Teknologi roket penjelajah SpaceX dibangun dengan satu gagasan utama, yaitu membuat perjalanan ke luar angkasa tidak selalu menghabiskan kendaraan peluncur setelah satu penerbangan. Perusahaan asal Amerika Serikat tersebut mengembangkan roket yang mampu mengantar satelit, kargo, pesawat berawak, serta perangkat penelitian, kemudian mengembalikan bagian utama kendaraan agar dapat digunakan lagi.
Pendekatan itu terlihat pada Falcon 9, Falcon Heavy, kapsul Dragon, serta sistem Starship yang dipasangkan dengan pendorong Super Heavy. Masing masing memiliki fungsi berbeda. Falcon 9 menjadi tulang punggung peluncuran rutin, Falcon Heavy menangani muatan berat, Dragon membawa manusia dan kargo, sedangkan Starship dipersiapkan untuk perjalanan dengan kapasitas jauh lebih besar menuju orbit Bumi, Bulan, Mars, dan tujuan lain.
Falcon 9 Menjadi Dasar Teknologi Roket Pakai Ulang
Merupakan roket dua tingkat yang dirancang untuk mengangkut manusia dan muatan menuju orbit Bumi serta lintasan yang lebih jauh. Tingginya sekitar 70 meter dengan diameter 3,7 meter. Roket ini mampu membawa muatan hingga 22.800 kilogram ke orbit rendah Bumi dalam konfigurasi tertentu.
Tingkat pertama Falcon 9 memakai sembilan mesin Merlin yang membakar oksigen cair dan minyak tanah khusus roket bernama RP 1. Kesembilan mesin tersebut menghasilkan daya dorong lebih dari 1,7 juta pon pada permukaan laut. Susunan banyak mesin memberi ruang pengamanan karena sistem penerbangan dapat memantau kerja setiap mesin secara terpisah.
Apabila satu mesin menunjukkan kondisi tidak normal, komputer dapat mematikannya selama jumlah mesin yang tersisa masih mampu memenuhi kebutuhan penerbangan. Kemampuan tersebut memberi tingkat perlindungan tambahan dibandingkan roket yang sangat bergantung pada satu mesin besar pada tingkat pertamanya.
Falcon 9 hanya memakai dua tingkat. SpaceX memilih susunan ini untuk mengurangi jumlah proses pemisahan selama penerbangan. Setiap pemisahan merupakan tahapan yang harus berlangsung pada waktu, posisi, dan kecepatan yang tepat. Dengan mengurangi jumlah tingkat, jumlah mekanisme pelepasan dan penyalaan mesin juga dapat ditekan.
Mesin Merlin Mengatur Tenaga dari Darat hingga Orbit
Menjadi pusat tenaga keluarga roket Falcon. Mesin ini menggunakan siklus pembangkit gas serta bahan bakar RP 1 yang dipadukan dengan oksigen cair. Merlin sejak awal dirancang dengan perhatian pada pemulihan dan penggunaan kembali.
Sembilan mesin Merlin pada tingkat pertama disusun rapat untuk memberikan tenaga besar saat roket meninggalkan landasan. Setelah bahan bakar tingkat pertama hampir habis, mesin dimatikan dan kedua tingkat berpisah. Tingkat kedua kemudian menyalakan satu mesin Merlin Vacuum yang telah disesuaikan untuk bekerja di ruang hampir tanpa udara.
Merlin Vacuum mempunyai corong pembuangan lebih besar agar gas hasil pembakaran dapat mengembang secara efisien di ruang angkasa. Mesin tingkat kedua dapat dinyalakan kembali beberapa kali. Kemampuan tersebut memungkinkan Falcon 9 mengirim beberapa satelit menuju orbit berbeda dalam satu penerbangan, selama kapasitas tenaga dan susunan misi mencukupi.
Penggunaan propelan cair juga membuat tenaga mesin dapat diatur. Falcon 9 dan Falcon Heavy dapat mengurangi atau meningkatkan dorongan untuk menjaga beban yang diterima muatan. Hal ini penting ketika roket membawa satelit dengan instrumen peka, pesawat berawak, atau perangkat ilmiah bernilai tinggi.
Tingkat Pertama Kembali Setelah Mengantar Muatan
Kemampuan tingkat pertama Falcon 9 untuk kembali menjadi salah satu ciri paling dikenal dari teknologi SpaceX. Setelah berpisah dari tingkat kedua, pendorong tidak langsung dibiarkan jatuh. Komputer penerbangan mengatur putaran, arah, kecepatan, serta lintasan agar kendaraan dapat menuju titik pendaratan.
Pendorong memakai empat sirip kisi hipersonik di sekitar bagian atas tingkat pertama. Sirip tersebut bergerak untuk mengubah pusat tekanan ketika roket memasuki atmosfer. Komponen ini membantu mengarahkan badan roket tanpa memakai sayap besar seperti pesawat.
Mesin Merlin kemudian dinyalakan dalam beberapa tahap. Pembakaran balik digunakan ketika pendorong perlu mengubah arah menuju lokasi pendaratan, pembakaran masuk membantu mengurangi beban panas dan kecepatan saat kendaraan memasuki lapisan atmosfer yang lebih tebal. Pembakaran pendaratan dilakukan menjelang permukaan agar kecepatan turun hingga tingkat yang memungkinkan kaki roket menyentuh landasan.
Falcon 9 dapat mendarat di daratan atau di kapal tanpa awak yang ditempatkan di laut. Kapal digunakan ketika lintasan misi tidak menyediakan cukup bahan bakar untuk membawa pendorong kembali ke pantai. Pendaratan di laut memungkinkan tingkat pertama mengikuti jalur yang lebih dekat dengan lintasan alaminya setelah pemisahan.
“Keunggulan terpenting Falcon 9 bukan hanya kemampuannya berdiri kembali setelah terbang. Nilai teknisnya terlihat ketika perangkat keras yang telah menghadapi getaran, panas, dan tekanan dapat diperiksa lalu diterbangkan kembali.”
SpaceX mencatat pendaratan pertama roket kelas orbital pada 21 Desember 2015. Dalam penerbangan itu, Falcon 9 mengirim 11 satelit komunikasi ke orbit sebelum tingkat pertamanya kembali dan mendarat di Landing Zone 1.
Roket yang Pulang Memberi Data Langsung dari Penerbangan
Pemulihan pendorong tidak hanya berkaitan dengan pemakaian kembali. Insinyur dapat membongkar dan memeriksa mesin, tangki, struktur, pelindung panas, sambungan, serta perangkat elektronik setelah komponen tersebut menghadapi penerbangan sungguhan.
SpaceX menjelaskan bahwa kemampuan memulihkan tingkat pertama memberi kesempatan untuk menilai pilihan material dan rancangan secara terus menerus. Temuan dari satu penerbangan dapat digunakan untuk memperbaiki prosedur perawatan atau mengubah komponen pada kendaraan berikutnya.
Falcon 9 Block 5 yang mulai terbang pada 2018 membawa sejumlah perubahan untuk memperpanjang usia kendaraan. Perlindungan panas diperbarui agar pemulihan dan perawatan dapat dilakukan lebih cepat. Sistem avionik, struktur penahan dorongan, mesin, dan beberapa bagian lain juga ditingkatkan untuk memperkuat keseragaman serta ketahanan.
Bahkan pelindung muatan atau fairing berusaha dipulihkan. Fairing berbahan komposit melindungi satelit ketika roket melewati atmosfer. Bagian tersebut dilepas sekitar tiga menit setelah peluncuran dan dapat diambil kembali untuk digunakan pada penerbangan lain.
Falcon Heavy Menggabungkan Tiga Pendorong Falcon
Untuk muatan yang terlalu berat bagi Falcon 9, SpaceX memiliki Falcon Heavy. Roket ini memakai tiga inti yang berasal dari rancangan tingkat pertama Falcon 9. Satu inti berada di tengah, sedangkan dua lainnya dipasang di sisi kanan dan kiri.
Sebanyak 27 mesin Merlin menyala ketika Falcon Heavy lepas landas. Gabungan mesin tersebut menghasilkan daya dorong lebih dari lima juta pon. Falcon Heavy mampu mengangkut hampir 64 ton ke orbit dalam konfigurasi tertentu, menempatkannya sebagai salah satu roket operasional terkuat.
Dua pendorong samping dapat melepaskan diri dari inti utama setelah menjalankan tugasnya. Keduanya mempunyai sirip kisi dan sistem pendaratan sendiri. Dalam sejumlah misi, pendorong samping kembali hampir bersamaan menuju dua landasan yang berbeda.
Pemakaian banyak komponen yang sama dengan Falcon 9 membantu SpaceX mengurangi kebutuhan membuat seluruh sistem dari awal. Falcon Heavy memakai tingkat kedua dan fairing yang sama dengan Falcon 9. Kesamaan tersebut juga memungkinkan pengalaman dari penerbangan Falcon 9 diterapkan pada kendaraan angkut berat.
Dragon Menjadi Penghubung Roket dan Penumpang
Roket tidak dapat disebut sebagai sistem penjelajahan lengkap tanpa kendaraan yang membawa manusia atau barang setelah mencapai orbit. SpaceX memakai kapsul Dragon untuk menjalankan fungsi tersebut. Dragon dapat membawa hingga tujuh orang menuju orbit Bumi dan kembali ke permukaan.
Dragon ditempatkan di bagian atas Falcon 9. Setelah mencapai lintasan yang ditentukan, kapsul berpisah dan memakai pendorong kecil untuk mengatur posisi, mendekati stasiun antariksa, serta melakukan penyambungan.
Kapsul tersebut memiliki sistem kendali lingkungan, komunikasi, navigasi, parasut, serta perlindungan panas. Ketika kembali, Dragon memasuki atmosfer dengan bagian bawah menghadap ke arah laju penerbangan. Pelindung panas menerima suhu tinggi sebelum parasut dibuka dan kapsul mendarat di laut.
Untuk keadaan darurat saat peluncuran, Crew Dragon mempunyai mesin SuperDraco yang dapat membawa kapsul menjauh dari roket. Sistem penyelamatan tersebut terpasang pada badan kendaraan sehingga dapat digunakan pada berbagai tahap awal penerbangan.
Starship Membawa Skala yang Jauh Lebih Besar
Starship dikembangkan sebagai sistem transportasi yang terdiri atas dua bagian. Super Heavy berfungsi sebagai pendorong tingkat pertama, sedangkan kendaraan bagian atas juga bernama Starship. Keduanya dirancang agar dapat digunakan kembali dan membawa awak maupun kargo menuju orbit Bumi, Bulan, Mars, serta tujuan lain.
Super Heavy memakai 33 mesin Raptor. Jumlah tersebut jauh lebih banyak dibandingkan sembilan mesin Merlin pada Falcon 9. Starship bagian atas mempunyai mesin yang dirancang untuk bekerja dekat permukaan serta mesin dengan corong besar untuk ruang angkasa.
Berbeda dari Merlin yang membakar minyak tanah khusus roket, Raptor menggunakan metana cair dan oksigen cair. Kedua bahan disimpan pada suhu sangat rendah. NASA juga menguji material isolasi untuk tangki oksigen dan metana pada Starship Human Landing System karena bahan bakar harus tetap berada dalam kondisi yang sesuai selama perjalanan panjang.
Metana dipilih karena dapat digunakan pada mesin berkinerja tinggi dan berpotensi mendukung operasi perjalanan jarak jauh. Namun, penyimpanan cairan kriogenik membutuhkan pengelolaan suhu, tekanan, serta pergerakan cairan yang sangat teliti.
Raptor 3 Membuat Susunan Mesin Lebih Ringkas
Versi terbaru Super Heavy menggunakan mesin Raptor 3. NASA menyebut Super Heavy Version 3 membawa sistem propulsi baru, Raptor 3, tiga sirip kisi yang ukurannya lebih besar, serta sambungan panas yang telah terintegrasi.
Pada rancangan ini, beberapa pelindung luar di sekitar mesin dikurangi karena bagian penting telah disatukan ke dalam mesin. Penyederhanaan tersebut dapat menekan bobot dan jumlah sambungan yang harus diperiksa. Namun, mesin tetap harus bertahan menghadapi panas dari puluhan semburan yang bekerja dalam ruang sangat sempit.
Sistem komputer mengawasi 33 mesin selama peluncuran. Pengendalian harus dilakukan dalam hitungan sangat singkat karena perubahan dorongan dari satu mesin dapat memengaruhi arah seluruh kendaraan. Mesin tengah juga berperan saat pendorong melakukan pembakaran untuk kembali.
Pada penerbangan uji ke 13 tanggal 24 Juli 2026, Super Heavy menyalakan seluruh 33 mesin Raptor 3 saat meninggalkan Starbase. Setelah pemisahan, Starship kehilangan satu dari tiga mesin Raptor yang dioptimalkan untuk ruang hampa. Peristiwa semacam itu menyediakan data mengenai kemampuan kendaraan menghadapi perubahan tenaga selama penerbangan.
Pemisahan Panas Menjaga Tenaga Tetap Mengalir
Starship menggunakan teknik pemisahan panas. Mesin pada kendaraan bagian atas dinyalakan ketika Super Heavy masih berada sangat dekat dengannya. Gas pembakaran dialirkan melalui bagian penghubung yang dirancang untuk menahan tekanan dan panas.
Cara ini berbeda dari pemisahan yang menunggu mesin tingkat pertama mati sepenuhnya sebelum mesin tingkat kedua menyala. Pemisahan panas membantu mempertahankan percepatan dan mengurangi kehilangan tenaga selama pergantian tingkat.
Super Heavy Version 3 menggunakan bagian pemisahan panas yang terintegrasi, menggantikan komponen pelindung sekali pakai pada rancangan sebelumnya. Perubahan tersebut menjadi bagian dari usaha mengurangi perangkat yang harus dibuang setelah penerbangan.
Sistem ini membutuhkan perlindungan kuat karena bagian atas Super Heavy menerima semburan langsung dari mesin Starship. Struktur harus mampu menyalurkan gas keluar tanpa merusak tangki, kabel, pengendali, atau mesin di bawahnya.
Menara Peluncuran Ikut Menangkap Super Heavy
Falcon 9 mendarat memakai kaki, tetapi Super Heavy dirancang kembali menuju menara. Dua lengan besar pada menara peluncuran bergerak untuk menangkap pendorong ketika kendaraan turun secara vertikal.
Pada penerbangan uji kelima tanggal 13 Oktober 2024, Super Heavy berhasil kembali ke lokasi peluncuran dan ditangkap oleh lengan menara pada percobaan pertama. Pendorong menjalankan pembakaran balik, mendekati menara, lalu menempatkan bagian penangkapnya di antara kedua lengan.
Teknik ini menghilangkan kebutuhan membawa kaki pendaratan besar pada Super Heavy. Bobot yang tidak digunakan untuk kaki dapat dialihkan untuk bahan bakar atau muatan. Menara yang sama juga dirancang untuk mengangkat Starship, menumpuknya di atas Super Heavy, serta menangani pendorong setelah kembali.
Penangkapan hanya dilakukan apabila ribuan ukuran kesehatan kendaraan dan menara memenuhi batas yang ditentukan. Pada penerbangan uji keenam, pemeriksaan otomatis menemukan kondisi yang membuat upaya penangkapan dibatalkan. Super Heavy kemudian mengikuti jalur cadangan dan mendarat lunak di laut.
“Menangkap pendorong dengan menara memperlihatkan bahwa fasilitas darat telah berubah menjadi bagian aktif dari kendaraan. Keberhasilan roket tidak lagi hanya ditentukan oleh mesin yang terbang.”
Empat Sirip Mengendalikan Starship Saat Kembali
Starship bagian atas kembali dengan cara yang berbeda dari Falcon 9. Kendaraan memasuki atmosfer menggunakan sisi badannya untuk menghasilkan hambatan udara besar. Dua sirip depan dan dua sirip belakang bergerak secara terpisah untuk mengatur arah serta kestabilan selama penurunan.
Permukaan yang menghadap aliran udara dilindungi ubin tahan panas. Lapisan ini dirancang menghadapi pemanasan tinggi saat kendaraan melaju sangat cepat di atmosfer. SpaceX melakukan berbagai percobaan dengan melepas atau mengubah susunan ubin tertentu untuk mengetahui batas struktur dan perlindungan panas.
Setelah kecepatan turun dan Starship mendekati permukaan, kendaraan melakukan gerakan membalik dari posisi hampir mendatar menuju posisi tegak. Mesin Raptor kemudian menyala untuk mengurangi laju turun sebelum pendaratan atau pendaratan lunak di laut.
Pada penerbangan uji kesebelas, Starship melewati atmosfer, mengendalikan arah menggunakan empat sirip, melakukan gerakan membalik, menyalakan mesin pendaratan, dan menyentuh laut secara terkendali di wilayah yang telah ditentukan.
Pengisian Bahan Bakar di Orbit Menjadi Teknologi Penting
Starship yang membawa muatan besar menuju Bulan tidak dapat hanya bergantung pada bahan bakar dari satu kali peluncuran. SpaceX merancang beberapa Starship tanker untuk mengirim bahan bakar menuju kendaraan penyimpanan yang ditempatkan di orbit rendah Bumi.
Starship Human Landing System kemudian berlabuh pada tempat penyimpanan tersebut dan menerima bahan bakar sebelum melanjutkan perjalanan menuju Bulan. NASA menjelaskan bahwa operasi pengisian di orbit menjadi bagian dari rancangan Artemis III dan Artemis IV.
Pemindahan oksigen dan metana cair di ruang angkasa jauh lebih sulit dibandingkan pengisian bahan bakar di darat. Cairan tidak mengendap secara alami di bagian bawah tangki karena kondisi hampir tanpa bobot. Kendaraan harus mengatur posisi, tekanan, suhu, serta dorongan kecil agar bahan bakar bergerak menuju saluran pemindahan.
Pada penerbangan Starship ketiga tahun 2024, SpaceX menyelesaikan demonstrasi pemindahan oksigen cair dalam jumlah besar di antara tangki internal. NASA kemudian mempelajari data tersebut untuk memahami pergerakan cairan, kestabilan kendaraan, dan kondisi yang dibutuhkan mesin ketika dinyalakan kembali.
Starship HLS Disiapkan untuk Pendaratan di Bulan
NASA memilih versi Starship sebagai Human Landing System untuk membawa astronaut dari orbit Bulan menuju permukaan dan kembali lagi. Kendaraan ini mempunyai tinggi sekitar 50 meter dan akan dilengkapi ruang awak, sistem penyambungan, tempat tinggal sementara, serta lift untuk memindahkan manusia dan barang menuju tanah Bulan.
Starship HLS tidak perlu kembali menembus atmosfer Bumi. Karena itu, versi Bulan tidak memakai pelindung panas di seluruh badan dan tidak membutuhkan sirip pengendali seperti Starship yang pulang ke Bumi. Pengurangan perangkat tersebut memberi ruang bagi perlengkapan awak dan sistem pendaratan.
Sebelum membawa manusia, SpaceX harus menjalankan demonstrasi pendaratan tanpa awak. NASA juga mengharuskan kendaraan mampu berlabuh dengan Orion atau Gateway, mendarat pada wilayah yang ditentukan, melindungi awak selama berada di permukaan, dan kembali menuju orbit Bulan.
Pengujian Super Heavy Version 3 terus dilakukan bersama NASA. Pada 2026, model berskala 1,2 persen diuji dalam terowongan angin pada kecepatan transonik dan supersonik. Pengujian tersebut mengukur gaya udara dan getaran yang akan diterima pendorong saat kembali menuju lokasi peluncuran.
Penerbangan Uji Menjadi Bagian dari Proses Rekayasa
Starship belum berada pada tahap operasional rutin seperti Falcon 9. Setiap penerbangan masih digunakan untuk memeriksa mesin, struktur, perlindungan panas, pemisahan, komunikasi, kemampuan menyalakan mesin di ruang angkasa, serta pengendalian ketika memasuki atmosfer.
SpaceX menggunakan pola pengembangan dengan menerbangkan perangkat keras, mengumpulkan data, memperbaiki rancangan, lalu menerbangkan versi berikutnya. Hasil pengujian tidak selalu berupa pendaratan utuh. Kehilangan mesin, kerusakan ubin, perubahan tekanan tangki, atau penyimpangan arah tetap menyediakan informasi selama telemetri dapat dikirim kepada tim.
Penerbangan uji ke 12 pada Mei 2026 menjadi penerbangan pertama untuk kendaraan Starship dan Super Heavy Version 3 serta mesin Raptor 3. Starship kemudian menjalankan pengujian terhadap pelindung panas, kekuatan struktur, sirip belakang, dan jalur penerbangan yang menyerupai rute kepulangan menuju Starbase.
Teknologi yang masih harus dimatangkan mencakup penggunaan kembali Starship bagian atas, pemindahan bahan bakar antarkendaraan, penyimpanan propelan kriogenik dalam waktu panjang, pendaratan Bulan tanpa awak, serta perlindungan manusia. Setiap bagian harus bekerja bersama karena kegagalan pada katup kecil, sensor, sambungan, perangkat lunak, atau isolasi tangki dapat mengubah seluruh jalannya penerbangan.
