ANALISIS ORBIT SATELIT GSO Abd. Rachman dan Neflia Peneliti Pusat Pemanfaatan Sains Antariksa, LAPAN Email:
[email protected] ABSTRACT Analysis of GSO satellite h a s been done by u s i n g data from 57 satellites. It contains analysis on distortion of satellite's orbit due to perturbation forces a n d analysis on the station keeping m a n e u v e r s which have been done to keep t h e orbit on its ideal condition. Result of t h e analysis shows t h a t it is not always a satellite located n e a r the stable points (79° E dan 252.4° E) will oscillate about t h a t longitudes. Ten among t h e postoperational satellites do oscillate about the stable points but the rest of them drift their longitudes from 0 to 360°. The analysis also shows t h a t orbital prediction u s i n g SDP4 model c a n only be accurate for prediction of inclination. Prediction of longitude, semimajor axis, a n d period b a s e d on TLE data a r e very sensitive to t h e related TLE. ABSTRAK Dengan m e n g g u n a k a n d a t a dari 57 satelit telah dibuat analisis orbit satelit GSO. Analisis ini meliputi analisis t e r h a d a p p e r u b a h a n inklinasi d a n bujur satelit akibat gaya-gaya pengganggu d a n analisis pengendalian orbit yang dilakukan u n t u k menjaga orbit satelit tersebut p a d a kondisi idealnya. Hasil analisis a n t a r a lain menunjukkan bahwa tidaklah m u t l a k bagi satelit satelit yang b e r a d a di sekitar titik kescimbangan (79° BT dan 252.4° BT) untuk berosilasi di sekitar titik tersebut. Di a n t a r a satelit yang tidak beroperasi lagi 10 diantaranya berosilasi di sekitar titik keseimbangan sedang selebihnya bergeser bujurnya dari 0 hingga 360°. Diketahui p u l a b a h w a prediksi orbit dengan model SDP4 h a n y a bisa dikatakan a k u r a t u n t u k prediksi inklinasi. Hasil prediksi bujur, setengah s u m b u panjang, dan periode memakai d a t a TLE s a n g a t sensitif t e r h a d a p TLE bersangkutan. Kata kunci: Satelit, Orbit Geostasioner, Gangguan Orbit, TLE, SDP4 1
PENDAHULUAN
Satelit yang b e r a d a p a d a orbit geostasioner (GSO, geostationary orbifj idealnya memiliki inklinasi nol, eksentrisitas nol, dan terletak p a d a bujur yang tetap. Pada kenyataannya, kondisi ideal ini tidak mungkin k a r e n a adanya berbagai gangguan orbit. Gangguan orbit ini mengakibatkan bergesernya p a r a m e t e r orbit dari kondisi idealnya. Penyebab u t a m a
27
gangguan ini mulai dari yang terbesar adalah m a s s a Bulan, m a s s a Matahari, ketidakbulatan Bumi, d a n radiasi Matahari (Morgan, 1989). Menyimpangnya satelit dari orbit yang direncanakan t e n t u saja b u k a n hal yang diharapkan. Karena itu u n t u k menjaga agar satelit t e t a p menjalankan misi s e s u a i objektifnya, secara rutin dilakukan m a n u v e r pengendalian satelit {station keeping maneuver). Manuver ini a k a n dilakukan apabila dari hasil p e n e n t u a n orbit d a n propagasi efemeris diidentifikasi satelit a k a n menyimpang dari kondisi idealnya melewati limit orbit yang telah ditetapkan (Wibisono, 2002). Satelit GSO memegang peran penting terutama dalam dunia komunikasi dewasa ini. Kebanyakan satelit komunikasi adalah satelit GSO. Satelit y a n g dimiliki Indonesia (sebelum diluncurkannya LAPAN-TUBSAT) s e l u r u h n y a adalah satelit GSO baik yang masih beroperasi m a u p u n yang tidak lagi. Dengan demikian, p e m a h a m a n yang baik t e n t a n g orbit satelit GSO t e r m a s u k gangguan d a n pengendalian orbitnya sangat diperlukan u n t u k menjelaskan perilaku orbit satelit-satelit GSO tersebut. Tujuan penelitian ini adalah m e m a h a m i pengaruh lingkungan antariksa t e r h a d a p perilaku orbit satelit GSO berikut aktivitas pengendaliannya. Hasil penelitian ini diharapkan dapat m e m b a n t u dalam menjelaskan p e r m a s a l a h a n orbit yang dialami satelit GSO. 2
DATA DAN PENGOLAHANNYA
2.1 Perolehan Data Sebanyak 57 b u a h satelit diteliti dalam penelitian ini (Tabel 3-1). D a t a orbit satelit-satelit t e r s e b u t diperoleh dari NORAD TLE {Space Track, 2006) yang di-download s e c a r a ascending m e n u r u t waktu. Data masing-masing satelit disimpan dalam file teks misalnya file telkoml.txt yang berisi TLE satelit Telkom 1 dari tanggal 12 Agustus 1999 (tanggal peluncuran) hingga 8 Nopember 2006 (tanggal d a t a di-download). Tabel 2 - 1 : DAFTAR SATELIT YANG DITELITI AnikF2
GMS2
I n s a t 1A
STTW4
Insat IB
Intelsat 4-F8 P a l a p a 2 I n t e l s a t 502 P a l a p a B l
Apple
GMS 3
Arabsat 1A
GMS 4
I n s a t 1C
Kiku2
P a l a p a B2
TDRS6
Arabsat IB
GMS 5
I n s a t 2A
LES8
P a l a p a B2P Telkom 1
Arabsat 1DR GOES 4 AKM I n s a t 2B
Meteosat 3
P a l a p a B2R Telkom 2
ATS1
GStar 1
Insat 2C
Olympus 1
P a l a p a B4
Westar 3
Ayame 2
GStar 2
I n s a t 2D
Optus Al
Palapa CI
Yuri
Chinasat 5
GStar 3
Intelsat 1-F1
O p t u s A2
P a l a p a C2
Garuda 1
HGS 1
Intelsat 2-F1
O p t u s A3
S a k u r a 2A
GMS 1
Indostar 1
I n t e l s a t 2-F2 P a l a p a 1
28
STTW3
STTWT2
NORAD TLE [North American Aerospace Defense Command Two Line Eiementy dipublikasikan di internet melalui NASA/Goddard d a n dapat diakses melalui www.space-track.org a t a u www.celestrak.com. Satu 'set elemen TLE' (disingkat elset) terdiri dari d u a baris data dengan format khusus. Di dalam s e b u a h elset tersimpan berbagai data mengenai orbit satelit b e r s a n g k u t a n (Rachman, 2007). 2.2 Pengolahan Data Proses pengolahan d a t a dilakukan dengan memanfaatkan program NORAD TLE Translation yang dikembangkan menggunakan SGP4 Pascal Library (Kelso, 1999). Masukan program ini adalah TLE satelit sedang keluarannya adalah parameter-parameter orbit (yang diekstrak dari TLE) yang masing-masing t e r s u s u n dalam kolom tertentu sehingga m e m u d a h k a n pengolahan d a t a selanjutnya. Di samping itu b e b e r a p a parameter t u r u n a n (yang tidak a d a dalam TLE) j u g a dapat dihitung misalnya bujur satelit. Program ini m a m p u menampilkan k e l u a r a n n y a dalam b e n t u k tabel dan grafik (Rachman, 2007). Program k e d u a adalah program station keep yang penulis k e m b a n g k a n u n t u k menghitung berbagai besaran yang terkait dengan g a n g g u a n orbit satelit d a n pengendalian orbitnya. Masukan program ini adalah toleransi inklinasi, bujur y a n g dipertahankan, toleransi bujur, d a n tanggal. Sedang keluarannya adalah presesi akibat Matahari, presesi akibat Bulan, presesi akibat Matahari dan Bulan, interval waktu m a n u v e r pengendalian u t a r a selatan, besar kecepatan yang d i b u t u h k a n u n t u k tiap m a n u v e r pengendalian utara-selatan, p e r c e p a t a n geser [drift acceleration) akibat kelonjongan Bumi, laju geser maksimum akibat kelonjongan Bumi, p e r u b a h a n kecepatan u n t u k tiap m a n u v e r pengendalian timur-barat, interval waktu m a n u v e r pengendalian timur-barat, dan b e s a r kecepatan yang d i b u t u h k a n u n t u k tiap m a n u v e r pengendalian timur-barat. Program ketiga adalah GSO Prediction yang penulis k e m b a n g k a n menggunakan SGP4 Pascal Library (Kelso, 1999). Program ini m e n g g u n a k a n model SDP4 dengan m a s u k a n d a t a TLE sedang k e l u a r a n n y a adalah inklinasi, bujur, eksentrisitas, setengah s u m b u panjang, ketinggian, d a n periode. Prediksi m e m a k a i program GSO Prediction u n t u k satelit yang masih beroperasi h a n y a berlaku sebelum dilakukan m a n u v e r pengendalian orbit berikutnya. Untuk satelit yang tidak lagi beroperasi, l a m a prediksi bisa mencapai b e b e r a p a t a h u n . Dalam penelitian ini, program NORAD TLB Translation digunakan u n t u k m e n g e t a h u i dinamika inklinasi dan bujur satelit. Dari profil inklinasi dan bujur tersebut dapat diketahui a p a k a h satelit yang ditinjau m a s i h dikendalikan atau tidak lagi. Apabila nilai inklinasi masih sekitar nol derajat dan bujur masih t e t a p di sekitar s u a t u nilai berarti satelit masih dikendalikan. Dapat diketahui pula b e r a p a nilai bujur satelit yang 29
dipertahankan (bagi satelit yang masih beroperasi) a t a u semula dipertahankan (bagi satelit yang tidak lagi beroperasi). Program station keep d i g u n a k a n dalam analisis p e n g a r u h gaya-gaya perturbasi t e r h a d a p inklinasi d a n bujur satelit sehingga t e r b e n t u k profil inklinasi d a n bujur sedemikian r u p a . Program GSO Prediction digunakan u n t u k mengkaji prediktibilitas orbit. Karena program ini tidak memperhitungkan faktor pengendalian orbit m a k a prediksi h a n y a dapat dilakukan u n t u k satelit yang tidak lagi dikendalikan. 3
HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1Hasil Tabel 3-1 memperlihatkan hasil pengolahan d a t a TLE t e r h a d a p 57 b u a h satelit GSO yang ditinjau. Kolom dinamika inklinasi m e n u n j u k k a n p e r u b a h a n inklinasi satelit d a n waktu yang diperlukan. Sebagai contoh, satelit nomor 6 di Tabel 3-1 yakni ATS 1 mengalami kenaikan inklinasi dari 0 hingga 15° dalam w a k t u 28 t a h u n k e m u d i a n mengalami p e n u r u n a n inklinasi dari 15 hingga 10° dalam w a k t u 106 t a h u n . Semula ATS1 mengorbit di bujur 211° BT n a m u n k e m u d i a n bujurnya bergeser dari 0 hingga 360°. Pergeseran m e m b e n t u k siklus ini berlangsung hingga d a t a terakhir yang diperoleh. Apabila ditemukan kelainan p a d a profil inklinasi m a u p u n bujur m a k a dikolom b e r s a n g k u t a n diberikan keterangan "anomali" seperti yang dialami inklinasi satelit nomor 19 yakni HGS 1 yang semula bernilai 56° lalu s e c a r a tiba-tiba m e n u r u n drastis menjadi 8°. Lebih detil t e n t a n g profil p a r a m e t e r orbit satelit yang ditinjau dapat dilihat dari grafik profil t e r s e b u t yang ditampilkan oleh program NORAD TLE Translation. Tabel 3-1: HASIL PENGOLAHAN DATA No*
Nasxta Satelit
Data awal
Dinamika Inklinasi pj
Data Akhir
Dinamika
l.
AnikF2
17-Jul-2004
8-Jul-2006
0
248.9
2. 3.
Apple
20-Jun-1981
Arabsat 1A
27-Nov-2006 27-Nov-2006
0-14 (24thn) 0-11 (16 thn)
20, 0-360
4. 5.
Arabsat IB Arabsat 1DR
9-Feb-1985 18-Jun-1985 29-Jul-1983
27-Nov-2006 27-Nov-2006
26, 0-360 264, 0-360
6.
ATS1
7-Dec-1966
27-Nov-2006
7. 8.
Ayame 2 Chin as at 5 Garuda 1
23-Feb-1980 22-May-1984
14-May-2005
0-10 (14 thn) 0-10 (13 thn) 0-15-10(28, 10.6 thn) data kurang 0-8(10 thn) 0
123
GMS 1 GMS2
18-Jul-1977 10-Aug-1981
22-Nov-2006 22-Nov-2006
0-14 (21 thn)
11. 12. 13.
GMS 3 GMS 4
4-Aug-1984 8-Sep-1989
21-Nov-2006 23-Nov-2006
0-12 (20 thn) 0-10 (12 thn)
159, 140, 360 140, 140,
14.
GMS 5
19-Mar-1995
21-Nov-2006
0-5 (7 thn)
140,0-360
9. 10.
30
12-Feb-2000
28-Nov-2006 9-Nov-2006
0 - 1 4 (23 thn)
0-360
211,0-360 data kurang 115,0-360 0-360 145, 120, 0120, 0-360 120, 0-360
15.
GOES 4 AKM
16.
GStar 1
8-Sep-1980 8-May-1985
17. 18.
GStar2 GStar 3
29-Mar-1986 ll-Sep-1988
16-May-2005 17-May-2005 15-May-2005
19.
HGS 1
25-Dec-1997
20.
Indostar 1 Insat 1A
21. 22. 23.
Insat IB Insat 1C
0-22 (24 thn) 0-7 (7 thn)
0-360
0-8(10 thn) 0-12 (17 thn)
257, 255 255, 235, 0-360 267, 255
22-May-2005
56,8-0 (anomali)
205, 298, 190-325
12-Nov-1997
8-Nov-2006
10-Apr-1982 31-Aug-1983 27-Jul-1988
27-Nov-2006 28-Nov-2006 27-Nov-2006
0-1.3 (1.5 thn) 0-14 (data kurang) 0-12 (16 thn) 0-11.5 (17 thn)
10-Jul-1992 22-Jul-199 3
0-8 (9 thn) 0-5.5 (6 thn)
7-Dec-1995 3-Jun-1997
29-Nov-2006 26-Nov-2006 27-Nov-2006 28-Nov-2006 16-May-2005
107.7 0-122 (data kurang) 74, 94, 14-132 93.5, 56-94 74, 48, 0-360 94,112,0-360 94, 48, 0-360
27.
Insat Insat Insat Insat
28.
Intelsat 1-F1
7-Sep-1966
29.
Intelsat 2-F1
17-Jul-1967
17-May-2005
30.
Intelsat 2-F2
11-Jan-1967
26-Nov-2006
31.
Intelsat 4-F8
32. 34.
Intelsat 502 Kiku2 LES8
25-Jan-1977 6-Dec-1980 23-Feb-1977
35.
Meteosat 3
24-Jan-1977 21-Jun-1988
12-Nov-1999 6-May-2005 27-Nov-2006 17-May-2005
0-14.5-9.5 (27, 12 200-310 (data thn) kurang) anomali anomali 0-15-11 (25, 10 0-360 (data kurang) thn) 0-12 (16 thn) 174, 0-360 0-11 (16 thn) 320, 0-360 0-14.5 (29 thn) 130, 0-360 anomali anomali
5-Jun-2005
0-10 (13 thn)
36.
13-Jul-1989
10-May-2005
38.
Olympus 1 Optus Al Optus A2
28-Aug-1985 28-Nov-1985
29-Nov-2006 13-Feb-2006
0-9 (13 thn) 0-10 (13 thn) 0-9 (13 thn)
39.
Optus A3
15-Sep-1987
26-Nov-2006
0-8 (10.5 thn)
40.
23-Feb-1978
2-Apr-2006
41.
Palapa 1 Palapa 2
42.
Palapa B1
26-Dec-1979 19-Jun-1983
9-Mar-2006 18-Jun-2006
0-13 (20 thn) 0-13(19 thn)
164, 156, 152, 164, 31.5 0-360 (data kurang) 0-360 (data kurang)
0-11 (16.5 thn)
108, 118, 134,0-360
6-Feb-1984
12-Nov-1984
anomali
16-May-2005 28-Apr-2005
0-7.5 (9 thn)
anomali 113, 144, 0-360
0-4.2 (5 thn)
108, 43
17-Jun-2006
0-1.5(1.5 thn) 0-1.7, 0 (anomali)
118,0-360
0
113
0-12.5 (19.5 thn) 0-9(12 thn) 0-9 (11.5 thn)
132, 128, 0-360
24. 25. 26.
33.
37.
2A 2B 2C 2D
20-Mar-2005
0-4.2 (5 thn) 0-7.5 (9 thn)
0-360 (anomali)
360, 3 1 0 , 2 8 5 , 0360 3 4 1 , 0-360 160, 0-360 156, 164, 0-360
44.
Palapa B2 Palapa B2P
45.
Palapa B2R
22-Mar-1987 l-Apr-2000
46.
14-May-1992 l-Feb-1996 15-May-1996 4-Feb-1983 24-Dec-1988
18-May-2005 17-Jun-2006 28-Nov-2006
50.
Palapa B4 Palapa CI Palapa C2 Sakura 2A STTW3
51.
STTW4
27-Nov-2006 22-Nov-2006
0-12 (22 thn)
125, 10-135
0-2.5,0-7 (anomali)
313, 186 (anomali)
0
108
43.
47. 48. 49.
26-Nov-2006
150, 50,38
110.5, 37-111.5 98, 51-98
52.
STTWT2
5-Feb-1990 8-Apr-1984
53.
TDRS6
13-Jan-1993
54.
Telkom 1
12-Aug-1999
19-Nov-2006 19-Jun-2006
55.
16-Nov-2005
15-Jun-2006
0
118
56.
Telkom 2 Westar 3 Yuri
13-May-2005 29-Nov-2006
0-12 (17 thn)
57.
24-Aug-1979 9-Apr-1978
269, 0-360 110, 40-109
0-14.5 (22 thn)
31
3 . 2 Pembahasan Idealnya orbit satelit GSO h a r u s m e m e n u h i tiga persyaratan sebagai berikut (Roddy, 2001): • Satelit p a d a orbit tersebut h a r u s bergerak ke a r a h timur [eastward) dengan kecepatan revolusi yang s a m a dengan kecepatan rotasi Bumi. Dengan k a t a lain periode orbit satelit s a m a dengan rotasi Bumi yakni 23 jam, 56 menit, 4 detik waktu Matahari rata-rata. • Orbit h a r u s lingkaran dengan setengah sumbu-panjang sekitar 42164 km. Ini berarti ketinggian satelit sekitar 35786 km dari p e r m u k a a n Bumi. • Inklinasi orbit h a r u s nol. Ini berarti orbit satelit terletak p a d a bidang ekuator Bumi. Secara prinsip, h a n y a a d a s a t u orbit yang m e m e n u h i persyaratan tersebut yakni orbit yang m e m e n u h i p e r s a m a a n P - 2 , ^ -
,3-1)
dengan P adalah periode orbit, a adalah setengah sumbu-panjang, d a n \x adalah k o n s t a n t a gravitasi Bumi (besarnya 3.986005* 10 14 m 3 dtk 2 ) dengan periode 23 jam, 56 menit, 4 detik d a n terletak p a d a bidang ekuator Bumi. Orbitnya yang unik m e n y e b a b k a n satelit GSO terlihat tetap di a t a s s e b u a h lokasi di ekuator. Ini m e m u n g k i n k a n a n t e n a stasiun di Bumi dapat t e t a p m e n g a r a h ke satelit t a n p a m e l a k u k a n penjejakan [tracking). Seperti halnya jenis orbit yang lain, orbit GSO juga mengalami gangguan akibat gaya-gaya perturbasi. Tabel 3-2 memperlihatkan perturbasi u t a m a p a d a orbit GSO dengan gangguan terbesar k a r e n a b e n d a ketiga (Matahari dan Bulan) diikuti gangguan akibat ketidakbulatan Bumi lalu gangguan akibat t e k a n a n Matahari (Morgan, 1989). Dari tabel terlihat perbandingan besar k e b u t u h a n b a h a n bakar [hydrazine) u n t u k mengoreksi gangguan akibat b e n d a ketiga (13% m a s s a wahana) dengan gangguan lainnya. Tabel 3-2: PERTURBASI UTAMA PADA ORBIT SATELIT GSO Peayekab
Efek
Orbit
Osilasi utaraBulan-Matahari Inklinasi selatan Setengah Ketidakbulatan Pergeseran sumbu Bumi timur-barat panjang Eksentrisi Osilasi Tekanan timur-barat tas Matahari
32
Magnitude
Bervaria&i &tmtuha* dexlgan 7-tlwx AV
0.75°-0.94° per thn
Tahun
320 m / d t k
±0.002° per hari2
Bujur
15m/dtk
Luas per massa
lydbrazin* 13 1
Gangguan yang dialami satelit bisa darj Bulan saja, Matahari saja, atau kombinasi B u l a n d a n Matahari. Tabel 3-2 memperlihatkan b a h w a efek dari gangguan ini adalah b e r u b a h n y a inklinasi orbit satelit sekitar 0.85°/thn. Jika tidak dilakukan koreksi orbit, gangguan ini b e r s a m a dengan gangguan akibat ketidakbulatan b e n t u k Bumi a k a n mengakibatkan b e r u b a h n y a inklinasi dari 0 hingga 14.67° dalam 26.6 t a h u n lalu kembali ke nol dan siklus p u n terulang kembali (Roddy, 2001). Besar presesi yang diakibatkan oleh Matahari d a n Bulan p a d a satelit GSO terlihat p a d a Gambar 3-1 kiri. Presesi ini bernilai dari 0.75° hingga 0.94° per t a h u n tergantung dari nilai deklinasi Bulan. Besarnya percepatan geser [drift acceleration) yang dialami orbit satelit akibat kelonjongan ekuator Bumi diperlihatkan p a d a Gambar 3-1 kanan. Tabel 3-3: DAFTAR SATELIT YANG MASIH DIKENDALIKAN HINGGA DATA TERAKHIR YANG DIPEROLEH Noma AnikF2 Garuda 1 Palapa C2
Bujur f| 248.9 123 113
Nama Telkom 1 Telkom 2
»ujur {°\ 108 118
Hasil pengolahan d a t a dengan jelas memperlihatkan b a g a i m a n a perubahan inklinasi dan bujur satelit ketika tidak dikendalikan lagi (Tabel 3-1). Sebagian besar satelit p a d a Tabel 3-1 adalah satelit yang tidak dikendalikan lagi. Hanya lima b u a h satelit yang masih dikendalikan seperti terlihat di Tabel 3-1. Tabel ini k h u s u s memperlihatkan satelit-satelit yang m a s i h dikendalikan hingga d a t a terakhir yang diperoleh. S e m u a n y a adalah milik Indonesia kecuali Anik F2. 2
K10
i
1.5
i
!
0.5 0
-\j | \j~
0.5 -1 •lb „
0
.1
. J
X
60
T 90
120
I
l
,i
15D 180 210 Bujur timur f)
, 240
•
i
i
270
300
330
360
Gambar 3-1: Gangguan p a d a orbit satelit GSO akibat Matahari d a n Bulan (kiri) d a n kelonjongan ekuator Bumi (kanan)
33
Untuk menjaga agar inklinasi tidak melebihi batas yang diperbolehkan maka dilakukan manuver pengendalian orbit yang dinamakan pengendalian utara-selatan [north-south station keeping). Tekniknya dengan memberikan impuls (memakai thruster) pada waktu dan arah yang tepat untuk mengembalikan satelit pada inklinasi nol. Karena benda ketiga cenderung menggerakkan normal orbit satelit ke arah Titik Aries (asensiorekta 0°) maka manuver inklinasi menggerakkan normal orbit ke arah yang berlawanan (asensiorekta 180°). Jika inklinasi nol telah didapatkan maka kembali impuls diberikan pada arah berlawanan dengan semula untuk menghentikan perubahan inklinasi. Batas toleransi inklinasi yang dibolehkan sebelum dilakukan pengendalian utara-selatan ini adalah ±0.1° untuk satelit pada C band dan ± 0.05° untuk satelit pada Ku band. Pengendalian inklinasi ini adalah pengendalian yang paling banyak memerlukan bahan bakar di banding pengendalian elemen orbit lainnya. Efek samping dari pengendalian utara-selatan adalah terjadinya perubahan eksentrisitas orbit (Morgan, 1989). Gambar 3-2 menunjukkan interval waktu manuver pengendalian utara-selatan dan besar tambahan kecepatan yang diperlukan ditiap manuver.
100
----JX;
BE
\
I 60
> <
40
20
S "0
0.1
02
0.3
0.4 0.5 D.6 Tolaranai bujur (")
0.7
D.B
0.9
1
0
i 0.1
0.2
FJ.3
CM 0.5 0.B Toleransi bujur (*)
i
i
i
0.7
0.B
0.9
1
Gambar 3-2: Interval waktu manuver pengendalian orbit untuk satelit GSO (kiri) dan besar tambahan kecepatan yang dibutuhkan untuk pengendalian orbit tersebut (kanan) akibat gangguan Matahari dan Bulan Telah dikemukakan bahwa satelit GSO juga mengalami gangguan akibat ketidakbulatan bentuk Bumi. Faktor ini bisa berasal dari kepepatan {flattening] kutub-kutub Bumi maupun dari kelonjongan ekuator Bumi. Lebih pendeknya radius kutub Bumi (6356.77 km) dari pada radius ekuatornya (6378.14 km) sebesar 21 km mengakibatkan satelit merasakan adanya tarikan tambahan dari equatorial bulge Bumi tersebut. Akibatnya, secara umum, tarikan gravitasi pada satelit tidak mengarah tepat ke pusat Bumi 34
tapi agak tertarik ke a r a h equatorial bulge tersebut. Efek k e p e p a t a n ini p a d a satelit a d a d u a (Morgan, 1989): • Bertambahnya r a d i u s orbit k a r e n a a d a n y a p e n a m b a h a n percepatan gravitasi p a d a satelit. • Jika inklinasi satelit tidak s a m a dengan nol m a k a orbit normal satelit (garis yang tegak l u r u s t e r h a d a p bidang orbit) a k a n mengalami presesi mengitari sumbu rotasi Bumi. Ini terjadi k a r e n a a d a n y a gaya yang menarik satelit menuju bidang ekuator. Kombinasi dari gangguan ini dengan gangguan benda ketigalah yang dikoreksi dengan pengendalian u t a r a - s e l a t a n (telah dijelaskan sebelumnya). Secara lebih tepat, Bumi digambarkan berbentuk triaxial ellipsoid dengan kelonjongan ekuator yang c u k u p kecil (beda titik-titik sepanjang ekuator k u r a n g dari 100 m). Kendati demikian, perbedaan yang kecil ini ternyata mengakibatkan tarikan gravitasi tidak m e n g a r a h tepat ke p u s a t Bumi (atau s u m b u rotasi) melainkan agak tertarik ke a r a h equatorial bulge yang terdekat. Ini menimbulkan komponen gaya yang bekerja s e a r a h a t a u berlawanan a r a h dengan kecepatan satelit. Akibatnya percepatan geser (drift acceleration) satelit a k a n m e n g a r a h ke s u m b u pendek elips terdekat. Pergeseran ini tiada lain adalah pergeseran bujur satelit yang m e n g a r a h ke dua titik yang hampir tepat berseberangan yakni 79° BT (dekat n e g a r a Sri Lanka) dan 252,4° BT (di S a m u d e r a Pasifik dekat pantai Ekuador). Satelit yang b e r a d a p a d a k e d u a titik tadi a k a n t e t a p b e r a d a p a d a t e m p a t n y a s e d a n g satelit yang b e r a d a di sekitar k e d u a titik tadi a k a n berosilasi di sekitar titik tersebut sedang satelit di tempat lainnya a k a n bergeser ke salah s a t u dari dua titik tadi. Percepatan yang dialami ke a r a h titik-titik keseimbangan di atas (79° BT d a n 252.4° BT) diperlihatkan p a d a Gambar 3-1 k a n a n . Percepatan ini bernilai dari -0.002 deg/day 2 hingga 0.002 deg/day 2 tergantung dari bujur satelit b e r s a n g k u t a n . Untuk mengoreksi pergeseran bujur satelit, diberikan impuls p a d a satelit tiap 2 a t a u 3 minggu dengan a r a h berlawanan dengan a r a h pergeseran. Manuver ini d i n a m a k a n pengendalian timur-barat (east-west station keeping). B a t a s toleransi pergeseran bujur yang dibolehkan sebelum dilakukan pengendalian timur-barat ini adalah ±0.1° u n t u k satelit p a d a C band d a n ±0.05° u n t u k satelit p a d a Ku b a n d (sama dengan b a t a s toleransi pengendalian utara-selatan). Pengendalian bujur ini adalah pengendalian yang paling penting dilakukan. S a m a halnya dengan pengendalian u t a r a selatan, efek samping dari pengendalian timur-barat adalah b e r u b a h n y a eksentrisitas satelit (Morgan, 1989). Gambar 3-3 m e n u n j u k k a n interval waktu manuver pengendalian timur-barat dan besar t a m b a h a n kecepatan yang diperlukan di tiap manuver.
35
,
ISO
— "•
drift SCCBI =0.001 Vday:
t.-.^^jfr....^
^
dirt accel = U.HWoaf 1 drift sccel = 0 001 7d«y2
0.6
drift sccel = 0.0005Vd«j!
dnl accel = O.OOOS'/day2
140 -
0.5 120
«• 100
•^"•—:
.•i'""" :
:-
!
•,
i i
I an
I " >
:
v
:
:
i
!
i
i
,....--
< 0.3
so 0.2 ' • > • - - ••-.+•••"--•••;
\
i-
0.1 fy
0 5 0.6 0 7 0.8 Toleransi bujur f)
r
i
12 0 3 0 4 0.5 0.6 0 7 0 8 0 9 Toleransi bujur [")
Gambar 3-3: Interval waktu m a n u v e r pengendalian orbit u n t u k satelit GSO (kiri) d a n besar t a m b a h a n kecepatan yang d i b u t u h k a n u n t u k pengendalian orbit tersebut (kanan) akibat gangguan kelonjongan b e n t u k Bumi Profil bujur satelit yang diperoleh dalam penelitian ini m e n u n j u k k a n b a h w a tidak m u t l a k bujur satelit yang tidak dikontrol lagi a k a n berosilasi di sekitar titik keseimbangan (79° BT d a n 252.4° BT). Banyak satelit yang bujurnya bergeser dari 0 hingga 360°. Contohnya adalah Palapa B2P seperti terlihat p a d a Gambar 3-4. Daftar satelit yang berosilasi di sekitar 79° BT diperlihatkan p a d a Tabel 3-4. Perhatikan bahwa bujur awal p a d a Tabel 3-4 hingga Tabel 3-6 h a n y a m e n u n j u k k a n nilai bujur sebelum terjadi osilasi sehingga tidak mutlak m e n y a t a k a n bujur operasional satelit. Daftar satelit yang berosilasi di sekitar 252.4° BT diperlihatkan p a d a Tabel 3-5. Daftar satelit yang bujurnya bergeser dari 0 hingga 360° (berputar mengelilingi Bumi) diperlihatkan p a d a Tabel 3-6. AGILA 1 {PALAPA B2P)
1986.00
1990.00
1992.00
1994.00
1996.00 1998.00 Time [year]
2000.00
2002.00
20O4.0O
Gambar 3-4: Profil bujur satelit Palapa B2P yang kini bergeser dari 0 hingga 360° 36
Tabel 3-4: SATELIT YANG BEROSILASI DI SEKITAR 79° BT Kama Yuri Insat 1 A Insat 1 B Insat 1 C
Bujur awal (Q) 110 data kurang 74 93.5
Nama Insat 1 D STTW3 STTW4 STTWT2
Bujur&waJn 83 110.5 98 125
Tabel 3-5: SATELIT YANG BEROSILASI DI SEKITAR 252.4° BT
•••HHHHBII 298
:i5i:i?j££i$^
HGS 1 Intelsat 1-F1
310
Tabel 3-6: SATELIT YANG BUJURNYA BERGESER DARI 0 HINGGA 360° I^^^PiS^iis^ii^ii^ii | | i | | | | | | | | | | | | | | | Apple Arabsat 1A Arabsat IB Arabsat 1DR ATS1 Chinasat 5 GMS 1 GMS2 GMS 3 GMS 4 GMS 5 GOES 4 AKM GStar2 Insat 2A Insat 2B Insat 2C
data kurang 20 26 264 211 115 159 120 120 120 140 data kurang 235 48 112 48
l^iSlll^i^^iSp li^iril^pyi Insat 2D Intelsat 2-F2 Intelsat 4-F8 Intelsat 502 Kiku2 Meteosat 3 Olympus 1 Optus Al Optus A2 Palapa 1 Palapa 2 Palapa B1 Palapa B2P Palapa B4 S a k u r a 2A Westar 3
data data 174 320 130 285 341 160 156 data data 134 144 118 128 269
kurang kurang
kurang kurang
Berikut ini analisis t e r h a d a p p e n g a r u h gaya-gaya perturbasi t e r h a d a p inklinasi d a n bujur satelit STTW 3 (NORAD n u m b e r 19710). Diasumsikan bahwa satelit ini d i p e r t a h a n k a n p a d a bujur 110.5° BT dengan b a t a s toleransi inklinasi d a n bujur s a m a yakni ±0.1°. Profil inklinasi d a n bujur satelit yang dihasilkan program NORAD TLE Translation (berdasarkan data) diperlihatkan pada Gambar 3-5.
37
19SC.0Q
199200
199*00 0.00
1W2.Q0
IWCO
2003.00
2C04DO
2006.00
Gambar 3-5: Profil inklinasi dan bujur satelit STTW 3 Program station keep dengan m a s u k a n toleransi inklinasi sebesar 0.1°, bujur yang d i p e r t a h a n k a n 110.5°, toleransi bujur 0.1°, d a n tanggal 4 J a n u a r i 1999 memberikan hasil sebagai berikut: • presesi akibat Matahari d a n Bulan 0.7675°/thn. • interval waktu m a n u v e r pengendalian utara-selatan 95.1788 hari. • kecepatan yang d i b u t u h k a n u n t u k tiap manuver pengendalian u t a r a selatan 10.7303 m / d t k . • percepatan geser {drift acceleration) akibat kelonjongan Bumi -0.0018°/hari 2 . • interval waktu m a n u v e r pengendalian timur-barat 30.0050 hari. • kecepatan yang d i b u t u h k a n u n t u k tiap manuver pengendalian timur-barat 0.1514 m / d t k . Program GSO Prediction dengan memakai TLE tanggal 18 April 2000 (setelah satelit tidak dikendalikan) memberikan inklinasi d a n bujur yang ditunjukkan p a d a Gambar 3-6.
Pri**3G*4 - * - D * U TIE
°ndksi sow -*- nu n
>?
> • - • "
:
\ ^ ^>;
>
^
^ r
2001 N>
N02 OC
•
Z»3M
SOW BD
I0O5 00
3CM 03
JOO* 00
20M 00
Gambar 3-6: Hasil prediksi inklinasi d a n bujur u n t u k satelit STTW dibandingkan dengan d a t a
3
Perhitungan p a d a tanggal 4 J a n u a r i 1999 (ketika STTW 3 masih dikontrol) memberikan presesi akibat Matahari dan Bulan sebesar 0.7675°/thn. Ini a k a n mengakibatkan kenaikan inklinasi sekitar 7.5° dalam waktu 10 t a h u n jika tidak dilakukan pengendalian utara-selatan. Untuk menjaga 38
inklinasi t e t a p di b a w a h 0.1° diperlukan manuver pengendalian u t a r a - s e l a t a n dengan periode sekitar 95 hari dengan p e n a m b a h a n kecepatan sebesar 10.73 m/dtk di tiap manuver. Dari d a t a diketahui b a h w a sejak awal t a h u n 1995 inklinasi satelit tidak dikontrol lagi sehingga inklinasinya meningkat menjadi sekitar 7.5° p a d a t a h u n 2005 (Gambar 3-5 kiri). Di sini terlihat a d a kecocokan a n t a r a d a t a d a n teori yang dipahami. Model SDP4 dengan masukan TLE tanggal 18 April 2000 dapat memprediksi inklinasi dengan baik hingga akhir t a h u n 2002 (Gambar 3-6 kiri). Nilai negatif p a d a percepatan g e s e r y a k n i -0.0018°/hari 2 berarti satelit mengalami percepatan ke a r a h barat ke a r a h titik 79° BT. Ketika satelit tidak dikendalikan lagi geraknya ia a k a n bergerak menuju titik tersebut, ketika mencapai titik t e r s e b u t laju geser yang masih dimiliki ketika itu mengakibatkan satelit t e r u s bergerak melewati titik tersebut kemudian laju gesernya mulai b e r k u r a n g hingga mendekati nol di sekitar bujur 40° BT. Satelit kemudian bergeser kembali ke a r a h bujur 110.5° BT dan siklus berulang. Untuk menjaga bujur tetap di a n t a r a 110.4° d a n 110.6° BT diperlukan m a n u v e r pengendalian timur-barat dengan periode m a n u v e r sekitar 30 hari dengan t a m b a h a n kecepatan sebesar 0.1514 m / d t k di tiap manuver. Dari d a t a diketahui b a h w a sejak akhir 1999 bujur satelit tidak dikontrol lagi sehingga bujur satelit bergeser hingga sekitar 40° BT k e m u d i a n berbalik menuju 110.5° BT kembali (Gambar 3-5 kanan). Di sini terlihat a d a kecocokan a n t a r a d a t a d a n teori yang dipahami. Model SDP4 dengan masukan TLE tanggal 18 April 2000 tidak c u k u p baik memprediksi bujur satelit meskipun berhasil diperoleh profil yang mirip dengan d a t a (lihat Gambar 3-6 kanan). Prediksi bujur, setengah s u m b u panjang, d a n periode satelit m e m a k a i program GSO Prediction (berdasarkan model SDP4) sangat sensitif t e r h a d a p masukan d a t a TLE-nya. Harus dimasukkan TLE yang "tepat" agar diperoleh hasil prediksi yang logis. Sebagai contoh, prediksi bujur d a n setengah s u m b u panjang satelit STTW 3 memakai TLE tanggal 18 April 2000 p u k u l 17:10:01 UTC memberikan hasil seperti terlihat p a d a Gambar 3-7. Sedang prediksi bujur d a n s e t e n g a h s u m b u p a n j a n g satelit STTW 3 m e m a k a i TLE t a n g g a l 18 April 2000 p u k u l 22:30:20 UTC memberikan hasil seperti terlihat p a d a Gambar 3-8. Kedua TLE memberikan hasil prediksi yang sangat j a u h berbeda meski selisih waktu a n t a r a k e d u a n y a tidak lebih dari 5 V2 jam. Gangguan t e k a n a n Matahari adalah gangguan yang paling kecil dari tiga jenis gangguan orbit yang dialami satelit GSO (Tabel 3-2). Efek dari gangguan ini adalah b e r u b a h n y a eksentrisitas satelit. Dibanding parameter orbit lainnya, eksentrisitas m e r u p a k a n elemen orbit yang paling m u d a h untuk dikendalikan. Sering pengendalian eksentrisitas dapat digabung dengan pengendalian bujur dengan sedikit b a h k a n t a n p a p e n a m b a h a n b a h a n bakar (Morgan, 1989).
39
•• PrM*Ji SOW ~ » ~ Data TLE
Prittn SOP4 - * - DM n±
V
(2105.00
4%
V""'
'""* *
V :
42190.00
6 « 42170.00
m
-9.42165 00
V
6 I 42160.00
;
1
42160.00
iV-'/-i
•••§•
•/
2003 00
\ i
\:
/
•••••
\: *
f* m^
V i
'\
ffi
%\ /'";' ;
V"
V- /''
:' % I;
2002 00
;/•
I
»\
%'i!
v
2001 00
ii * !\ $'.... V
:
'••>' - v :
• :
t
\wr •"£'i
*
42155.00
42145.00
¥.
1
-\
jf I
:
* ...*
J''
'
»^V
•i / f
i f \\ ... if
42175.00
• /"\
A'v
••••«,••//•••-:
W
v
2004.00 2005O0 Timetyttrl
;-V-
:
3006JOO
3007 00
2OOB00
Gambar 3-7: Prediksi bujur d a n setengah s u m b u panjang satelit STTW 3 dengan m a s u k a n TLE tanggal 18 April 2000 p u k u l 17:10:01 UTC - - Predikai S O P * - * - D a t a TLE
340J0O
\ :
320.00 300 00-
. . .
;
.;.\
;eono. :«o.oo
:
•',
•
S
•
:
".
:
: \
- • ! . -
•v
.
..\:
A,\
\. : ; •
" %
;
: : : :
\
;.-.-N
-
•
r •--;.-
B0 JOO
. \fr ... ....'i2 0 0 1 0 0 ':
•
•
:
2003 .\ 00
*.
\
"
\
V
:
2004 00 2005 00 Tine [year]
2006 GO
42195 00
/\:
42190.00 42165.00
/
•
-
\
/
v
• • ' < •
• • • ; • •
y
;
•
-
\
•
2007.00
Prniikji S 0 P 4 - * -
42205-00 42200 00
;...\.
s
x
J 2002.00
.;
^^^ . s •- • JF•jr. ..N .
60.00 40 00 20 00 0 00
-
!•- :
-
-;-^Xji^^fe.
10000
;5..V. \
: : : : :
:V
-:••
1 2 0 JOO
!\
...
\
\
.:..
|: \ "'i:'"::'s^r
240jOO •a 220 on 2.200.X | 160.00 S 160 HO 5 140.CC
;•
A • • • • • • • > • • •
•
•
\
•
•
•
2006 03
D a t e TLE
-r-v-
'z:izz ZXJ ":S?z T/z: "^ :i\
42160.00 42125.00 42170.00 42165.00 431E0 00 42155.00 42150 00 42145 00 200100
2002.00
2003.00
300400 2005 M Time [reer|
2006.00
2007 00
Gambar 3-8: Prediksi bujur d a n setengah s u m b u panjang satelit STTW 3 dengan m a s u k a n TLE tanggal 18 April 2000 pukul 22:30:20 UTC 40
4 KESIMPULAN Idealnya satelit GSO memiliki inklinasi nol, eksentrisitas nol, dan posisi bujur yang tetap n a m u n gaya-gaya perturbasi melencengkan satelit dari orbit ideal tersebut. Tiap satelit GSO mengalami presesi orbit akibat Matahari d a n Bulan s e b e s a r 0.75° hingga 0.94° per t a h u n tergantung dari nilai deklinasi Bulan. J i k a pergeseran inklinasi dibiarkan saja t a n p a dilakukan m a n u v e r pengendalian m a k a dalam k u r u n waktu sekitar 26 t a h u n inklinasi satelit a k a n bergeser dari 0° hingga 14.67°. Setelah itu kembali menuju 0° dalam waktu yang sama. Satelit j u g a mengalami percepatan dalam arah bujur [longitudinal acceleration) s e b e s a r -0.002 deg/day 2 hingga 0.002 deg/day 2 t e r g a n t u n g dari bujur satelit tersebut. Satelit-sate lit yang b e r a d a di sekitar wilayah Indonesia akan mengalami percepatan ke arah barat. Apabila bujur satelit dibiarkan saja t a n p a dilakukan m a n u v e r pengendalian m a k a satelit a k a n berosilasi di sekitar salah s a t u dari d u a titik tertentu yakni 79° BT atau 252.4° BT a t a u bergeser dari 0 hingga 360° (satu siklus penuh). Satelit-satelit milik Indonesia yang tidak beroperasi lagi y a k n i Palapa 1, Palapa 2, Palapa B l , Palapa B2P, dan Palapa B4 s e m u a n y a s a a t ini bergeser bujurnya dari 0 hingga 360°. Agar satelit terhindar dari pergeseran orbit yang dapat m e n g a c a u k a n misinya m a k a dilakukan pengendalian orbit oleh operator satelit bersangkutan. Pengendalian inklinasi disebut pengendalian utara-selatan {north-south station keeping) sedangkan pengendalian bujur disebut pengendalian timurbarat (east-west station keeping). Pada u m u m n y a pengendalian u t a r a - s e l a t a n membutuhkan t a m b a h a n kecepatan yang j a u h besar dari p a d a pengendalian timur-barat. Ini berarti p e n a m b a h a n b a h a n bakar yang lebih banyak. Namun, frekuensi u n t u k melakukan pengendalian utara-selatan lebih sedikit dibanding frekuensi pengendalian timur-barat. Orbit satelit GSO dapat diprediksi memakai program GSO Prediction yang dikembangkan dalam penelitian ini. Program ini m e n g g u n a k a n model SDP4 dengan a s u m s i m a s u k a n n y a adalah d a t a TLE. Karena GSO Prediction tidak m e m p e r h i t u n g k a n faktor pengendalian satelit m a k a u n t u k satelit yang masih beroperasi prediksi ini h a n y a berlaku sebelum dilakukan m a n u v e r pengendalian orbit berikutnya. Untuk satelit yang tidak lagi beroperasi, GSO Prediction bisa memprediksi hingga beberapa t a h u n ke depan. Dari penelitian ini diketahui b a h w a prediksi bujur, setengah s u m b u panjang, d a n periode satelit m e m a k a i model SDP4 sangat sensitif t e r h a d a p m a s u k a n data TLEnya. Trial and error perlu dilakukan agar diperoleh m a s u k a n TLE yang "tepat" sehingga diperoleh hasil prediksi yang raaional.
41
DAFTAR RTJJUKAN Kelso, T.S., 1999. Documentation for NORAD SGP4/SDP4 Units version 2.60, www.celestrak.com, download 10 April 2005. Morgan, Walter L; a n d Gary D. Gordon, 1989. Communication Satellite Handbook, J o h n Wiley & Sons, Inc. Rachman, Abd., 2007. Karakteristik Data TLE dan Pengolahannya, Majalah Sains dan Teknologi Dirgantara LAPAN vol. 2 no. 2. Roddy, Denis, 2 0 0 1 . Satellite Communication, McGraw-Hill. Space-track, 2006. Data TLE, www.space-track.org, download Mei 2005 hingga Nopember 2006. Wibisono, Kunto, 2002. Aktivitas Pengendalian Satelit Cakrawarta 1, Studi Kelayakan Tingkat K e b u t u h a n Informasi Orbit Satelit d a n Gangguannya. LAPAN.
42
