[비즈한국] Sebuah mobil melaju menaiki tanjakan lalu meluncur terbalik di langit-langit. Selanjutnya, mobil tersebut melompat ke udara, memutar bodi kendaraannya, dan mendarat kembali ke tanah. Meskipun tampak seperti adegan dalam film, ini adalah demonstrasi nyata dari Tesla Roadster generasi berikutnya yang diperkenalkan oleh Tesla di Texas, Amerika Serikat, pada tanggal 15 Oktober (waktu setempat). Tesla juga mengungkapkan bahwa mobil ini mampu berakselerasi dari posisi diam hingga 60 mil per jam (sekitar 97 km/jam) hanya dalam waktu 0,81 detik. Rahasia di balik kemampuan manuver mobil ini bukan sekadar motor listrik yang lebih bertenaga. Tesla memasang kipas yang menyedot udara untuk menempelkan bodi mobil ke tanah serta pendorong (thruster) yang menyemprotkan gas bertekanan tinggi seperti pada pesawat luar angkasa. Bisa dibilang, mereka telah melangkahi batasan 'gesekan antara ban dan permukaan jalan' yang telah diandalkan otomotif selama lebih dari 100 tahun melalui teknik rekayasa yang berbeda.
Roadster generasi berikutnya yang diperkenalkan Tesla secara garis besar terbagi menjadi tipe Performance, Thrust, dan Rocket. Tipe Performance adalah model layak jalan untuk dua orang yang menggunakan perangkat aerodinamis aktif dan sistem hisap di bagian bawah bodi mobil. Tipe Thrust menambahkan pendorong gas dingin (cold-gas thruster) di bagian belakang. Model tertinggi, Rocket, mengurangi jumlah kursi menjadi satu namun menempatkan pendorong di berbagai titik pada bodi mobil untuk memungkinkan pergerakan ke atas-bawah, samping, hingga berputar di udara. Tesla menetapkan akselerasi 0-60mph untuk tipe Thrust di bawah 0,9 detik, dan untuk model Rocket yang tidak disetujui untuk penggunaan jalan raya umum, di bawah 0,59 detik. Target produksi massal dijadwalkan pada tahun 2028.
Melepaskan gas terkompresi secara instan sebagai pengganti bahan bakar
Prinsip Roadster melayang ke udara sebenarnya cukup sederhana. Sebuah perangkat yang disebut 'pendorong gas dingin (cold-gas thruster)' menyemprotkan gas yang disimpan dengan tekanan tinggi melalui nosel dengan cepat. Berbeda dengan mesin roket konvensional yang membakar bahan bakar dan oksidator untuk menciptakan gas pembakaran panas, perangkat ini tidak memiliki proses pembakaran terpisah. Gas terkompresi yang tersimpan mengembang dan keluar melalui nosel, dan melalui reaksi balik, mobil bergerak ke arah sebaliknya. Ini adalah penerapan Hukum Gerak Newton ketiga pada mobil.
Jika gas disemprotkan ke belakang, mobil maju; jika disemprotkan ke bawah, mobil melayang ke atas. Dengan mengatur volume semprotan pada nosel yang ditempatkan di depan, belakang, kiri, atau kanan bodi, mobil bahkan bisa berputar di udara. Konsep dasarnya sama dengan Reaction Control System (RCS) yang digunakan pesawat luar angkasa untuk mengubah arah dan posisi di ruang hampa. SpaceX, perusahaan luar angkasa yang dipimpin oleh Elon Musk, berpartisipasi dalam pengembangan Roadster. Model Rocket yang diperkenalkan memiliki tambahan nosel ke bawah untuk menghasilkan daya dorong vertikal dan nosel untuk mengendalikan arah bodi mobil.
Perangkat penyimpan gas ini adalah COPV (Composite Overwrapped Pressure Vessel). Ini adalah teknologi yang banyak digunakan pada roket peluncur, di mana lapisan logam atau liner kedap udara dibungkus dengan material komposit berkekuatan tinggi seperti serat karbon untuk menahan tekanan tinggi sekaligus mengurangi bobot. Tabung tekanan pada model Thrust yang diverifikasi oleh MotorTrend di lokasi memiliki kapasitas sekitar 200 liter dan dijelaskan menggunakan tekanan maksimum 10.000 psi, atau sekitar 69 MPa. Material seperti titanium dan Inconel juga digunakan pada pipa yang menghubungkan tabung tekanan ke nosel. Pipa-pipa tersebut dirancang dengan panjang yang sama agar gas mencapai keempat nosel belakang secara bersamaan, karena perbedaan waktu bisa menyebabkan bodi mobil berputar akibat perbedaan daya dorong kiri dan kanan.
Masalahnya adalah gas terkompresi tidak bisa digunakan tanpa batas. Jika disederhanakan, daya dorong berbanding lurus dengan perkalian massa gas yang disemprotkan per unit waktu dengan kecepatan semprotan. Untuk mengangkat mobil yang mendekati berat ribuan kg, diperlukan jumlah gas yang luar biasa besar dalam waktu singkat. Misalnya, jika berat kendaraan 1700 kg, dibutuhkan daya dorong vertikal sekitar 16,7 kN hanya untuk membuatnya melayang diam di tanah. Untuk akselerasi vertikal yang cepat, dibutuhkan daya dorong yang lebih besar lagi. Oleh karena itu, 'penerbangan' Roadster lebih mendekati cara melompat dan mengubah posisi dengan menggunakan gas terkompresi secara intensif selama beberapa detik, daripada terbang berpindah jarak puluhan km seperti eVTOL berbasis baling-baling.
Rahasia bisa melaju terbalik adalah prinsip 'penyedot debu'
Sama menariknya dengan teknologi membuat Roadster melayang, adalah teknologi untuk menempelkan mobil ke tanah secara terbalik. Kipas berkecepatan tinggi dipasang di bagian bawah kendaraan. Dengan menyedot udara antara bodi mobil dan jalan menggunakan kipas, tekanan di bawah mobil menjadi rendah, menciptakan perbedaan tekanan dengan tekanan atmosfer di atas mobil. Perbedaan tekanan tersebut bekerja pada seluruh permukaan bawah bodi mobil yang lebar, menekan kendaraan ke permukaan jalan.
Prinsipnya adalah 'perbedaan tekanan × luas area'. Wing belakang atau diffuser pada mobil sport biasa juga menggunakan aliran udara untuk menciptakan downforce, namun efeknya baru terasa saat kecepatan tinggi. Kipas bekerja berbeda; motor bisa diputar bahkan saat diam untuk menurunkan tekanan di bawah bodi. Tesla menjelaskan bahwa sistem hisap Roadster dapat menghasilkan gaya yang setara dengan sekitar 2G. Inilah alasan mengapa dalam demonstrasi tersebut, Roadster mampu mendaki tanjakan curam dan melaju dengan roda tetap menempel di permukaan jalan bahkan saat tergantung terbalik.
Sebagai contoh, jika bodi mobil dapat ditarik ke permukaan jalan dengan gaya 2G, maka saat mobil benar-benar tergantung terbalik, setelah dikurangi gravitasi sebesar 1G, secara teoretis mobil tetap bisa menekan roda ke permukaan jalan dengan gaya setara 1G. Namun, efisiensi kipas akan turun drastis begitu kendaraan menjauh dari jalan, karena harus ada ruang untuk menjaga perbedaan tekanan antara bawah kendaraan dan permukaan jalan. Pada akhirnya, strukturnya adalah kipas menahan mobil saat di darat, dan setelah meninggalkan tanah, pendorong gas dingin mengambil alih perannya.
Kemacetan kecepatan mobil listrik bukan karena motor, melainkan ban
Alasan Tesla menciptakan perangkat rumit ini berkaitan dengan masalah yang dihadapi mobil listrik performa tinggi saat ini. Output motor listrik sudah cukup kuat. Masalahnya adalah ban yang mentransfer tenaga tersebut ke jalan. Jika disederhanakan, gaya maksimum yang dapat disalurkan ban ke permukaan jalan sulit melampaui 'μN', yaitu hasil perkalian koefisien gesek (μ) dengan gaya tekan ban ke jalan (N). Tidak peduli seberapa tinggi output motor, jika ban selip, akselerasi tidak bisa lebih cepat lagi.
Kipas Roadster secara artifisial meningkatkan N di sini. Dengan menekan mobil ke bawah secara kuat, ia meningkatkan gaya yang bisa disalurkan oleh ban. Pendorong gas dingin bahkan lebih radikal; ia mendorong bodi mobil langsung ke depan tanpa melalui ban sama sekali. Bahkan setelah cengkeraman ban mencapai batasnya, thruster dapat menciptakan gaya akselerasi tambahan. Jika mobil konvensional mendorong batas gesekan dengan ban yang lebih baik, penggerak empat roda, torsi vektor, dan perangkat aerodinamis, Tesla memilih metode mengambil sebagian daya dorong dari perangkat yang tidak berhubungan dengan permukaan jalan.
Perbedaan ini terlihat lebih dramatis jika kita menghitung secara sederhana akselerasi 0-60mph 0,81 detik yang diungkapkan Tesla dalam demonstrasi. Kecepatan 60 mil per jam adalah sekitar 26,8 m/detik. Untuk mencapai ini dalam 0,81 detik, akselerasi rata-rata harus sekitar 33,1 m/s², atau sekitar 3,37 kali percepatan gravitasi. MotorTrend menganalisis dengan asumsi berat kendaraan sekitar 3750 pon (1700 kg) bahwa jika motor listrik roda belakang menggunakan downforce dari kipas untuk menciptakan daya dorong sekitar 32,3 kN dan thruster menambahkan sekitar 19,8 kN, akselerasi di tingkat 0,8 detik dimungkinkan. Namun, 0,81 detik adalah angka yang sejauh ini ditunjukkan oleh Tesla dalam demonstrasi dan bukan catatan resmi yang diverifikasi oleh lembaga independen.
Gas terkompresi dapat diisi ulang setelah digunakan. Berbeda dengan roket kimia yang harus diisi propelan khusus dari luar, cukup gunakan kompresor listrik untuk memadatkan udara kembali. Akhirnya, titik awal energinya adalah baterai Roadster. Strukturnya adalah menggunakan energi listrik baterai untuk menjalankan kompresor, menyimpannya dalam bentuk gas bertekanan tinggi, lalu melepaskannya dalam waktu singkat saat dibutuhkan. Dari segi efisiensi energi saja, ini kurang menguntungkan dibandingkan mengirimkannya langsung dari baterai ke motor listrik. Sebaliknya, ia berfungsi sebagai 'booster pneumatik' yang menciptakan output sangat tinggi selama beberapa detik, bukan energi yang digunakan secara efisien dalam waktu lama.
Lebih baik dipahami sebagai 'pamer teknologi' daripada produksi massal
Bersamaan dengan pengumuman tersebut, Tesla mulai membuka pemesanan Roadster. Namun, menerima pesanan dan berhasil melakukan produksi massal adalah dua hal yang berbeda. Ada banyak masalah yang harus diselesaikan. Pertama, tabung bertekanan ultra-tinggi sekitar 69 MPa harus dilindungi dengan aman bahkan dalam kecelakaan tabrakan, dan masalah keamanan jika ada orang atau mobil lain di arah semprotan gas juga harus diselesaikan. Kebisingan, guncangan, dan daya tahan akibat pengisian/pengosongan berulang tabung tekanan saat gas bertekanan ultra-tinggi keluar melalui nosel juga harus diverifikasi. 'Model Rocket' yang melayang ke udara bersinggungan tidak hanya dengan regulasi keselamatan mobil tetapi juga dengan ranah regulasi penerbangan. Tesla sendiri memperkenalkan model Rocket sebagai kendaraan khusus undangan yang tidak disetujui untuk penggunaan jalan raya umum.
Melihat dari sisi ekonomi, kecil kemungkinan Roadster menjadi model utama Tesla. Musk sendiri di masa lalu pernah menilai Roadster sebagai bisnis yang tidak terlalu berdampak besar pada kinerja Tesla. Di industri, Roadster dilihat sebagai 'halo car', yaitu mobil yang secara simbolis menunjukkan kemampuan teknologi pabrikan daripada volume penjualannya. Faktanya, Tesla baru-baru ini memperluas ruang lingkup bisnisnya ke kendaraan otonom, robotaksi, dan robot humanoid. Dalam situasi seperti ini, sulit melihat alasan mengembangkan mobil sport performa ultra-tinggi dengan volume penjualan terbatas selama 10 tahun hanya berdasarkan angka penjualan.
Lebih tepatnya, arti penting Roadster terletak pada upayanya mengubah aturan kompetisi performa mobil. Di era mesin pembakaran internal, formula dasar pengembangan mobil performa tinggi adalah meningkatkan output mesin, memperbaiki transmisi, lalu menyalurkan tenaga tersebut ke jalan melalui ban, suspensi, dan aerodinamika. Di era mobil listrik, di mana motor relatif mudah menghasilkan torsi besar dalam waktu singkat, hambatan telah bergeser dari sumber tenaga ke ban. Tesla mengambil jawaban dari luar industri otomotif untuk memecahkan batas tersebut. Mereka menempelkan ban secara paksa ke tanah dengan kipas hisap yang dikembangkan dari mobil balap, dan menciptakan daya dorong tambahan yang kurang langsung dengan pendorong gas dingin yang digunakan di pesawat luar angkasa.
Sejujurnya, Roadster berbeda dari 'mobil yang terbang ke tujuan' yang selama ini kita bayangkan. Tidak ada sayap, tidak ada baling-baling, dan tidak ada sistem pendorong yang efisien untuk mempertahankan penerbangan. Namun, Tesla telah mematahkan premis bahwa mobil hanya berakselerasi dan berubah arah melalui empat ban. Di darat, mereka menahan mobil dengan menyedot udara, dan di udara, mereka menggerakkan mobil dengan menyemprotkan udara terkompresi. Mungkin teknologi paling menarik yang ditunjukkan oleh Roadster terbang bukanlah penerbangannya itu sendiri, melainkan fakta bahwa mobil telah keluar dari batasan teknik otomotif demi menjadi lebih cepat.