BAB III
SATELIT GRACE DAN VARIASI TEMPORAL GEOID 3.1 Satelit GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment). Satelit GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment), adalah sistem satelit gravimetri hasil kerjasama NASA (National Aeronautics and Space Administration) Amerika dan DLR (Deutsches Zentrum fur Luft-und Raumfahrt) German. •
Tujuan pertama dari misi satelit GRACE ini yaitu, untuk menyediakan informasi model medan gaya berat bumi selama 5 tahun dengan variasi temporalnya.
•
Tujuan kedua dari misi satelit GRACE yaitu, menyediakan informasi mengenai besaran bias ionosfer dan troposfer yang dapat memperlambat sinyal pengukuran GPS dan memprediksi perubahan iklim secara global .
Gambar 3.1 Satelit GRACE. (sumber : http://www.csr.utexas.edu/grace/)
Teknik dari satelit GRACE mendeteksi medan gaya berat bumi dengan cara memonitor perubahan jarak yang terjadi antara 2 buah pasang satelit GRACE pada orbitnya. Kedua satelit ini saling melaju pada lintasan orbit dengan jarak sekitar 220 km yang terkoneksi 11
oleh K-band microwave. Untuk melihat precise attitude dan pergerakan akibat gaya nongravitasi dari satelit, keduanya dilengkapi dengan starcamera yang digunakan untuk mempertahankan posisi kedua satelit pada posisi orbitnya dan akselerometer untuk menghilangkan efek dari gaya-gaya lain selain gaya berat. Posisi satelit GRACE ditentukan dari satelit GPS, dimana GRACE juga dilengkapi dengan antena receiver GPS. Ilustrasi satelit GRACE dan satelit GPS dapat dilihat pada Gambar 3.2 :
Gambar 3.2 Sistem satelit GRACE dan GPS. (sumber : http://www.csr.utexas.edu/grace/)
Kedua satelit ini meluncur pada tanggal 17 maret 2002 di Plesetsk Russia dan akan berakhir pada tahun 2007. Gambar proses peluncuran dapat dilihat pada Gambar 3.3 dibawah ini :
Gambar 3.3 Peluncuran satelit GRACE. (sumber : http://www.csr.utexas.edu/grace/ )
12
3.2 Komponen Peralatan Satelit GRACE GRACE sangat berbeda diantara kebanyakan misi satelit dibumi, sebagai contoh Terra dan Aqua , karena satelit GRACE ini tidak membawa perlengkapan ilmuan pada badan satelit dan juga tidak melakukan pengukuran balik energi elektromagnetik yang dipantulkan ke badan satelit itu dari kepermukaan bumi.
Informasi Umum Badan Pesawat Satelit GRACE : •
Lebar satelit: 1942 mm
•
Panjang satelit: 3123 mm
•
Tinggi satelit: 720 mm
•
Massa satelit: 487 kg untuk satu buah satelit
•
Waktu satelit beroperasi: 5 tahun
Komponen Utama Peralatan Satelit GRACE : •
K- band Ranging System ( KBR ): mengukur perubahan jarak antara dua buah satelit GRACE (dengan tingkat ketelitian sampai 10µm) yang digunakan untuk mengukur nilai medan berat bumi yang berubah-ubah.
•
Ultra Stable Oscillator ( USO ): membangkitkan frekuensi yang digunakan pada K-band Ranging System.
•
SuperSTAR Accelorometer ( ACC ): untuk mengukur secara presisi percepatan non-gravitational yang bekerja pada dua buah satelit GRACE.
•
Star Camera Assembly ( SCA ): menentukan secara presisi dengan tepat kedua buah satelit GRACE yang berorientasi dengan cara mengikuti posisi mereka relatif terhadap bintang.
13
•
Coarse Earth and Sun Sensor ( CES ): digunakan untuk menjaga satelit GRACE beroperasi dalam keadaan Safe Mode.
•
Center of Mass Trim Assembly ( MTA ): untuk mengukur secara tepat jarak antara kedua buah satelit GRACE dengan pusat massanya dan juga percepatan selama terbang serta menyesuaikan badan satelit GRACE dengan pusat massanya.
•
Black-Jack GPS Receiver and Instrument Processing Unit (GPS): untuk mengukur perubahan jarak relatif satelit GRACE terhadap konstelasi satelit GPS yang berhubungan langsung dengan efek bias atmosfer.
•
Globalstar Silicon Solar Cell Arrays ( GSA ): sumber tenaga satelit dari matahari (Menyelimuti seluruh badan bagian luar satelit GRACE) sekaligus sebagai pelindung bagian dalam komponen peralatan satelit GRACE.
•
Three-axis Stabilized Attitude Control System: untuk mengkoreksi posisi keadaan orbit satelit GRACE yang dilengkapi dengan star kamera dan sensor gyro dan juga sistem gas dingin nitrogen dengan kumparan magnet.
•
1750-A Microprocessor for Flight Computer : untuk perhitungan keadaan satelit GRACE saat terbang dan telemetry processing.
Gambar dibawah ini merupakan komponen peralatan satelit GRACE
Gambar 3.4 Tampilan dalam, atas dan bawah peralatan satelit GRACE. (sumber : http://www.csr.utexas.edu/grace/ )
14
Selain GRACE, terdapat pula misi satelit lain yang bertugas mengamati medan gaya berat bumi, yaitu CHAMP dan GOCE. Meskipun demikian, kedua misi satelit tersebut tidak berdedikasi untuk memantau variasi temporal geoid, melainkan untuk menentukan goid yang sifatnya statik. 3.3 Perbandingan kesalahan undulasi geoid GRACE, CHAMP, dan GOCE. Untuk melihat sampai sejauh mana kualitas model geopotensial yang diperoleh, berikut ini dibandingkan tingkat ketelitian dari geoid statik yang diturunkan dari GRACE dan CHAMP.
Gambar 3.5 Perbandingan kesalahan undulasi geoid CHAMP dan GRACE. (sumber: http://www.gfz-potsdam.de/CHAMP/payload/payload.html)
Dari Gambar 3.5 diatas dapat dilihat bahwa, untuk derajat nmax= 150 nilai ketelitian satelit GRACE adalah 0,1 m sedangkan pada satelit CHAMP lebih besar dari 0,1 m. Sedangkan untuk derajat nmax= 50 nilai ketelitian satelit GRACE 0,0001 m dan satelit CHAMP 0,01 m. Untuk perbandingan kesalahan tinggi geoid satelit GRACE dengan satelit GOCE hanya dapat dilakukan jika, jumlah derajat nmax= 200 [ B. Hofmann-Wellenhof, H. Mortiz, 2005 ]. Satelit GOCE sendiri merupakan jenis satelit yang membawa alat yang dinamakan gradiometry sehingga disebut sebagai SGG(Satellite Gravity Gradiometry) dan akan diluncurkan pada tanggal 10 September 2008.
15
3.4 Model geopotensial dari misi satelit GRACE Model goeopotensial dari misi satelit GRACE dapat diperoleh dengan menghitung nilai undulasi geoid dari data koefisien harmonik bola dimana, instansi-instansi yang menyediakan data koefisien harmonik bola adalah : •
UT-CSR (University of Texas Center for Space Research): Jumlah derajat (n) dan orde (m) model geopotensialnya adalah: 60 dan 120.
•
GFZ Postdam German: Jumlah derajat (n) dan orde (m) model geopotensialnya adalah 120.
•
JPL/NASA/USA: Jumlah derajat (n) dan orde (m) model geopotensialnya adalah 120.
•
CNES-GRGS : Jumlah derajat (n) dan orde (m) model geopotensialnya adalah 120.
Data koefisien geopotensial dapat diunduh dari alamat situs: http://icgem.gfzpotsdam.de/ICGEM/ICGEM.html.
Instansi-instansi
diatas
menyediakan
koefisien
geopotensial harmonik bola untuk derajat (n) dan orde (m) yang berbeda seperti pada penjelasan diatas. Dalam tugas akhir ini koefisien harmonik bola yang digunakan untuk menghitung undulasi geoid, menggunakan data tahun 2005 yang diturunkan dari UTCSR dengan jumlah derajat (n) dan orde (m) sampai dengan 120. 3.5 Variasi temporal geoid Variasi temporal medan gaya berat bumi disebabkan oleh variasi kompleks suatu fenomena alam, yang mencakup: pasut bumi, atmosfer dan distribusi massa air laut, variasi perubahan massa air tanah dan massa es didaerah kutub, gempa bumi, perubahan kenaikan muka air tanah secara berkala, konveksi perubahan mantel bumi, serta fenomena geofisika lainnya. Hal ini dapat pula terjadi pada satelit GRACE yang mengukur medan gaya berat bumi disuatu titik. 16
Pengaruh medan gaya berat bumi terhadap waktu dapat dilihat pada Gambar 3.7 dibawah ini:
Perubahan gaya berat bumi terhadap waktu
Gaya Berat (mgal)
Waktu (jam)
Gambar 3.6 Perubahan gaya berat bumi terhadap waktu (sumber: Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics by R. E. Sheriff )
Pada Gambar 3.7 diatas dijelaskan bahwa perubahan gaya berat bumi terhadap perubahan waktu dengan menggunakan alat gravimeter dipermukaan bumi pada selang waktu tertentu, dimana perubahan medan gaya beratnya akan mempengaruhi perubahan undulasi geoid disuatu wilayah tertentu akibat variasi kompleks fenomena alam. Hal ini dapat pula diamati dengan menggunakan misi satelit GRACE, meskipun tidak semua sinyal perubahan yang dapat terdeteksi dari ketinggian satelit, dalam hal ini ± 500 km.
17
