PENGARUH GANGGUAN LINGKUNGAN ANTARIKSA PADA SISTEM ELEKTRONIK LAPAN-TUBSAT (EFFECT OF SPACE ENVIRONMENT DISTURBANCE IN LAPAN-TUBSAT SATELLITE)
Nayla Najati Perekayasa Bidang Teknologi Ruas Bumi, LAPAN e-mail : najati_ok@yahoo.com

## ABSTRACT
LAPAN-TUBSAT  has been  operated  more  than  five years.  During  the  operation, LAPAN-TUBSAT  faces  several  anomaly.  It  could  be  observed  by  using  real  time telemetry  and  long  time  telemetry.  When  and  where  an  anomaly  appeared  can  be detected with long time telemetry. Anomaly event on LAPAN-TUBSAT’s PCDH is caused by Single Event Latch-Up (SEL) that happen in scale of weeks.These conditions required LAPAN-TUBSAT  operators  to  take  action  in  order  to  make  LAPAN-TUBSAT  back  to normal operation. This paper describes statistic of SEL that occur in LAPAN-TUBSAT. Almost 70%  of  SEL event  take place  at  South  Atlantic  Anomaly  (SAA)  and  the  rest  at polar .
Keywords: SEL , LAPAN-TUBSAT, Real time telemetry, Long time telemetry, PCDH

## ABSTRAK
Satelit  LAPAN-TUBSAT  beroperasi  lebih  dari  5  tahun.  Selama  operasi,  LAPAN- TUBSAT  menghadapi  beberapa  anomali.  Peristiwa  ini  diamati  dengan  menggunakan telemetri real time dan telemetri jangka panjang. Kapan dan dimana terjadinya anomali dapat diamati dengan menggunakan telemetri jangka panjang. Kejadian anomali pada LAPAN-TUBSAT disebabkan oleh Single Event Latch-Up (SEL) yang terjadi dalam skala mingguan.  Kondisi  ini  menyebabkan  operator  LAPAN-TUBSAT  perlu  mengambil tindakan  tertentu  agar  LAPAN-TUBSAT  dapat  beroperasi  dengan  normal.  Makalah  ini mengutarakan statsitik SEL yang terjadi pada LAPAN-TUBSAT. Hampir 70% peristiwa SEL terjadi di South Atlantic Anomaly (SAA) dan sisanya di kutub. Kata kunci: SEL, LAPAN-TUBSAT, Telemetri real time, Telemetri jangka panjang, PCDH

## 1  PENDAHULUAN
LAPAN-TUBSAT  adalah  satelit riset  pertama  milik  Indonesia  dengan misi  pengamatan  permukaan  bumi. Satelit  ini  berbentuk  kotak  berukuran 45cm x 45cm x 27cm dengan massa 56 kg. Sub  sistem  satelit  ditempatkan  di  dua rak, yaitu bagian atas dan bagian bawah. Konfigurasi  ini  memudahkan  dalam proses  pemasangan  dan  pengetesan komponen.  Bagian  bawah  berisi  sistem pengendalian  sikap  (3  buah reaction wheel ,  3  buah  giro  laser  serat  optik,  1 buah  sensor    bintang,  3  buah magnetic coil , dan 3 buah sel surya GaAs), sistem telemetri  dan telecommand ,  muatan kamera  dengan  fokus  1000  mm  dan
sistem  transmisi  S-Band.  Sedangkan bagian atas berisi baterai, sistem kontrol catu  daya  &  pengaturan  data  (PCDH), sebuah air  coil ,  serta  kamera  resolusi rendah  dengan  fokus  50  mm.  Setiap komponen  yang  ada  di  satelit  LAPAN- TUBSAT  memiliki  spesifikasi  konsumsi daya  yang  berbeda-beda,  baik  dalam kondisi stand-by, momentum bias, maupun operasi. Pada Tabel 1-1 terlihat konsumsi daya untuk proses operasi yang diasum- sikan  berlangsung  maksimal  15  menit untuk setiap kali akuisisi data video.
Sedangkan pada Tabel 1-2 memuat konsumsi  daya  saat  satelit  dalam kondisi stand-by dengan  asumsi  hanya TTC saja yang dioperasikan.

## Tabel 1-1: POWER BUDGET UNTUK OPERASI 15 MENIT
Device Number Voltage [V] Current [mA] Duty- Cicle [%] Mean Power [W] Reference PCDH 1 14 60 100 0.84 PCDH manual (typical) TTC 2 14 60 100 1.68 TTC manual (reception) 1 14 2000 20 5.60 TTC manual (transmission) Wheels electronics  3 14 60 100 3.12 MAROC- TUBSAT Doc. Wheels 3 14 1200 15 7.56 MAROC- TUBSAT Doc. Gyro 3 5 340 75 3.82 MAROC- TUBSAT Doc. CMOS Star Sensor 1 14 180 20 0.50 Star Tracker Manual Coil 3 14 250 15 1.50 Current-Voltage Testing S-Band Video 1 12 1180 90 14.16 Test Protocol S 2454 MEK Feb.04 Kappa Camera 1 12 250 40 1.20 Kappa CF11 Specification Sony Camera 1 12 660 80 6.34 Sony Camera Handbook Step Motor Camera 1 12 60 100 0.72  Bleif 1 12 400 1 0.05  Bleif Total Power 47.09 Sumber: LAPAN-TUBSAT first Indonesian micro satellite (Triharjanto, R.H., Hasbi, W, Mukhayadi, M. 2007)

## Tabel 1-2: POWER BUDGET DALAM KEADAAN FULL HIBERNATION
Device Number Voltage [V] Current [mA] Duty- Cicle [%] Mean Power [W] Reference PCDH 1 14 60 100 0.84 PCDH manual (typical) TTC 2 14 60 100 1.68 TTC manual (reception) Total Power 180 2.52 Sumber: LAPAN-TUBSAT first Indonesian micro satellite (Triharjanto, R.H., Hasbi,W, Mukhayadi, M. 2007)
Anomali  terlihat  pada  data  hasil telemetri,  baik real  time  telemetry maupun long time telemetry . Diharapkan dengan pengamatan terhadap perangkat yang  ada  pada  LAPAN-TUBSAT,  bisa diketahui  penyebab  terjadinya  anomali tersebut.  Tujuan  dari  pengamatan  ini adalah  untuk  mengetahui  penyebab terjadinya  anomali  pada  satelit  LAPAN- TUBSAT  dan  tindakan  antisipasi  yang harus dilakukan.

## 2  LANDASAN TEORI

## 2.1 Magnetosfer Bumi
Cuaca  antariksa  menunjukkan kondisi  di  matahari  dan  angin  surya, magnetosfer,  ionosfer,  dan  termosfer yang  dapat  mempengaruhi  kondisi  dan kemampuan sistem teknologi. Angin surya keluar dari matahari dan akhirnya akan mencapai  bumi.  Plasma  dan  medan magnetnya  akan  berinteraksi  dengan atmosfer  dan  kemudian  medan  magnet bumi membentuk magnetosfer. Populasi partikel  berenergi  tinggi  dan  plasma dipengaruhi  oleh  angin  surya  (Yatini, Clara  Y.  2008).  Pada  Gambar  2-1 berikut  dapat  dilihat  konfigurasi  sistem magnetosfer  bumi  dan  parameter  yang mempengaruhi kondisinya.
Satelit  yang  beroperasi  di Low Earth Orbit (LEO) memiliki karakteristik, yaitu  dalam  rentang  waktu  1  hari beberapa kali melewati kawasan dimana banyak  partikel  berenergi  tinggi  yang terjebak  pada  sabuk  Van  Allen.  Besarnya intensitas yang harus dihadapi bervariasi, tergantung  pada  ketinggian  dari  per- mukaan  bumi  dan  inklinasi  orbit  dari satelit  tersebut.  Sabuk  Van  Allen  bisa dipisahkan  menjadi  2  kawasan  (http:// en. wikipedia. org/. SAA), yaitu:
a. Sabuk dalam ( inner belt )
Berada  pada  300-1000  km  dari  per- mukaan  bumi.  Di  rentang  ketinggian ini  didiami  proton  berenergi  tinggi, hingga 10 MeV
b. Sabuk luar ( outer belt )
Berada  pada  1000-36.000  km  dari permukaan  bumi.  Di  rentang  keting- gian  ini  sebagian  besar  didiami  oleh elektron  yang  bermuatan  kurang  dari 2 MeV.
Aktivitas  matahari  ini  meng- akibatkan  ada  beberapa  kawasan  di belahan  bumi  yang  memiliki  kerapatan partikel yang tinggi, yaitu South Atlantic Anomaly (SAA)  dan  kutub.  Gambar  2-2 memperlihatkan tingkat kerapatan partikel pada  ketinggian  500  km  berdasarkan garis lintang dan garis bujurnya.
Gambar 2-1: Magnetosfer bumi

## Gambar 2-2: Kerapatan partikel pada ketinggian 500 km

## 2.2 Gangguan  Komponen  Satelit  di Orbit
Single  Event  Effect (SEE)  adalah derau  elektronik  yang  terjadi  karena adanya  induksi  dari  partikel  ion berenergi  tinggi  (Sturesson,  F.,  2009). Akibatnya terjadi korupsi data, gangguan transient,  atau kondisi  arus  tinggi  pada komponen  tersebut.  Jika  kondisi  ini tidak  ditangani  dengan  baik,  dapat menyebabkan  kegagalan  sistem  secara menyeluruh.  SEE  dapat  dibedakan menjadi 2, yaitu:
 Non-Destructive Single Event Effect
Kejadian  SEE  yang  mengakibatkan perubahan  level  pada  suatu  komponen. Kondisi  ini  bisa  berlangsung  permanen atau  sementara  dan  tidak  mengganggu fungsi  kerja  dari  komponen  tersebut. SEE  yang  tidak merusak  ini bisa dibagi menjadi 3 jenis, yaitu :
 Single Event Upsets (SEU)
 Single Event Functional Interupts (SEFI)
 Single Event Transient (SET)
 Destructive Single Event Effects
Kejadian  SEE  yang  mengganggu  fungsi kerja suatu komponen dan menyebabkan
kerusakan permanen bila tidak dilakukan tindakan  untuk  menghilangkan  kondisi tersebut.  SEE  jenis  ini  bisa  dibagi menjadi 4 kategori, yaitu :
 Single Event Latch-up (SEL)
 Single Event Burnout (SEB)
 Single Event Gate Rupture (SEGR)
 Single Event Hard Errors (SHE)
Satelit UOSAT-2 mengalami Single Event  Upsets (SEU)  pada  perangkat memori . Satelit  ini  diluncurkan  pada tahun  1984  dengan  ketinggian  700  km dan  memiliki  orbit sun-synchronous . Data  SEU  direkam  pada  September 1988  -  Mei  1992  dengan  total  7995 kejadian  dan  sebagian  besar  terjadi  di SAA.  Distribusi  geografis  kejadian  SEU pada satelit UOSAT-2 dapat dilihat pada Gambar  2-3  (Dyer,  Clive,  2001).  Salah satu  perangkat  pada  LAPAN-TUBSAT mengalami Single  Event  Latch-Up (SEL). Pada  kondisi  ini  perangkat  mengalami kondisi high-current . Untuk mengembali- kan  perangkat  pada  kondisi  normal, maka suplai daya harus dimatikan ( turn- off ) kemudian dihidupkan kembali ( turn- on ) (Najati, Nayla, 2008).
Gambar 2-3: Distribusi geografis kejadian SEU pada UOSAT-2

## 3  METODOLOGI
Proses pengamatan harian dilaku- kan  dengan  menggunakan  data  telemetri satelit  LAPAN-TUBSAT.  Perangkat  yang diamati  adalah  PCDH.  Bagian  yang menjadi  perhatian  utama  adalah  arus main  power  bus, temperatur PCU ,  dan temperature Middle  Plate yang  dapat diamati  di  data real  time  telemetry . Dengan  data  tersebut,  dapat  diketahui kondisi  dari  perangkat.  Apakah  dalam kondisi  sehat  (dapat  beroperasi  dengan baik)  atau  sebaliknya?  Apakah  dalam kondisi  sehat  dan  dapat  beroperasi dengan  baik?  Apabila  terjadi  anomali, data long  time  telemetry digunakan untuk  mengetahui  kapan  terjadinya anomali  pada  perangkat  tersebut. Pengamatan dilakukan selama 23 bulan, dari  bulan  Februari  2010  sampai dengan bulan Desember 2011.
Pada  Gambar  3-1  dipaparkan langkah-langkah  yang  telah  dilakukan untuk  mendapatkan  dan  menganalisis data-data  telemetri.  Saat  data PCU telemetry pada real  time  telemetry terdeteksi adanya anomali, maka dibutuhkan  informasi  tentang  kapan mulai terjadinya anomali dengan menggunakan  data long  time  telemetry dan  tempat  mulai  terjadinya  anomali dengan  mensimulasikan ground  track LAPAN-TUBSAT  dengan SW  tracking prediction .
PCU Telemetry ( real time telemetry ) Main Power Bus ( real time telemetry ) Arus STS/stepper ( real time telemetry ) normal? normal? UTC & system current (long time telemetry ) Ground track ( SW Track Prediction ) Kesimpulan Simpan data Ya Ya Tidak Tidak
Gambar 3-1:  Diagram alir proses pengamatan

## 4  ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Proses  pengamatan  dilakukan selama 23 bulan dengan rutin melakukan pengecekan  kondisi  kesehatan  satelit LAPAN-TUBSAT.  Kegiatan  ini  dilakukan setiap  hari  oleh  operator  LAPAN- TUBSAT  di  3  stasiun  bumi  yang  aktif beroperasi,  yaitu  stasiun  bumi  Biak, stasiun bumi Rancabungur, dan stasiun bumi Rumpin. Kondisi kesehatan LAPAN-TUBSAT dapat diketahui dengan pembacaan data real time telemetry yang dapat dilihat pada Gambar 4-1.
Saat LAPAN-TUBSAT berada dalam kondisi stand-by ,  perangkat  yang  tetap bekerja  adalah  PCDH  dan  2  buah  TTC, dengan  arus  total  yang  dikonsumsi berkisar  antara  180  mA.  Dari  hasil telemetri Gambar 4-1 dapat dilihat, saat satelit  berada  dalam  kondisi stand-by , semua switch  register dalam  kondisi off (mati)  akan  tetapi  nilai  total  konsumsi berbeda jauh, antara 180 mA dan 429 mA. Pertanyaan penting yang muncul adalah apakah  ini  adalah  nilai  arus  yang sesungguhnya  atau  hanya  kesalahan pada  pengukuran  atau software .  Pada Gambar  4-1  pula  bisa  dilihat  ada perbedaan  tajam  antara  temperatur PCDH CPU (Temp PCU) dengan
temperatur middle plate (Temp MP) yaitu 20 º dan  10,4 º yang  bisa  diasumsikan bahwa  kelebihan  arus  yang  ada  telah ditransformasikan  menjadi  panas,  yang bisa  menjadi  dasar  bahwa  nilai main power  bus yang  tercantum  merupakan nilai sesungguhnya (Najati, Nayla. 2008). Anomali  pada  perangkat  PCDH  LAPAN- TUBSAT ini dikenal sebagai Single Event Latch-up (SEL).
Gambar 4-1a: Real time telemetry normal
Gambar 4-1b: Real  time  telemetry pasca gangguan
Setelah  terdeteksi  adanya  SEL pada  LAPAN-TUBSAT,  maka  diperlukan data long time telemetry untuk mengetahui waktu  dan  lokasi  terjadinya  kondisi tersebut. Pada Gambar 4-2 dapat dilihat data hasil pengolahan long  time  telemetry
dan  tampilan tracking  prediction  software yang menunjukkan lokasi terjadinya SEL pada LAPAN-TUBSAT (lingkaran merah).
Gambar 4-2a: Penentuan  lokasi  dengan long time telemetry
Gambar 4-2b: Kedudukan satelit saat SEL
Pengamatan  terhadap  kondisi LAPAN-TUBSAT menghasilkan data yang dapat dilihat pada Gambar 4-3.
Gambar 4-3: Grafik  frekuensi  SEL  PCDH berdasarkan  lokasi  terjadinya (jumlah)
Selama proses pengamatan, tercatat  81  kejadian,  dengan  perincian 41  kejadian  terjadi  pada  tahun  2010
dan 41 kejadian pada tahun 2011. Untuk tahun  2010  sebanyak  29  kejadian terjadi  di South  Atlantic  Anomaly (SAA), 7  kejadian  di  Kutub  Utara,  dan  5 kejadian  di  Kutub  Selatan.  Sedangkan pada  tahun  2011  ada  40  kejadian, dengan  26  kejadian  di  SAA,  5  kejadian di Kutub Utara, dan 9 kejadian di Kutub Selatan.  Dari  data  tersebut,  lebih  dari 68%  (54  kejadian)  berlokasi  di  SAA, sedangkan  Kutub  Utara  dan  Kutub Selatan  memicu  kejadian  yang  relatif sama, yaitu 15% (12 kejadian)  dan 17% (14  kejadian).  Hal  ini  sesuai  dengan kondisi  lingkungan  antariksa,  dimana SAA  memiliki  kerapatan  partikel  yang lebih  besar  bila  dibandingkan  dengan Kutub Utara dan Kutub Selatan.

## Gambar 4-4: Grafik  frekuensi  SEL  PCDH berdasarkan  lokasi  terjadinya
(prosentase)
Kondisi perangkat elektronik
LAPAN-TUBSAT  yang  mengalami  SEL pada  sistem  PCDH-nya  perlu  menjadi perhatian khusus dalam analisis kesehatan LAPAN-TUBSAT, sehingga perlu adanya  prosedur  operasi  tertentu  apabila kondisi tersebut terjadi. Operator LAPAN-TUBSAT  disetiap  stasiun  bumi pengendali diharuskan memantau kondisi  perangkat  elektronik  satelit secara harian. Bila ditemui kondisi yang tidak  normal,  oparator  dapat  segera mengambil  tindakan,  sehingga  LAPAN- TUBSAT  dapat  menjalankan  misinya dengan baik.

## 5  KESIMPULAN
Dari  hasil  pengamatan  terhadap kondisi  perangkat  satelit  LAPAN-TUBSAT dapat  diperoleh  beberapa  kesimpulan sebagai berikut:
 Lingkungan  antariksa  berpengaruh terhadap  kondisi  perangkat  elektronik pada  wahana  antariksa,  dalam  hal  ini satelit LAPAN-TUBSAT.
 Kawasan South Atlantic Anomaly (SAA) mendominasi  kejadian  SEE  pada satelit  yang  beroperasi  di Low  Earth Orbit (LEO)
 Terjadinya  SEL  pada  PCDH  LAPAN- TUBSAT mengakibatkan proses pemantauan  kondisi  LAPAN-TUBSAT sangat  penting,  agar  satelit  dapat menjalankan misinya dengan baik.
 Antisipasi  terjadinya  anomali  perangkat pada  sistem  satelit  perlu  dilakukan, dengan melakukan pemilihan komponen dan  perangkat  yang  sudah  terbukti keandalannya.

## Ucapan Terima Kasih
Penulis mengucapkan terima kasih  kepada  seluruh  operator  LAPAN- TUBSAT di stasiun bumi Biak, Rancabungur,  dan  Rumpin  yang  telah setia  memantau  kondisi  kesehatan LAPAN-TUBSAT.

## DAFTAR RUJUKAN
Dyer,  Clive,  2001. Radiation  Effects  on Spacecraft  &  Aircraft .  QinetiQ Limited, Hampshire, UK.
http://en.wikipedia.org/,  SAA.  Diakses tanggal 20 Oktober 2008.
Najati,  Nayla,  2008. Single  Event  Latch- up  (SEL)  pada  Satelit  LAPAN- TUBSAT , Massma  Publishing,
Jakarta.
Sturesson, F., 2009. Single Event Effects (SEE)  Mechanism  and  Effects , EPFL Space Center.
Triharjanto,  R.H.,  Hasbi,W,  Mukhayadi, M., 2007. LAPAN-TUBSAT System Budget, LAPAN, Jakarta.
Yatini, Clara Y., 2008. Cuaca Antariksa , Berita Dirgantara-LAPAN, Jakarta.