Universitas Teknologi Dalian Mengembangkan Struktur Berbasis Cangkang Telur untuk Solusi Baru Perlindungan Pesawat Luar Angkasa

Menurut laporan, desain yang terinspirasi dari cangkang telur mungkin akan segera digunakan untuk melindungi pesawat luar angkasa dari tabrakan orbit berkecepatan tinggi. Para peneliti dari Universitas Teknologi Dalian telah mengembangkan desain biomimetik berbasis "cangkang telur" yang ringan dan supermaterial untuk melindungi pesawat luar angkasa dari puing-puing luar angkasa. Seiring dengan meningkatnya frekuensi peluncuran, orbit Bumi perlahan berubah menjadi tempat pembuangan sampah. Saat ini, hampir satu juta bagian logam, cat, dan pecahan roket dengan diameter lebih dari satu sentimeter melaju dengan kecepatan sangat tinggi melalui orbit Bumi. Bahkan serpihan kecil yang menabrak dengan kecepatan puluhan ribu mil per jam dapat menghasilkan kekuatan ledakan seperti granat, mengancam satelit penting, teleskop luar angkasa yang mahal, dan stasiun ruang angkasa yang dihuni.

Para insinyur telah menghabiskan beberapa dekade untuk mencari pelindung yang lebih ringan dan lebih tahan lama untuk menahan peluru-peluru kosmik ini, dan jawabannya mungkin terletak pada cangkang telur.

Desain dan Kinerja Struktur Cangkang Telur

Tim dari Dalian mengusulkan sistem perlindungan pesawat luar angkasa yang terinspirasi dari cangkang telur. Mereka menggunakan teknologi pencetakan 3D untuk membuat susunan cangkang telur aluminium berongga dan menempatkannya di antara dua pelat penahan benturan logam. Desain ini secara efektif menyerap gelombang kejut yang kuat yang sebaliknya akan memecahkan pelindung tradisional. Penulis Wang Yuxin menyatakan, "Struktur biologis alami telah beradaptasi selama jangka waktu yang lama dan menunjukkan kinerja penyerapan energi yang luar biasa."

Konsep redaman cairan mungkin terdengar tidak realistis. Telur dikenal karena kerapuhannya, dan sedikit saja gesekan akan membuatnya pecah di atas meja konter. Namun, alam telah merancang bentuk telur seperti seni geometris. Mengatur mereka dalam susunan menciptakan struktur yang luar biasa kokoh. Para peneliti menempatkan cangkang telur aluminium berisi air dengan sisi tumpul menghadap ke bawah di antara dua pelat. Desain ini menyebarkan kekuatan benturan ke seluruh sistem. Hasilnya, setiap cangkang telur akan runtuh secara berurutan, secara bertahap menyerap dan menghamburkan energi kinetik. Wang menyatakan, "Cangkang telur tunggal mudah pecah di bawah kekuatan lokal, tetapi mekanisme perlindungan susunan cangkang telur sangat berbeda."

Deformasi bersama dari unit-unit cangkang telur ini mengubah beban benturan lokal menjadi disipasi energi yang terdistribusi dalam supermaterial, secara signifikan meningkatkan ketahanan target terhadap benturan.

Meningkatkan Perlindungan dengan Memperbaiki Material

Menambahkan air ke dalam cangkang telur aluminium lebih lanjut meningkatkan kinerja pelindung. Dalam tabrakan berkecepatan tinggi, cairan yang terperangkap akan berputar di dalam, mengurangi propagasi gelombang kejut berikutnya. Untuk mengevaluasi desain ini, para peneliti melakukan pengujian dan simulasi pencetakan 3D, serta membandingkan pelat aluminium pejal, bola aluminium berisi air, dan supermaterial cangkang telur. Struktur cangkang telur berisi air menunjukkan kinerja terbaik di antara semua desain, mengurangi kecepatan proyektil tumbukan hingga hampir 65%, sementara pelat aluminium pejal hanya sebesar 51%. Menempatkan cangkang telur dalam posisi tegak dengan ujung menghadap ke atas pelat atas dapat memberikan efek terbaik.

Wang menyatakan, "Pekerjaan ini menunjukkan bahwa supermaterial biomimetik yang ringan adalah solusi perlindungan tabrakan berkecepatan tinggi yang menjanjikan. Kami berharap penelitian ini dapat menarik lebih banyak perhatian pada struktur perlindungan biomimetik." Namun, material ini belum siap untuk digunakan di landasan peluncuran. Tim sedang secara aktif meningkatkan ketebalan, tata letak, dan aspek rasio cangkang logam untuk memaksimalkan perlindungan sekaligus meminimalkan berat, yang sangat penting untuk muatan roket. Ini dapat mencegah terjadinya Sindrom Kessler, yaitu reaksi berantai yang berbahaya ketika tabrakan antar objek luar angkasa menghasilkan ribuan pecahan berkecepatan tinggi yang kemudian menabrak satelit dan roket lain, menghasilkan lebih banyak pecahan dengan kecepatan melebihi kemampuan eliminasi oleh hambatan atmosfer.

Jika pendekatan biomimetik ini diadopsi, itu mungkin menjadi perisai tak terlihat yang melindungi usaha luar angkasa manusia yang paling agung dari lingkaran puing-puing mematikan yang mengelilingi Bumi.

Hasil penelitian ini telah diterbitkan dalam Journal of Applied Physics pada tanggal 8 September.

Potensi Desain Biomimetik untuk Perlindungan Luar Angkasa

Penelitian dari Universitas Teknologi Dalian menunjukkan potensi desain biomimetik dalam perlindungan luar angkasa, terutama dalam menghadapi masalah puing-puing luar angkasa yang semakin serius. Seiring dengan meningkatnya aktivitas luar angkasa, kebutuhan untuk melindungi pesawat luar angkasa dari tabrakan berkecepatan tinggi menjadi semakin mendesak. Desain struktur cangkang telur tidak hanya dapat menyerap benturan secara efektif, tetapi juga meningkatkan kinerja melalui redaman cairan. Keberhasilan penelitian ini dapat memberikan solusi baru untuk keamanan pesawat luar angkasa di masa depan dan menarik lebih banyak perhatian pada material biomimetik, mendorong perkembangan dan penerapan teknologi terkait.