Penyimpanan energi di luar angkasa merupakan elemen kunci yang mendukung kelangsungan eksplorasi dan operasi antariksa.

Tanpa sistem penyimpanan yang andal, wahana ruang angkasa dan habitat manusia di luar angkasa akan kesulitan berfungsi secara efektif, terutama ketika mereka berada jauh dari sinar matahari Bumi.

Berbeda dengan sistem energi di Bumi yang memiliki sumber daya yang melimpah dan terjaga, misi luar angkasa menghadapi tantangan unik, termasuk fluktuasi suhu ekstrem, paparan radiasi tinggi, dan keterbatasan bobot perangkat yang dapat dibawa.

Tantangan Unik dalam Penyimpanan Energi di Luar Angkasa

Wahana antariksa dan satelit harus beroperasi secara terus-menerus dalam kondisi yang terkadang tidak mendapat sinar matahari untuk waktu yang lama, seperti saat berada dalam fase gerhana, misi luar angkasa yang jauh, atau ketika berada di sisi gelap planet. Oleh karena itu, penyimpanan energi yang dihasilkan oleh panel surya yang hanya aktif secara periodik sangat penting untuk memastikan kelancaran sistem komunikasi, instrumen onboard, propulsi, dan sistem pendukung kehidupan di luar angkasa.

Pendekatan Penyimpanan Energi yang Sudah Ada

Sejak awal, penyimpanan energi di luar angkasa mengandalkan penggunaan baterai primer, seperti baterai nikel-kadmium (Ni-Cd), yang memberikan daya pada wahana ruang angkasa dalam waktu terbatas. Namun, seiring dengan kemajuan teknologi, baterai nikel-hidrogen (Ni-H2) yang dapat diisi ulang diperkenalkan untuk meningkatkan daya tahan dan memungkinkan beberapa siklus pengisian-penurunan. Saat ini, baterai lithium-ion (Li-ion) menjadi pilihan utama dalam aplikasi luar angkasa berkat kepadatan energi yang tinggi, umur yang lebih panjang, dan tingkat pengosongan yang rendah. Baterai jenis ini digunakan untuk memberi daya pada Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) dan satelit yang mengorbit Bumi.

Teknologi Penyimpanan Energi Canggih dan Muncul

Sel Bahan Bakar (Fuel Cells): Sel bahan bakar menghasilkan listrik melalui reaksi elektrokimia, umumnya menggunakan hidrogen dan oksigen yang disimpan di atas atau diproduksi secara regeneratif. Sel bahan bakar menawarkan efisiensi tinggi dan keandalan, memberikan daya terus-menerus tanpa penurunan kapasitas yang sering terjadi pada baterai.

Baterai Solid-State: Teknologi ini menggantikan elektrolit cair atau gel pada baterai tradisional dengan bahan padat. Perubahan ini meningkatkan stabilitas, mengurangi risiko kebocoran atau kebakaran, dan berpotensi memperpanjang rentang suhu operasional. Jika dikembangkan untuk penggunaan luar angkasa, baterai solid-state bisa memberikan solusi penyimpanan energi yang lebih aman dan padat energi.

Penyimpanan Energi Termal: Penyimpanan energi termal menyerap dan menyimpan panas, yang kemudian bisa diubah menjadi listrik saat diperlukan. Misalnya, tangki garam cair dapat menyimpan energi termal yang dikumpulkan dari sistem pemusat solar. Konsep ini dapat diterapkan pada wahana luar angkasa dengan menangkap panas yang dihasilkan selama konversi energi atau reaksi kimia, dan melepaskannya kembali saat diperlukan untuk menghasilkan daya.

Penyimpanan Energi Flywheel: Flywheel menyimpan energi sebagai energi kinetik rotasi dengan memutar rotor pada kecepatan tinggi dalam lingkungan yang terlindung dari udara (vakum) dan menggunakan suspensi magnetik untuk meminimalkan gesekan. Ketika listrik diperlukan, energi kinetik rotor dikonversi kembali menjadi energi listrik. Flywheel menawarkan masa pakai yang panjang, kemampuan pengisian-penurunan cepat, dan kepadatan daya yang tinggi.

Penyimpanan Gravitasi: Beberapa proposal konseptual mencoba menggunakan energi potensial gravitasi dengan memindahkan massa berat secara vertikal, mirip dengan sistem penyimpanan hidro terpompa di Bumi, tetapi disesuaikan untuk stasiun luar angkasa atau basis planet. Meskipun metode ini memerlukan infrastruktur yang besar, ia menawarkan potensi efisiensi tinggi dan penyimpanan energi yang dapat diperbarui.

Desain Sistem Penyimpanan Energi untuk Misi Luar Angkasa Jauh

Misi luar angkasa yang jauh, seperti perjalanan ke luar orbit Bumi, membawa tantangan tambahan. Desainer misi harus menyeimbangkan kapasitas penyimpanan energi, bobot, keandalan, dan ketahanan terhadap kerusakan. Redundansi menjadi sangat penting karena peluang untuk melakukan perbaikan sangat terbatas atau bahkan tidak ada. Meskipun tenaga surya tetap menjadi sumber utama, penggunaannya semakin kurang efisien semakin jauh wahana berada dari Matahari, karena intensitas radiasi yang lebih rendah.

Dr. Robert Zubrin, seorang insinyur luar angkasa yang dikenal karena dukungannya terhadap eksplorasi Mars, pernah mengatakan, "Di luar angkasa, pengelolaan daya adalah masalah hidup dan mati bagi awak dan kelangsungan misi." Penekanan Zubrin ini menggarisbawahi betapa krusialnya penyimpanan energi yang dapat diandalkan dalam kelangsungan hidup misi luar angkasa.

Demikian pula, Dr. Wernher von Braun, pionir dalam teknologi roket, menekankan pentingnya infrastruktur energi dalam perjalanan luar angkasa: "Penaklukan luar angkasa akan membutuhkan metode baru dalam memanfaatkan dan menyimpan energi, metode yang efisien, kompak, dan dapat diandalkan." Pandangan ini tetap relevan seiring dengan semakin ambisiusnya misi luar angkasa yang sedang dikembangkan.

Pandangan ke Depan: Penyimpanan Energi untuk Masa Depan Eksplorasi Luar Angkasa

Masa depan penyimpanan energi di luar angkasa akan sangat bergantung pada inovasi berkelanjutan dan adaptasi teknologi. Teknologi baru seperti baterai lithium-air yang secara teoritis menawarkan kepadatan energi yang lebih tinggi, serta sistem penyimpanan energi yang terinspirasi oleh alam yang menggunakan molekul biologis untuk penyimpanan energi kimiawi, menunjukkan potensi yang sangat menjanjikan.

Penyimpanan energi di luar angkasa membutuhkan solusi yang tangguh, efisien, dan ringan untuk mengatasi tantangan lingkungan yang unik dan kebutuhan misi yang semakin kompleks. Meskipun baterai lithium-ion mendominasi teknologi saat ini, perkembangan dalam sel bahan bakar, baterai solid-state, penyimpanan termal, dan sistem mekanik seperti flywheel membuka pintu bagi kemungkinan besar untuk kelistrikan yang lebih berkelanjutan di luar angkasa.