Di orbit rendah Bumi, bahan luar angkasa tidak hanya diuji oleh satu ancaman, melainkan oleh kombinasi radiasi ultraviolet, perubahan suhu ekstrem, vakum, dan mikrogravitasi yang sulit ditiru di laboratorium. Karena itu, keputusan GTRI untuk mengirim polymer generasi baru ke ISS lalu membawanya pulang untuk dianalisis menjadi langkah penting bagi riset material antariksa.
Tim yang dipimpin Georgia Tech Research Institute itu bekerja bersama Georgia Tech, Air Force Research Laboratory, University of Texas at El Paso, Hedgefog Research Inc., dan DuPont de Nemours. Mereka mengirim pilihan material ringan kelas riset ke International Space Station melalui Materials International Space Station Experiment 22 atau MISSE-22, dengan fokus utama pada sampel yang akan kembali ke Bumi setelah menjalani misi.
Mengapa sampel yang kembali ke Bumi sangat penting
Selama bertahun-tahun, banyak perangkat antariksa dirancang untuk perjalanan satu arah. Perangkat itu beroperasi di orbit lalu terbakar saat reentry, sehingga data kerusakan yang tersisa ikut hilang bersama hardware tersebut.
MISSE-22 berbeda karena memang dirancang untuk pemulihan. Bagi peneliti utama Elena Plis, senior research engineer di GTRI, kemampuan membawa pulang sampel adalah inti dari eksperimen ini karena memungkinkan pengujian langsung terhadap material yang benar-benar telah mengalami kondisi antariksa.
Apa yang dialami material di luar stasiun
Platform uji MISSE-22 dipasang di sisi depan ISS yang menghadap arah gerak stasiun. Posisi ini memaksimalkan paparan terhadap atomic oxygen, salah satu gaya perusak paling agresif di orbit rendah Bumi.
Pada ketinggian antara 100 dan 1.000 mil, atom oksigen yang sangat reaktif terus menghantam permukaan terbuka. Paparan itu dapat membuat material menggelap, menjadi kasar, dan melemah seiring waktu.
Risiko tersebut bertambah berat karena suhu di orbit bisa melonjak dan turun sangat cepat. Perbedaan suhu antara bagian yang terkena matahari dan yang berada di bayangan disebut rutin melampaui 300°F dalam satu putaran orbit, ditambah radiasi kosmik yang kompleks.
Dalam kondisi seperti itu, tim memilih kandidat polymer baru alih-alih Kapton, film polyimide dari DuPont yang sudah dipakai melapisi wahana antariksa sejak era Apollo. Tujuannya adalah mencari bahan yang lebih tahan terhadap lingkungan ekstrem sekaligus mengurangi massa pelindung tambahan yang selama ini harus dibawa insinyur untuk mengompensasi degradasi material.
Seleksi material dan pemantauan di orbit
Tidak semua sampel bisa masuk ke misi ini. Material yang dipilih harus transparan atau tembus cahaya agar bisa dianalisis secara optik, dan juga cukup kuat untuk menahan paparan atomic oxygen tanpa hancur dan menimbulkan debris di sekitar stasiun.
Untuk memantau perubahan selama berbulan-bulan di orbit, tim juga membangun polariscope khusus yang belum pernah terbang sebelumnya di MISSE. LED di bawah tiap sampel memancarkan cahaya terpolarisasi ke atas melalui material.
Sebuah sistem kamera kecil bergerak di atasnya dengan jadwal tertentu untuk merekam perubahan pola stres di dalam polymer saat lingkungan antariksa bekerja pada material tersebut. Gambar-gambar itu dikirim ke Bumi secara berkala dan dianalisis dengan algoritma machine learning untuk melacak evolusi distribusi stres internal sepanjang misi.
Dampak untuk desain satelit masa depan
Setelah sampel kembali ke Bumi, peneliti akan membandingkan data optik yang dikirim dari orbit dengan pengujian laboratorium langsung pada material yang sama. Perbandingan antara data in-orbit dan hasil uji nyata itu akan membantu memvalidasi dan menyempurnakan metode pemantauan jarak jauh.
Jika performa material sesuai harapan, hasilnya dapat membantu insinyur membangun satelit yang lebih tahan lama tanpa harus menambah lapisan pelindung berat. Bagi operator komersial dan pemerintah yang mendorong konstelasi satelit yang lebih besar dan lebih awet, pengurangan satu kilogram pelindung bisa berarti tambahan bahan bakar, payload, atau margin struktural.
