerak bandul. Yang membedakan jam ini dengan jam lain adalah pada muka penunjuk waktunya. Jam ini benar-benar mengacu pada pergerakan benda-benda langit. Berbeda pada jam peradaban lain yang mengacu pada angka-angka yang statif bagaimanapun sudut kemiringan matahari, jam ini akan mengacu pada penunjuk yang sama pada sudut kemirngan matahari yang sama sepanjang tahun. Jadi bisa dibilang, jam ini akan menunjuk titik yang sama dengan jam matahari. Banyak orang jaman dulu, terutama yang tinggal jauh dari khatulistiwa, yang bingung karena matahari tidak selalu terbit dan terbenam pada jam yang sama sepanjang tahun. Jam ini mengatasi kekurangan itu.

Pembuat jam pertama pada abad pertengahan Eropa adalah pendeta kristen, karena gereja-gereja pada masa itu sangat membutuhkan jam untuk berdoa sehari-hari dan jadwal kerja yang sangat ketat diberlakukan.

Jam pertama dari jaman mereka yang terekam dalam sejarah adalah jam buatan seorang pendeta yang akan menjadi Paus Sylvester II yang dipasang di Magdeburg, Jerman, pada tahun 995 M. Lalu, jam yang lebih canggih dibuat oleh pendeta Peter Lighfoot dari Glastonbury. Ia membuat jam tertua yang masih berdetak dan dalam keadaan yang sangat baik dan kini disimpan di Museum Sains London.

Jam yang pertama dibuat pada abad pertengahan Eropa yang menggunakan muka jam astronomik adalah jam yang dibuat oleh Richard dari Wallingford pada abad ke-14. tetapi jam itu saat ini tidak ada lagi karena dihancurkan oleh pemerintahan Henry VIII dalam kebijakannya tentang pengurangan pengaruh gereja pada pemerintahan. Tapi sang pembuat menjelaskan bahwa jam itu juga memprediksikan posisi bulan dan matahari dan gerhana matahari dan bulan secara akurat.

Pembuat jam profesional pertama datang dari perkumpulan Locksmith dan ahli perhiasan. Pembuatan jam menjadi industri massal selama beberapa tahun dengan datangnya keahlian terspesialisasi. Pembuat jam terkenal adalah Julien Le Roy dari Versailles yang memimpin pembuatan desain case yang ornamental. Paris dan Blois adalah pusat pembuatan jam pada masa itu. Le Roy sendiri adalah generasi kelima pembuat jam di Eropa. Persaingan pembuatan jam telah semakinketat dan persaingan teknologi juga demikian sehingga pencarian teknologi dan metode yang lebih akurat dalam menunjuk waktu.

Jam tangan pertama kali populer pada tahun 1904 oleh pembuat jam berkebangsaan Prancis, Louis cartier. Ia mendapatkan ide itu ketika seorang temannya, Alberto Santos- Dumont, seorang penerbang, memintanya untuk membuat jam yang lebih baik ketika dipergunakan dalam penerbangannya. Sebenarnya jam tangan sudah dibuat oleh Patek Phillipe pada tahun 1868, tapi hanya sebagai ‘jam gelang’ untuk wanita. Louis Cartier hanya menyempurnakan dan mempopulerkan jam tersebut.

Seperti teknologi lainnya, jam tangan semakin populer ketika perang dunia pertama, ketika pertempuran menjadi lebih rumit dan kordinasi antar pasukan menjadi sangat penting.

Chronometer adalah alat yang digunakan dalam perjalanan laut untuk penunjuk waktu berdasarkan garis longitude bumi. Tidak setiap titik di bumi memiliki jam yang menunjuk waktu yang sama, dan itu ditentukan oleh garis bujur/longitude. Perjalanan laut sangat membutuhkan penunjuk waktu yang akurat karena biasanya memakan jarak yang cukup jauh. Waktu standar yang mereka pergunakan ketika itu adalah Greenwich Mean Time, seperti saat ini.

Penunjuk waktu Quartz dibuat berdasarkan penelitian bertahun-tahun yang dilakukan oleh berbagai ilmuwan. Pierre Curie dan Jacques pada tahun 1880 menemukan Piezoelectrics properti dari crystal quartz. Osilator kristal quartz pertama dibuat oleh Walter G Cady dan jam Quartz pertama dibuat oleh Warren Marrison dan J. W. Horton di Bell Telephone Laboratories. Selama beberapa dekade, jam quartz mengalami penyempurnaan dari jam dengan alat penghitungan elektronik yang rumit dan adanya tube vakum yang membatasi penggunaannya di berbagai tempat karena akurasi dari jam ini. Hingga pada tahun 1932 jam Quartz pertama, yang mampu mengukur perbedaan mingguan yang kecil pada rotasi rata-rata bumi, dibuat. Dunia menggunakan acuan pada jam ini, hingga jam atom menjadi acuan jam dunia pada tahun 1969. Seiko adalah pembuat jam quartz pertama secara masal. Biaya pembuatan yang kecil dan akurasi yang tinggi membuat jam ini dipergunakan secara luas.

Jam atom adalah jam paling akurat di dunia, dengan tingkat kesalahan hanya beberapa detik dalam beberapa ribu tahun. Jam ini pertama dibuat pada tahun 1949. dulunya dibuat berdasarkan garis penyerapan oleh molekul amonia, tapi sekarang memakai perputaran atom cesium. Tingkat kesalahan jam atom cesium adalah satu per tiga puluh milyar detik per tahun. SI menyatakan bahwa satu detik adalah 9,192,631,770 putaran radiasi dari tingkat energi dua elektron spin pada keadaan standar dari atom Cesium 133. Jam atom telah menggunakan banyak bahan, mulai dari hidrogen dan uap rubidium. Jam atom hidrogen menawarkan stabilitas yang lebih baik dan wadah yang lebih kecil, sedangkan jam rubidium menggunakan lebih sedikit energi dan biaya pembuatan dan perawatan.




NB:
Dibuat oleh Sapto Andriyono, dengan kemampuan seadanya. Jadi, sorry kalau ada kesalahan, istilah yang dipakai pada artikel asli banyak yang rumit.

Mesin Ion

(English: Ion Thruster, Ion Engine)

Mesin ion adalah suatu bentul propulsi elektrik yang digunakan di penerbangan luar angkasa. Mesin ion menciptakan dorongan dengan cara mempercepat ion, menggunakan gaya elektrostatik atau elektromagnetik. Mesin ion elektrostatik menggunakan gaya Coulomb dan mempercepat ion-ion di medan listrik. Mesin ion elektromagnetik menggunakan gaya Lorentz untuk mengakselerasi ion-ion.
Gaya yang dihasilkan mesin ion lebih kecil dibandingkan dengan mesin roket biasa, tapi bisa mendapatkan impuls spesifik atau efisiensi propellan yang sangat besar.
Mesin ion membutuhkan energi yang cukup tinggi, dan dampaknya pada lingkungan dikarenakan ion-ion yang dihasilkan, mesin ion hanya diaplikasikan pada luar angkasa.

Mesin ion dieksperimenkan pertama kali oleh Robert Goddard di Clark College dari 1916-1917. Teknik eksperimen dilakukan pada keadaan mendekati vakum pada ketinggian yang cukup tinggi, tapi gaya dorong didemonstrasikan oleh hasil ionisasi arus udara pada tekanan atmosfer. Idenya muncul kembali oleh Hermann Oberth dalam bukunya, "Wege zur Raumschiffahrt” (Ways to Spaceflight), tahun 1929, di mana ia menjelaskan pemikiran menghemat massa dalam propulsi elektrik, memprediksi pada penggunaan pada luar angkasa dan menjelaskan pemercepatan elektrostatik pada gas bertekanan.

Sepertinya sudah menjadi rahasia umum bahwa teknologi hemat energi dikembangkan setelah harga bahan bakar fosil melonjak, padahal teorinya sudah ada sejak lama.

Mesin ion yang bekerja penuh pertama kali dibuat oleh Harold F Kaufmann pada tahun 1959 di fasilitas NASA Glenn. Desainnya mirip dengan desain umum dari mesin ion elektrostatik dengan mercury sebagai bahan bakarnya. Tes suborbit mesin direncanakan tahun 1960an dan pada tahun 1964 mesin itu dibawa ke penerbangan suborbit Space Electric Rocket Test 1 (SERT 1). Mesin ion sukses terbang selama 31 menit sebelum akhirnya jatuh ke bumi.

The Hall Effect Thruster dipelajari di USA dan USSR secara independen tahun 1950an dan 1960an. Tetapi konsep Hall Thruster hanya dibangun untuk mendapatkan efisiensi tinggi dan dikerjakan di Soviet. Hall Effect Thruster dioperasikan oleh Soviet sejak tahun 1972 pada satelit-satelitnya. Hingga tahun 1990 mereka menggunakannya terutama untuk menstabilkan posisi dan arah satelit. Sekitar 100 hingga 200 mesin diselesaikan oleh Soviet dan Rusia hingga akhir 1990an. Desain Ion Thruster milik Soviet/Rusia diperkenalkan ke barat pada tahun 1992 setelah tim spesialis propulsi elektrik, di bawah naungan Ballistic Missile Defense Organization, mengunjungi laboratorium milik Soviet/Rusia.

Mesin ion memanfaatkan tembakan ion (atom atau molekul yang dimuat secara elektrik) untuk menciptakan dorongan berdasarkan hukum Newton ketiga. Metode mempercepat ion berbeda-beda, tapi semuanya mengambil manfaat dari tekanan/massa rasio ion-ion. Rasio ini berati mampu menghasilkan kecepatan yang sangat tinggi dari perbedaan potensial yang relatif kecil. Ini bisa mengurangi massa reaksi atau bahan bakar yang dibutuhkan tapi meningkatkan jumlah tenaga yang dihasilkan dibandingkan dengan mesin roket biasa. Mesin ion pada akhirnya mampu menghasilkan impuls yang sangat-sangat tinggi.

Mesin ion elektrik umumnya menggunakan gas xenon, diionisasikan dengan menembakannya dengan elektron berenergi tinggi. Elektron ini bisa didapatkan dari filamen katoda yang panas dan diakselerasi di medan elektrik pada katoda menuju anoda (tipe mesin ion Kaufmann). Cara lainnya, elektron diakselerasi dengan mengosilasikan medan elektrik yang terinduksi oleh koil magnetik, yang menghasilkan penekanan yang berdiri sendiri.

Msin ion menembakan ion positif xenon saja. Dengan alasan menghindari kembalinya ion ke pesawat luar angkasa, diletakkan katoda lainnya dekat mesin yang menghasilkan elektron untuk menetrasilir ion yang ditembakkan.

Hall Effect Thruster mempercepat ion menggunakan potensial elektrik di antara anoda silindris. Bahan propelan (umumnya gas xenon atau bismuth) dibawa ke dekat anoda sehingga terionisasi, dan ion-ion tertarik ke katoda dan mempercepat diri melewatinya, mengambil elektron ketika meninggalkan mesin agar menjadi netral dan menghasilkan dorongan pada kecepatan tinggi.

Field Emission Electric Propulsion (FEEP) menggunakan teknologi yang lebih simpel, mempercepat ion logam cair untuk menciptakan dorongan. Sebagian besar desain menggunakan bahan bakar Caesium atau Indium sebagai propelan. Desain memuat sejumlah kecil reservoir propelan yang menyimpan logam cair, setetes logam cair keluar menuju cincin pemercepat. Caesium dan Indium digunakan karena massa atomnya yang cukup besar, potensial ionisasi yang rendah, dan titik lebur yang rendah. Sekali tetesan logam cair keluar menyentuh emiter, medan elektrik menyala dan cincin akselerator menyebabkan logam cair tidak stabil sehingga terionisasi, menciptakan ion positif yang bisa diakselerasikan di medan elektrik, menghasilkan dorongan. Dan ion keluar bersamaan dengan dinetralisasikannya ion tersebut.

Pulsed Inductive Thruster (PIT) menggunakan banyak gelombang dorongan dari pada menggunakan satu dorongan yang kontinu. PIT terdiri dari koil yang besar yang berbentuk cone mengelilingi tube yang mengeluarkan gas propelan. Amonia biasa digunakan pada PIT. Untuk seterusnya, sama dengan mesin ion pada umumnya.

Lithium Lorentz Force Accelerator (LiLFA)/ MagnetoPlasmaDynamic (MPD) menggunakan Hydrogen, Argon, Amonia, atau Nitrogen sebagai propelannya, kecuali LiLFA menggunakan Lithium. Gas-gas dimasukan ke ruang di mana mereka diionisasikan menjadi plasma oleh medan elektrik antara katoda dan anoda. Plasma lalu menghantarkan listrik antara anoda dan katoda. Ini menghasilkan medan magnetik di sekitar katoda yang melintas bersama medan elektrik, lalu mempercepat plasma dengan gaya Lorentz. Perbedaan LilFA dan MPD adalah LiLFA menggunakan uap Lithium, yang Lithiumnya sendiri bisa disimpan secara padat. Dan katoda MPD secara konstan kontak dengan plasma.

Electrodeless Plasma Thruster, merupakan desain yang unik, yaitu ketiadaan katoda dan anoda serta kemampuannya men-throttle mesin. Alasan dihilangkannya anoda dan katoda adalah erosi oleh ion yang menyebabkan berkurangnya umur mesin. Gas netral diionisasikan oleh gelombang elektromagnetik yang kemudian ditransfer ke ruang lain untuk dipercepat oleh listrik yang berosilasi dan medan magnet. Pemisahan antara ionisasi dan akselerasi memberikan mesin kemampuan untuk mengatur kecepatan aliran propelan dengan mengubah magnitude dorongan dan jumlah impuls.

Perbandingan

Data perbandingan kemampuan mesin ion yang telah ada.

Engine	Propellant	Required Power (kW)	Specific Impulse (s)	Thrust (mN)
NSTAR	Xenon	2.3	3300	92
NEXT	Xenon	10.5	3900	364
NEXIS	Xenon	20.5	6000-7500	400
HiPEP	Xenon	25-50	6000-9000	460-670
RIT 22	Xenon	5	3000-6000	50 - 200
Hall effect	Bismuth	25	3000	1130
Hall effect	Bismuth	140	8000	2500
Hall effect	Xenon	25	3250	950
Hall effect	Xenon	75	2900	2900
FEEP	Liquid Caesium	6x10-5-0.06	6000-10000	0.001-1

Data perbandingan kemampuan mesin ion yang sedang diujicobakan dalam bentuk gelombang.

Engine	Propellant	Required Power (kW)	Specific Impulse (s)	Thrust (mN)
MPDT	Hydrogen	1500	4900	26300
MPDT	Hydrogen	3750	3500	88500
MPDT	Hydrogen	7500	6000	60000
LiLFA	Lithium Vapor	500	4077	12000

Usia Mesin

Keuntungan utama dari mesin ion adalah dorongan yang kecil dan efisiensi propelan. Efisiensi datang dari kecepatan tinggi yang dihasilkan, yang juga membutuhkan banyak energi, dan kemampuannya terutama dibatasi oleh keberadaan tenaga pesawat luar angkasa tersebut.

Dorongan yang kecil dan berkelanjutan dalam waktu lama dibutuhkan untuk menghasilkan perubahan kecepatan. Untuk mencapai perubahan kecepatan ini, mesin didesain untuk bertahan selama mingguan hingga tahunan.

Selain karena masalah energi, usia mesin didasarkan pada seberapa cepat bagian-bagian mesin dapat bertahan, umumnya, dari erosi oleh ion-ion yang dihasilkan. Tes yang dilakukan NASA Solar Electric Propulsion Technology Application Readiness, emsin ion bisa bertahan selama 3.5 tahun pada kemampuan maksimum.

Propelan

Energi ionisasi mewakili seberapa besar persentase energi dibutuhkan untuk menggerakan ion. Propelan ideal umumnya berupa molekul atau atom yang rasio energi antara massa yang besar per energi ionisasi. Sebagai tambahan, propelan seharusnya tidak menimbulkan erosi dan tidak mengkontaminasi mesin agar usia mesin lebih lama.

Beberapa mesin yang sudah ada menggunakan gas xenon karena energi ionisasi yang rendah dan nomor atom yang tinggi, sifat inertnya, dan rendah tingkat erosi. Tetapi xenon sangat rendah dalam suplai dan sangat mahal.

Desain yang lebih tua menggunakan mercury, tetapi sangat beracun, mahal, dan mengkontaminasi mesin dengan limbah logam.

Propelan lain adalah Bismuth, yang terlihat menjanjikan untuk diteliti lebih luas.







Sumber: En.wikipedia.org
Ditranslate oleh Sapto dengan kemampuan seadanya dan penambahan seperlunya yang sebenarnya tidak perlu-perlu amat.