IMPLEMENTASI STASIUN BUMI TT & C SATELIT LAPAN-TUBSAT Dl BIAK Chusnul Trl Judlanto Penelltl Pusat Teknologl Elektronika Dirgantara, LAPAN
ABSTRACT LAPAN-TUBSAT as a satellite pioneer project established by LAPAN finally successfully l a u n c h e d on 10 J a n u a r y 2007. The usage of the main payload of the satellite especially c a n be u s e d for capturing the surface of the globe. All data are captured by the c a m e r a in the video analog format a n d will be transmitted through s-band frequency in FM video modulation. For controlling t h e attitude a n d monitoring the health of the satellite, all d a t a telemetry will be transmitted to t h e ground station on UHF frequency (437.325 MHz). The space craft control center for LAPAN-TUBSAT satellite h a s been established in Rumpin Bogor. This station will cover from west part until centre p a r t of Indonesia's archipelago. Rumpin ground station situated on 6.22 Deg South a n d 106.37 Deg East. For covering entire part of Indonesia, it's planed to establish a new ground station in Biak Island Papua at 1.17 Deg South a n d 136.1 Deg East. Design until implementation of this ground station will be elaborated deeply in this paper. Keywords : LAPAN-TUBSAT, TT&C Ground Station ABSTRAK Satelit LAPAN-TUBSAT sebagai proyek unggulan LAPAN d a n pertama di Indonesia, s a a t ini telah diluncurkan ke orbitnya tepatnya p a d a tanggal 10 J a n u a r i 2007. Manfaat u t a m a dari satelit ini adalah, memiliki m u a t a n b e r u p a 2 b u a h kamera yang digunakan u n t u k mengambil gambar video p e r m u k a a n bumi. S e m u a data yang diambil oleh k a m e r a ini b e r u p a format d a t a video analog yang a k a n ditransmisikan ke stasiun bumi kontrol m e n g g u n a k a n frekuensi S b a n d (2220 MHz) dengan modulasi FM video. Sedangkan u n t u k m e l a k u k a n kontrol t e r h a d a p sikap (attitude) satelit dan memonitor d a t a kesehatannya, s e m u a data a k a n ditransmisikan ke stasiun bumi menggunakan frekuensi UHF (437,325 MHz). Pusat kontrol satelit LAPAN-TUBSAT saat ini telah dibangun di Rumpin, Bogor d a n dapat m e n c a k u p setengah dari wilayah Indonesia dari b a r a t hingga sebagian wilayah Indonesia bagian tengah. Stasiun bumi Rumpin ini terletak p a d a koordinat -6,22° Lintang Selatan d a n 106,37° Bujur Timur. Untuk m e n c a k u p seluruh wilayah Indonesia, m a k a dibangun stasiun b u m i di Pulau Biak, Papua (1,17° Lintang Selatan dan 136,1° Bujur Timur). Rancangan hingga implementasi Stasiun Bumi TT & C LAPAN-TUBSAT ini secara mendalam akan dijelaskan dalam tulisan ini. Kata kunci: LAPAN-TUBSAT, Stasiun BumiTT& C 1
PENDAHULUAN
Bila melihat kondisi nyata di lapangan dimana Indonesia yang terdiri dari 17.508 p u l a u dan sekira 6000 pulau tidak berpenghuni dengan total luas d a r a t a n sekira 191 j u t a km 2 yang terkoneksi oleh l a u t a n dengan luas lebih
dari 3 j u t a km 2 , Indonesia m e r u p a k a n negara k e p u l a u a n terbesar di dunia. Kepulauan ini m e m b e n t a n g lebih dari 1/10 bagian dari panjang khatulistiwa (equator] antara Asia Timur dan Australia. Kurang lebih 6 0 % dari luas d a r a t a n n y a adalah h u t a n . Sehingga u n t u k melakukan monitoring yang 66
berkelanjutan t e r h a d a p kondisi ini m a k a pemanfaatan satelit dengan berbagai macam aplikasi menjadi s e s u a t u yang mutlak d a n sangat d i b u t u h k a n . Untuk menghadapi tantangan strategis tersebut, telah ditetapkan program pengembangan teknologi satelit yang dimulai dengan pengembangan teknologi satelit mikro. Dipilihnya pengembangan teknologi satelit mikro sebagai awal dari pengembangan teknologi satelit secara k e s e l u r u h a n didasarkan pada beberapa faktor, yaitu sarat dengan teknologi maju, alih teknologi yang lebih mudah, kemampuan membawa muatan misi operasional, biaya peluncuran relatif m u r a h dengan c a r a piggy back, produksi satelit-mikro dilakukan dengan fasilitas lebih sederhana, waktu lebih cepat dan biaya lebih m u r a h dibanding kelas satelit yang lebih besar, peluang kerja sama dengan negara maju lebih besar, telah digunakan pada program penelitian dan operasional oleh pemerintah, swasta dan perguruan tinggi di negara-negara maju. Realisasi dari r e n c a n a strategis ini adalah telah d i l u n c u r k a n n y a satelit mikro yang diberi n a m a LAPAN-TUBSAT hasil kerja sama LAPAN dengan TU Berlin. Satelit dengan k e m a m p u a n surveillance dengan memanfaatkan kamera 1000 mm dan 50 mm u n t u k mengambil data gambar video kondisi p e r m u k a a n bumi ini, diluncurkan ke orbitnya dengan memanfaatkan fasilitas p e l u n c u r a n yang dimiliki India yaitu roket PSLV C-7. Data video ini dengan m e n g g u n a k a n frekuensi 5 band a k a n ditransmisikan ke stasiun bumi secara real time, sedangkan data telemetri yang berisi d a t a kesehatan satelit d a n digunakan sebagai d a s a r u n t u k m e l a k u k a n maneuver tertentu untuk menjaga kestabilan attitude m a u p u n k h u s u s s a a t pengambilan gambar video dengan m e n g a r a h k a n kamera ke p e r m u k a a n b u m i . Saat ini untuk mendukung kinerja satelit LAPAN-TUBSAT ini, LAPAN telah menyiapkan d u a b u a h Stasiun Bumi TT 6 C UHF/S Band di Rumpin {-06,22° Lintang Selatan; 106,37° Bujur Timur) 67
sebagai stasiun b u m i u t a m a d a n di Rancabungur Bogor (-06,32° Lintang Selatan; 106,43° Bujur Timur) sebagai stasiun b u m i cadangan. Tapi sayangnya dengan k e d u a stasiun bumi ini wilayah yang d a p a t dicakupi h a n y a setengah dari wilayah Indonesia (Sumatera, J a w a , Bali dan Kalimantan) saja, sehingga u n t u k m e n d a p a t k a n cakupan wilayah seluruh Indonesia maka dibangun s e b u a h Stasiun Bumi TT 8s C di Pulau Biak (-1,17° Lintang Selatan; 136,1° Bujur Timur). Keberadaan stasiun bumi ini a k a n dapat m e n c a k u p seluruh wilayah timur dan sebagian wilayah tengah Indonesia. Stasiun bumi ini terdiri dari sistem kontrol telemetri satelit b e r u p a a n t e n a UHF, rotator antena, radio transceiver dual band. Antenna Rotator System Interface (ARS RCI-SE), GS Adaptor, Komputer dan sistem penerima data video analog berupa a n t e n a S b a n d , S band receiver, monitor TV dan video recorder. Dalam tulisan ini secara lengkap a k a n dibahas rancangan teknis hingga implementasi sistem stasiun b u m i TT & C u n t u k dapat m e n d u k u n g kinerja satelit LAPANTUBSAT.
2
SATELIT LAPAN-TUBSAT SISTEM DAN MANFAATNYA 2.1 Sistem Muatan Satelit {PayU>ad\ Muatan atau Payload u t a m a satelit LAPAN-TUBSAT yang telah diluncurkan ini terdiri dari beberapa bagian, yaitu • S-band
: Frequency 2 2 2 0 MHz; modulation FM; 5 W RF output • Short text Store and Forward experiment • Camera 1 : CCD with color splitter prism; Effective Picture Element : 7 5 2 x 582; swath 3.5 km; ground resolution 5 m; 1000 mm Casegrain lens • Camera 2 : color CCD; Effective Picture Element : 7 5 2 x 582; swath 81 km; Ground resolution 2 0 0 m; 50 mm lens
Kamera yang digunakan adalah jenis k a m e r a Sony Color Video Camera DXC-990P. DXC 990P m e r u p a k a n video camera analog, yang memiliki 3 b u a h chip CCD d e n g a n prisma beam splitter sebagai filter w a r n a d a n Exwave HAD teknologi y a n g d a p a t meningkatkan ketajaman sinyal gambar video. CCD chip ini m e m p u n y a i area pixel aktif 752x582 d e n g a n m e n g g u n a k a n lensa 1000 mm dapat dihasilkan resolusi gambar p e r m u k a a n hingga 5 meter dengan swath 3,5 km. Kebutuhan daya kamera ini h a n y a 7,6 watt p a d a tegangan 12 Volt dengan besar a r u s listrik 0,66 Ampere. Kamera ini digunakan u n t u k mengambil gambar video p e r m u k a a n bumi secara real time. Sehingga satelit ini membawa misi pengawasan a t a u pengamatan p e r m u k a a n bumi (survey). Oleh k a r e n a itu disebut sebagai surveillance satellite.
- Frekuensi - RF output -Bandwidth
= 437,325 MHz = 3 . 5 Watt (nom) = 7 , 6 KHz (max, no g u a r d band) Modulation = FFSK Index Modulation = 1.1 Deviasi Frekuensi= 1,4 KHz for 1,2 KHz (FM) 8B 2 KHz for 1,8 KHz (FM) Konektor = SMA
-
-
Berdasarkan data spesifikasi sistem komunikasi satelit LAPANTUBSAT di a t a s m a k a a d a beberapa parameter penting yang harus diperhatikan dalam penghitungan link budget, yaitu: No. [ 1.
2. 2.2 Sistem Komunikasi Sistem komunikasi yang dimiliki satelit LAPAN-TUBSAT p a d a d a s a r n y a digunakan u n t u k melayani pengiriman data Telemetri, d a t a komando (Command data) d a n j u g a sistem m u a t a n n y a . Spesifikasi sistem komunikasi ini dapat dijelaskan secara lengkap seperti dibawah ini: Modul Komunikasi dan Command
Data
• Antena Spesifikasi sistem Antena:
Telemetry
3.
Parameter Satellite altitude (pada jarak maximum) Effective Isotropic Radiated Power (EIRP) (Approx) Free Space Loss
i Nilai
Satuan
2904 Km
7,94 dBW
154,48 dB
Sedangkan u n t u k penghitungan parameter lainnya yaitu C/No d a n C/N dilakukan dengan memperhatikan beberapa parameter yang berkaitan seperti Gain antena Crossed Yogi dan G/T sistem r u a s bumi yang digunakan. Perhitungan Link ini a k a n dijelaskan p a d a b a h a s a n selanjutnya. 3
KONFIGURASI SISTEM STASIUN BUMI TT & C SATELIT LAPANTUBSAT
Pada prinsipnya stasiun b u m i LAPAN-TUBSAT ini m e r u p a k a n s e b u a h stasiun bumi yang m e n c a k u p tiga fungsi kerja sekaligus yaitu yang p e r t a m a sebagai stasiun b u m i kendali yang a k a n menerima d a t a telemetri dari satelit, yang kedua akan mengirim data komando (command) ke satelit m e n g g u n a k a n jalur frekuensi UHF (437,325 MHz) s a a t melakukan m a n u v e r tertentu u n t u k 68
menjaga kestabilan gerakan statelit (attitude control}, d a n y a n g ketiga m e l a k u k a n fungsi penjejakan (tracking) t e r h a d a p satelit y a n g melintas di a t a s stasiun bumi. Stasiun Bumi TT & C LAPAN-TUBSAT ini terdiri dari beberapa bagian, yaitu • Sistem Antena • Antena Transceiver UHF tipe Crossed Yagi 10 element • Rotator Kontrol Antena Yaesu G-5500 • Kabel kontrol 6 pairs • Antenna Rotator System (ARS) RCI-SE 10 bit • Sistem RF • Coax kabel RG-8U • Low Noise Amplifier (LNA) • Sistem transmisi d a n penerima • R a d i o Transceiver ICOM 91 OH Dual Band • Satellite Modem (GS Adaptor) Link Manager (LM-1) • CT-17 Level Converter Interface • Power supply Diamond 25 A • Komputer kontrol P-IV • Nova t r a c k e r / S a t P C 32 software
oleh sistem s t a s i u n b u m i yaitu estimasi level sinyal p a d a input LNA d a n receiver, sehingga dapat d i t e n t u k a n minimal gain a n t e n a d a n gain LNA s e r t a sensitifitas Radio transceiver yang h a r u s digunakan. Di samping itu u n t u k mengurangi degradasi sinyal, m a k a dipilih jenis kabel RG-8/U d e n g a n cable loss sebesar O.lldB/ft. 4
PERHITUNGAN LINK BUDGET
Unjuk kerja (performance) sistem penerima dan transmisi s t a s i u n b u m i ini dapat diketahui dengan melakukan perhitungan link budget yang melingkupi down link, upling d a n overall link Pada perhitungan link ini u n t u k parameter altitude adalah 630 km s e r t a j a r a k maksimum stasiun bumi terhadap satelit (jarak p a d a elevasi 0°) adalah 2904,03 km. Sedang sistem komunikasinya m e n g g u n a k a n frekuensi UHF 437,325 MHz baik u n t u k sisi uplink m a u p u n downlink-nya. yang m e r u p a k a n sistem half duplex. Ada beberapa parameter penting yang h a r u s diperhatikan dalam penghitungan link budget baik down link, uplink d a n overall link EIRP
Maksimum
Antena dengan daya output PI watt dengan gain a n t e n a G l , akan menghasilkan Flux Density p a d a j a r a k R (meter) F = PtGt/47cR2 Watts/m2
Gambar 3-1: Rancangan awal stasiun b u m i LAPAN-TUBSAT Setelah m e l a k u k a n perancangan sistem Stasiun Bumi LAPAN-TUBSAT ini secara k e s e l u r u h a n dengan melakukan analisis t e r h a d a p masing-masing modul dari modul a n t e n a , RF hingga Baseband, m a k a akhirnya dapat diidentifikasi jenis dan spesifikasi perangkat yang dapat digunakan u n t u k masing-masing bagian tersebut. Analisis ini berupa penghitungan level sinyal minimum yang dapat diterima 69
(4-1)
Pt Gt disebut sebagai Effective Isotropic Radiated Power atau EIRP yang menjelaskan s e b u a h s u m b e r Isotropic dengan daya P t G t watts yang dipancarkan ke segala arah dengan besar daya yang sama. Dalam prakteknya p e n g u k u r a n EIRP max adalah sebagai berikut: EIRP Max = Pt (max) + Gt + C - Lw [dBw] (4-2) Keterangan: Pt = Output power maksimum yang diukur p a d a output transmit radio transceiver. [dBm] Gt = Gain a n t e n a transmisi. [dBi] C = Faktor coupling. [dB]
70
Tabel 4 - 1 : UPLINK BUDGET
Tabel 4-2: DOWNLINK BUDGET
71
4.1 Uplink
Budget
Tabel 4-1 lebih menjelaskan penghitungan beberapa p a r a m e t e r p a d a sisi s t a s i u n b u m i seperti EIRP, FSL d a n penghitungan estimasi nilai C/N yang terukur p a d a o u t p u t LNA p a d a sistem antena satelit. 4.2 Downlink
Budget
Tabel 4-2 a k a n lebih fokus menjelaskan s e m u a p a r a m e t e r satelit yang a k a n b e r p e n g a r u h p a d a sistem penerima p a d a sisi s t a s i u n b u m i sehingga a k a n diperoleh nilai estimasi C/N p a d a sisi s t a s i u n bumi. 4.3 Overall
Link
Budget
Langkah terakhir dalam perhitungan link budget a d a l a h menggabungkan k e d u a p e r h i t u n g a n up link budget d a n down link budget yang kemudian hasilnya dibandingkan dengan k e b u t u h a n m i n i m u m link. Dalam Tabel 4-3 ini dijelaskan p e r h i t u n g a n overall link budget dalam kondisi line of sight (LOS) d a n clear sky. Pada a k h i m y a a k a n dihasilkan nilai Link Margin yang dibutuhkan. 5
G a m b a r 5-1. Sedangkan implementasi s t a s i u n b u m i TT & C ini dapat dilihat pada Gambar 5-2.
Gambar 5 - 1 : Rancangan akhir Bumi TT & C TUBSAT
Stasiun LAPAN-
Untuk mendapatkan nilai estimasi link margin yang d i b u t u h k a n , m a k a perlu dihitung beberapa parameter yang b e r p e n g a r u h p a d a sistem penerima S t a s i u n Bumi TT & C yang dikerjakan. Ada tiga p a r a m e t e r penting s e h u b u n g a n d e n g a n p e r h i t u n g a n ini yaitu: • Nilai BER. • Kebutuhan C/N. • Sensitifitas Radio digunakan.
Transceiver
yang
ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Dari r a n c a n g a n awal yang dilakuk a n di atas kertas dan setelah melakukan berbagai perbaikan hasil r a n c a n g a n serta p e n g h i t u n g a n kembali seluruh parameter modul d a n kemungkinan ketersediaan komponen di pasaran, m a k a akhirnya dapat diimplementasikan sebuah s t a s i u n b u m i kontrol dengan spesifikasi u n t u k m e l a k u k a n fungsi TT & C a t a u Telemetry Tracking dan command terh a d a p satelit LAPAN-TUBSAT sesuai dengan program pengembangan satelit LAPAN. Secara k e s e l u r u h a n r a n c a n g a n terakhir sistem Stasiun Bumi TT & C LAPAN-TUBSAT d a p a t dilihat p a d a
Nilai
BER
Transmission
BER a t a u Bit Error Ratio/Bit Error Rate m e r u p a k a n nilai p e r b a n d i n g a n a n t a r a j u m l a h bit error yang diterima terhadap j u m l a h total bit error yang ditransmisikan dalam s e b u a h sistem komunikasi. Perubahan nilai BER ini akan sangat berpengaruh pada data transmision d a n signal power margin. Pada Stasiun Bumi TT & C ini dirancang u n t u k BER sebesar 1 X 10"8 pada modulasi FSK, sehingga diperoleh nilai E b / N o ^ 15.
72
Power Control Radio Supply Rotator TxIRx
Satellite Control Computer
G a m b a r 5-2: Realisasi Stasiun Bumi TT & C LAPAN-TUBSAT, Biak
73
Kebutuhan
C/N
Kebutuhan parameter C/N (required C/N) sebagai perbandingan antara sinyal p e m b a w a (carrier) terhadap sinyal noise. U n t u k kalkulasi link ini dapat dihitung sebagai berikut: Untuk nilai BER = lx 10"7 yang diharapkan m a k a diperoleh nilai Eb/No sebesar 15 dBHz. Sehingga u n t u k bit rate 1200 b p s d i b u t u h k a n : Eb/No Margin
=15 dBHz - 4 d B (margin yang diberikan) Required Eb/No= 15 + 4 = 19 dBHz C/No - R e q d . E b / N o + 10 Log (bit rate) = 1 9 + 1 0 log (1200) = 19 + 30,79 = 49,79 dBHz Required C/N = C/No - 10 Log (B) = 49,79-38,81 = 10,98 dBHz Sensitifitas
Radio
hal ini berarti bahwa, Stasiun Bumi LAPAN-TUBSAT memiliki sensitifitas sistem penerimanya sebesar -121,88 dBm. Stasiun Bumi a k a n m a m p u menerima sinyal (locking) dengan minimum power p a d a input penerima (receiver) sebesar -121,88 dBm. Sehingga k u a t sinyal yang lebih kecil dari - 1 2 1 , 8 8 dBm tidak a k a n m a m p u diterima oleh sistem penerima ini. •
Peniadwalan
Satelit
Dengan a d a n y a Stasiun Bumi TT 8B C Biak, m a k a j u m l a h kontak dengan satelit dapat diperbanyak menjadi 8 kali p a s s setiap harinya. Masing-masing stasiun (Rumpin d a n Biak) a k a n dilewati satelit sebanyak 4 kali (2 kali p a d a siang hari d a n 2 kali p a d a malam hari). Dengan demikian j u m l a h data telemetri yang diperoleh semakin banyak. Contoh jadwal satelit u n t u k s t a s i u n Rumpin dan Biak d a p a t dilihat p a d a Tabel 5-1.
Transceiver
Unjuk kerja (Performance) dari sistem down link yang digunakan dapat diketahui dengan menghitung level sinyal yang diterima p a d a stasiun bumi. Beberapa parameter yang m e n e n t u k a n prediksi level sinyal tersebut seperti EIRP satelit, Gain a n t e n a transmit satelit, Gain a n t e n a penerima p a d a stasiun bumi, slant range, Frekuensi operasi d a n Path Loss. Untuk satelit LAPAN-TUBSAT, prediksi keandalan sistem penerima stasiun bumi (radio transceiver IC-910H) adalah sebagai berikut: Sensitifitas sistem = 0.18 \xV penerima (V) Input Impedansi (R) = 50 Q Power Received = V2 / R Minimum = (0.18 X 10-6)2 / 5 0 Watt = (3,24 X 10-n)/50 Watt = 6 . 4 8 X 10-16 = 10 Log (6.48E-16) dBw = -151,88 dBw atau -121,88 dBm
6
KESIMPULAN
Dari hasil p e m b a h a s a n d a n analisis yang dilakukan t e r h a d a p rancangan hingga realisasi Stasiun Bumi TT 85 C satelit LAPAN-TUBSAT tersebut di atas, m a k a dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut: • Dengan a d a n y a Stasiun Bumi TT 85 C di Biak, m a k a d a t a telemetri yg diperoleh dari stasiun b u m i ini di samping d a p a t digunakan u n t u k memprediksi attitude satelit, j u g a dapat digunakan u n t u k melakukan attitude precondition bila akan dilakukan maneuver penting dari Stasiun Bumi Utama Rumpin. • Cakupan wilayah satelit LAPANTUBSAT akan dapat melingkupi seluruh wilayah Indonesia dengan adanya Stasiun Bumi TT & C di Biak ini. • Pada implementasi Stasiun Bumi TT 8B C LAPAN-TUBSAT digunakan satelit modem dengan code word k h u s u s u n t u k satelit LAPAN-TUBSAT yaitu LM-1 Link Manager sementara sistem 74
a n t e n a rotator (ARS) adalah RCI-SE dengan resolusi 10 bit a t a u 0.35°. • Nilai minimal link margin 15,87 dB dan sinyal minimum p a d a input radio penerima Icom 910H adalah -121,88 dBm, ini m e r u p a k a n d u a hal penting yang menjadi perhatian u t a m a dalam implement a si d a n realisasi sistem penerima d a n transmisi stasiun b u m i LAPAN-TUBSAT ini. • Sinyal satelit d a p a t diterima dengan sangat baik oleh sistem penerima [n^cewer] p a d a sisi stasiun bumi karena daya yang diterima adalah sebesar -105,79 d B m masih lebih besar dari sinyal m i n i m u m yang dapat diterima oleh sistem penerima yaitu sebesar -121,88 dBm.
75
DAFTAR RUJUKAN Elbert; Bruce R, 2 0 0 1 . The Satellite Communication Ground Segment and Earth Station Handbook, Artech House, Boston, MA, Michael R. Owen, Ph.D, 2 0 0 4 . Nova for Windows User's Manual, Northern Lights Software Associates, Jamesville NY. Raja Rao, K.N, 2 0 0 4 . Fundamentals of Satellite Communication, PrenticeHall of India, New Delhi, India. Tomasi Wayne, 2 0 0 3 . Electronic Communications Systems Fundamentals Through Advanced, Fourth Edition, Pearson Education, Inc. Singapore. Wertz, J. R.; a n d Larson, W J, 1999. Space Mission Analysis and Design, Microsom Press Elsegundo, California.
