SISTEM PENYALA NIRKABEL JARAK JAUH UNTUK MUATAN ROKET (WIRELESS SWITCHING FOR ROCKET PAYLOAD)
Endro Artono 1 , Salman Pusat Teknologi Roket Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN) Jl. Raya Lapan No.2 Mekarsari, Rumpin, Bogor 16350, Jawa Barat
1 e-mail: endro.artono@lapan.go.id
Diterima: 23 Juni 2018; Direvisi: 30 Juli 2018; Disetujui: 8 Agustus 2018

## ABSTRACT
Currently  in  LAPAN,  to  activate  the  electronics  system  on  the  rocket  payload  is  still  done manually by pressing or shifting the switch at the rocket payload tube from the OFF to ON position. This payload wireless switching system is designed for turning the rocket payload to ON or OFF without any phisical contact from operator and the rocket. As the result of this study, the rocket payload can be switched ON or OFF from the control room wirelessly. The system can also release the umbilical interface from the rocket body before the rocket launched, so it does not interfere with the rocked.
Keywords: payload, wireless, switch, electronics

## ABSTRAK
Proses pengaktifan sistem elektronik pada muatan roket hasil penelitian dan pengembangan LAPAN  selama  ini  masih  dilakukan  secara  manual,  dengan  menggeser  atau  menekan  saklar  pada tabung  muatan  roket  dari  posisi  mati (OFF) ke  posisi  hidup  ( ON) .  Sistem  penyala  muatan  roket  ini dirancang untuk dapat menyalakan atau mematikan muatan roket tanpa kontak fisik antara operator dengan  roket.  Hasil  dari  penelitian  ini,  telah  dibuat  sebuah  sistem  untuk  menyalakan  atapun mematikan  muatan  roket  secara  nirkabel.  Sistem  ini  juga  dapat  melepaskan  perangkat  antarmuka untuk penyalaan muatan dari badan roket, sehingga tidak mengganggu roket saat diluncurkan.
Kata kunci: muatan, nirkabel, saklar, elektronika

## 1 PENDAHULUAN
Pada  roket-roket  yang  dilengkapi dengan  sistem  muatan,  maka  sistem muatan  tersebut  harus  dihidupkan/ dinyalakan  sebelum  roket  ditembakkan dari  peluncurnya.  Pada  sistem  muatan roket-roket  sonda  LAPAN  terdahulu, muatan  elektronika  roket  dihidupkan dengan  cara  manual,  yaitu  dengan mengatur  posisi  saklar  yang  terpasang pada  badan  muatan  roket  pada  posisi “ ON ”  dengan  diatur  menggunakan tangan  secara  langsung  pada  saklar, begitu pula saat mematikannya. Dengan cara ini, muatan roket dapat dihidupkan/  dimatikan.  Namun,  hal  ini cukup  riskan  dan  berbahaya,  karena roket  telah  berada  pada  posisi  siap meluncur. Selain itu, dengan menggerakkan  saklar  secara  manual, rawan  terhadap  timbulnya electrostatic discharge (Xue  et  al.  2016)  dari  tangan operator saat menyentuh saklar, dimana hal  ini  dapat  menimbulkan  kerusakan pada sistem elektronika muatan.
Ditambah  lagi,  dari  sisi  dimensi, saat ini roket-roket LAPAN telah semakin besar  dan  panjang,  sehingga  posisi muatan  saat  roket  berada  pada  elevasi siap terbang di launcher menjadi sangat tinggi.  Sebagai  contoh,  roket  RX320 mempunyai  panjang  6.2  meter.  Saat berada  di launcher dengan  elevasi  70 o , roket akan tampak sebagaimana terlihat pada Gambar 1.1.
Untuk  menyalakan  muatan  roket, seseorang harus menaiki tangga dengan ketinggian 5 meter, dengan tangga yang terpasang  pada  sruktur launcher yang juga  berkemiringan  70 ° .  Hal  ini  tentu saja sangat riskan dan berbahaya.
Pada sistem roket yang lebih maju, metode penyalaan muatan roket dengan cara  manual  telah  lama  ditinggalkan, dan  telah  digantikan  dengan  metode sistem penyala muatan roket jarah jauh, dengan  menggunakan  sistem  yang disebut umbilical  interface .  (Delap,
Glidden,  and  Lamoreaux  2013)  Sistem penyala  muatan  roket  pada  tiap-tiap jenis roket dapat berbeda-beda, tergantung  dengan  sistem  muatan  pada roket  itu  sendiri  dan  fitur-fitur  yang disediakan pada sistem penyala muatan roket tersebut.
Gambar  1.1:  Posisi  roket  RX320  di Launcher
(panah  putih  yang  menunjukkan posisi muatan roket).
Pada roket-roket besar sebagaimana  pada  roket  NASA  maupun lembaga  antariksa  dari  negara-negara maju,  sistem  penyala  muatan  ini  telah sangat  kompleks,  karena  tidak  hanya berfungsi  sebagai  penyala  muatan, namun  juga  memiliki  fungsi-fungsi  lain sebagai  pendukung  misi  roket,  seperti pembacaan data-data muatan, pengisian daya  baterai,  dan  lain  sebagainya (Gosselin  2007).  Semakin  kompleks sistem muatannya, maka akan semakin kompleks  pula  sistem  penyala  muatan yang digunakan.
Penelitian  ini  bertujuan  untuk membuat  suatu  sistem  yang  mampu untuk  menyalakan/mematikan  muatan roket  dari  jarak  jauh,  serta  dapat melepaskan  sistem  ini  dari  badan  roket sebelum roket ditembakkan/
diluncurkan.
Diharapkan  penelitian  ini  menjadi salah  satu  solusi  terbaik  terhadap permasalahan  atau  kendala  yang  ada pada  proses  penyalaan  muatan  roket sebelumnya.

## 1 METODOLOGI
Sebagaimana
diketahui, roket terdiri  dari  beberapa  komponen  seperti nosel,  tabung  untuk  muatan,  muatan, antena,  tabung  propelan,  motor  roket, sirip,  dan  sebagainya(Satrya  and  Wigati 2013).  Muatan  sistem  elektronika  pada roket-roket sonda LAPAN ditempatkan di depan  motor  roket  hingga nosecone , sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 2-1.
Gambar 2-1: Komponen  penyusun  roket  sonda

## LAPAN
Muatan  ini  ditempatkan  di  dalam tabung  muatan,  dengan  konfigurasi sebagaimana dapat terlihat pada gambar 2.2.  Pada  gambar  tersebut,  sistem elektronika muatan (e,f dan g) berada di dalam  tabung  muatan  dan  sebagian berada  di  dalam nosecone ,  dengan disangga oleh struktur/ kompartemen (d) yang di baut ke tabung muatan.
Untuk  menghubungkan  antara sistem elektronika yang berada di dalam tabung muatan dengan sistem pendukung  lain  yang  terpisah  dengan roket  ( Ground  Support  System,  GSS ), seperti pengisian daya baterai, pemrograman, dan saklar power muatan, digunakan beberapa antarmuka ( interface )  yang  diletakkan  pada  tabung muatan, sebagaimana dapat dilihat pada posisi b di gambar 2.2.
Gambar 2.2: Konfigurasi susunan muatan roket sonda LAPAN
Keterangan gambar: a: nosecone
b: GSS interface
c: tabung muatan
d: struktur kompartemen muatan
e: antena muatan
f: radio transceiver
g: sistem elektronika muatan
Untuk menghidupkan sistem elektronika muatan, maka saklar yang berada di GSS interface harus  digeser  dari  posisi  mati ( OFF )  ke  posisi  hidup  ( ON )  secara manual,  sebagaimana  telah  dijelaskan pada  bagian  pendahuluan.  Agar  dapat dilakukan  penyalaan  sistem  elektronika muatan  roket  dari  jarah  jauh,  maka diperlukan  penggantian  saklar,  dari saklar  manual  menjadi  sistem  saklar elektrik / digital.

## 2.1  Saklar Elektrik / Digital
Fungsi  dari  sebuah  saklar  adalah untuk  menyambungkan  dua  buah saluran / jalur elektronik sehingga dapat digunakan  sebagai  jembatan  untuk melewatkan  arus  listrik.  Pada  saklar manual, cukup dengan menyambungkan dua  buah  jalur  listrik  tersebut  dengan sebuah  penghantar  yang  berfungsi seperti  jembatan  penghubung  antara dua jalur tersebut secara mekanik.
g f e d b c a
Pada saklar elektrik / digital, tidak ada  penghantar  yang  secara  fisik digerakkan untuk menghubungkan antara  dua  buah  jalur  listrik.  Jalur penghantar arus listrik tidak lagi berupa penghantar  listrik  secara  fisik  ,  namun diganti dengan penghantar elektrik yang tidak  memerlukan  pergerakan  secara fisik, namun tetap berfungsi sebagaimana  saklar  mekanik.  Prinsip dasar  dari  hal  ini  dapat  dilihat  pada komponen semikonduktor semisal transistor  yang  difungsikan  sebagai saklar.

## 2.2  Transistor sebagai Saklar
Transistor merupakan sebuah komponen  semikonduktor  yang  dapat difungsikan  sebagai  saklar.  Dengan mengatur transistor berada pada kondisi saturasi,  maka  transistor  akan  berlaku seolah  sebagai  saklar  yang  tertutup. (Beauvoy, 1959)
Gambar 2.3: Rangkaian  sederhana  transistor sebagai saklar.
Pada  gambar  2.3  dapat  dilihat rangkaian dari transistor yang difungsikan  sebagai  saklar.  Transistor akan  berada  pada  keadaan  saturasi apabila  arus  yang  mengalir  pada  basis (I B ) sama atau lebih besar dari arus basis saturasi  (I Bsat ).  Sebaliknya,  transistor akan bekerja sebagaimana saklar terbuka apabila arus yang mengalir pada basis/ I B lebih kecil dari arus cut-off dari transistor. Sederhananya, dengan memberikan  arus  basis  sebesar  0  (nol) volt,  maka  secara  otomatis  transistor akan  berada  pada  kondisi cut-off ,  dan
berlaku sebagai saklar terbuka.(Zambou et al. 2016)
2.3  Mosfet IRF9540
Mosfet adalah salah satu
komponen  elektronika  modern  yang biasa digunakan sebagai saklar.
Komponen ini bisa menggantikan transistor junction  bipolar yang  biasa digunakan di aplikasi rangkaian elektronika(Dobrescu,
Smeu, and Dobrescu  2016).  Gambar  2.4  berikut adalah  rangkaian  Mosfet  IRF9540  yang difungsikan sebagai saklar.
Gambar 2.4: Mosfet IRF9540 sebagai saklar
Pada  gambar  2.4  dapat  dilihat rangkaian  dari  Mosfet  IRF9540  yang difungsikan sebagai saklar. Saat
rangkaian  dalam  posisi  mati  ( switched off ),  rangkaian  akan  secara  total memutus  hubungan  antara  sumber tegangan  /  baterai  dengan  rangkaian elektronika di depannya. Pada situasi ini, tidak  ada  arus  yang  mengalir  melewati mosfet. Sehingga rangkaian akan terputus total dari baterai, meski secara fisik  tidak  ada  jalur  yang  diputus(Genc and Koc 2017).
Apabila  pin  SW2  dihubungkan  ke GND, maka rangkaian akan menghantarkan arus baterai ke rangkaian  elektronika  di  depannya melalui  mosfet,  yang  berlaku  sebagai saklar  tertutup.  Hal  ini  dapat  terjadi, karena  saat  pin  SW2  dihubungkan  ke ground, maka gerbang Gate pada Mosfet akan terhubung ke ground , sehingga V GS
= V baterai , sehingga Mosfet akan mengalami  kondisi  saturasi,  yang  akan mengalirkan arus dari gerbang source ke drain .
Saat  Gerbang Drain teraliri  arus, maka  transistor  T1  akan  berada  pada kondisi  saturasi  juga,  sehingga  akan berlaku  sebagai  saklar  tertutup  antara kaki kolektor / gerbang Gate pada Mosfet dengan  kaki  emitor  / ground ,  sehingga akan  tetap  mejaga  gerbang Gate pada Mosfet terhubung ke ground .
Saat  pin  SW1  dihubungkan  ke ground , maka transistor T1 akan berada pada  kondisi cut-off ,  sehingga  kaki kolektor akan terputus dari kaki emitor, yang mengakibatkan gerbang Gate pada Mosfet terputus dari ground . Di sini nilai V GS akan kecil atau hampir sama dengan 0  (nol),  sehingga  Mosfet  akan  berada pada kondisi cut-off , yang mengakibatkan  terputusnya  arus  listrik dari  baterai  ke  rangkaian  elektronika  di depannya.

## 2.4  Komunikasi Serial
Proses  pengiriman  data  dari  satu mikroprosesor  ke  mikroprosesor  atau peralatan  lain  dapat  dilakukan  dengan berbagai  metode,  tergantung  dari  jenis, besar  dan  kecepatan  data  yang  dikirim. Salah  satu  dari  jenis  komunikasi  yang sering  digunakan  adalah  komunikasi serial. Berbagai macam jenis antarmuka serial, seperti RS232, RS422, RS485, dan lain  sebagainya,  telah  digunakan  pada berbagai  peralatan  industri(Wang,  Hu, and Fu 2016).
Komunikasi
serial dapat
dimanfaatkan  untuk  pengiriman  data, baik berupa karakter dalam format ASCII
maupun
format biner. Pada
mikrokontroler  umumnya  terdapat  satu atau  lebih port serial,  yang  dapat digunakan  sebagai debugging maupun pengiriman informasi/ komunikasi.
Media untuk pengiriman komunikasi serial  dapat  berupa hardware yaitu
kabel,  dan  dapat  juga  tanpa  kabel/ wireless , dengan menggunakan perangkat  radio transceiver serial. Banyaknya  data  yang  dikirimkan/ diterima  akan  sangat  berpengaruh terhadap pemilihan jenis radio
transceiver ini.(Fajriansyah 2016)

## 3 HASIL PEMBAHASAN
Sistem penyala nirkabel jarah jauh untuk  muatan  roket  ini  dibuat  dengan menggantikan  saklar  mekanik  pada sistem  muatan  roket  dengan  saklar elektrik dengan menggunakan mosfet P- kanal,  sehingga  memungkinkan  proses pensaklaran tanpa menggerakkan tombol  saklar  secara  fisik  pada  muatan roket. Untuk melakukan proses pensaklaran pada muatan roket,
digunakan konektor antarmuka ( interface )  yang  akan  menghubungkan antara  rangkaian  saklar  elektrik  pada muatan roket dengan rangkaian pensaklar  dari  stasiun  bumi  /  kotak kontrol GSS .
Konektor  antarmuka  / interface saklar  elektrik  pada  muatan  roket  ini berupa  konektor circular  umbilical yang ditempatkan secara permanen di tabung muatan roket, sebagaimana dapat dilihat pada gambar 3.1. Agar dapat di pasang- lepas  dengan  mudah,  maka  konektor yang digunakan adalah konektor dengan jenis push-pull , sehingga tidak diperlukan  gerakan  memutar  untuk memasang maupun melepaskan konektor.
Gambar 3.1: Konektor  antarmuka  saklar elektrik muatan roket.
Tabung muatan
Konektor antarmuka saklar elektrik
Pasangan dari
konektor ini
( connector  plug )  terhubung  langsung  ke kotak  kontrol GSS ,  dengan  konfigurasi desain interface sebagaimana  terlihat pada gambar 3.2 berikut.
Gambar 3.2: Konfigurasi  konektor  antarmuka saklar elektrik dari GSS .
Pada  gambar  3.2  terlihat  konektor circular yang  terpasang  pada  struktur
alumunium dengan konfigurasi
sebagaimana  terlihat  pada  gambar, sehingga konektor tersebut dapat dilepaskan  dari  konektor  yang  berada pada  tabung  roket  secara  elektrikal dengan  menggunakan  bantuan  motor servo sebagai penggeraknya.
Lengan  motor  servo  di  set  untuk menekan  konektor  saat  posisi  konektor dari GSS tersambung  dengan  konektor antarmuka dari muatan roket di tabung muatan.
Untuk  melepaskan  konektor  dari tabung muatan, lengan motor servo di set untuk menarik konektor hingga terlepas dari  konektor  antarmuka  di  tabung muatan.
Gambar 3.3: Kotak kontrol GSS
Posisi  lengan  motor  servo  diatur oleh  sistem  mikrokontroler  yang  berada di  kotak  kontrol GSS .  Motor  servo  dan konektor  antarmuka  tersambung  ke sistem kotak kontrol GSS menggunakan kabel penghubung.
Pada  gambar  3.3  terlihat  kotak kontrol  GSS  yang  berfungsi  untuk mengatur sinyal untuk saklar dan posisi lengan  motor  servo.  Pada  kotak  kontrol GSS  terdapat  sistem  mikrokontroler, rangkaian relay untuk  saklar,  radio transceiver ,  baterai  dan  tombol-tombol untuk pengaturan manual.
Gambar 3.4 berikut adalah diagram blok  sederhana  pada  sistem  kotak kontrol GSS.
Gambar 3.4: Diagram  blok  sederhana  Kotak kontrol GSS
Radio Transceiver berfungsi  untuk menerima data serial dari Ground Station secara nirkabel, dan mengirimkan status dari kotak kontrol GSS ke Ground Station .
Sistem Relay berfungsi  sebagai pengganti saklar manual untuk menyalakan  sistem  elektronika  muatan roket. Sistem relay terdiri dari rangkaian driver relay dengan transistor Darlington sebagai  komponen  utamanya.  Tegangan keluaran  mikrokontroler  yang  hanya  5 volt dan arus yang kecil, sekitar 10 mA, akan  mengaktifkan  rangkaian driver relay ini,(Arisandi  2017)  sehingga  dapat mengaktifkan  relay.  Rangkaian driver
Radio Transceiver Sistem Mikrokontroler Sistem Relay Sistem Servo Tombol Manual
relay tersebut dapat dilihat pada gambar 3.5 berikut.
Gambar  3.5:  Rangkaian driver  relay .(Arisandi 2017)
Sistem  servo  berfungsi  untuk menggerakkan  lengan  motor  servo  pada dua kemungkinan posisi, membuka atau menutup.
Pada posisi lengan servo menutup, akan menahan posisi konektor umbilikal dari  kotak  kontrol GSS di interface umbilikal  pada  tabung  muatan  roket. Pada  posisi  lengan  servo  membuka, berarti  akan  melepaskan  konektor umbilikal  pada  kotak  kontrol GSS dari interface umbilikal pada tabung muatan roket.
Sistem mikrokontroler akan menerima perintah pensaklaran maupun posisi  lengan  servo  dari  dua  sumber, tombol  manual  dan  radio transceiver . Dari perintah tersebut, kemudian mikrokontroler akan menerjemahkannya dalam  bentuk  sinyal  digital  untuk kemudian  diumpankan  ke  sistem relay dan motor servo.
Radio transceiver akan  menerima perintah pensaklaran dari Ground Station dalam bentuk data serial dengan format protokol tertentu.
Pada  protokol  ini  data  serial  yang dikirim akan memuat informasi (pengenal) dari Ground  Station ,  kode keamanan, perintah posisi lengan servo, perintah  posisi  saklar relay  , dan checksum. Protokol  perintah  ini  dikirim dengan format komunikasi serial, dengan baudrate sebesar 38.400 bps. Pada penelitian ini, radio
transceiver yang digunakan adalah radio APC802  dengan  frekuensi  kerja  418  – 455  MHz.  Pemilihan  penggunaan  radio ini,  selain  karena  jarak  transmisinya hingga  2800  meter,  dimana  masuk dalam  jarak  antara launchpad roket dengan Ground  Station LAPAN,  juga karena menghindari penggunaan frekuensi komunikasi yang sama dengan muatan  roket,  yang  menggunakan frekuensi 900 MHz dan 2.4 GHz.
Gambar 3.6: Radio transceiver APC802
Mikrokontroler kemudian akan
memilah data-data yang masuk, mengidentifikasi  data,  kemudian  akan melakukan  eksekusi  perintah  jika  data yang  diterimanya  telah  dianggap  valid/ sesuai dengan protokol.
Setelah melakukan eksekusi perintah,
mikrokontroler kemudian akan mengirimkan  sinyal  balasan  tentang status  terakhir  dari  sistem  penyala tersebut  dalam  format  serial  ke Ground Station melalui radio transceiver . Diagram alir dari kerja sistem mikrokontroler  tersebut  dapat  dilihat pada gambar 3.7 berikut:
Gambar  3.7:  Diagram  alir  program  pada mikrokontroler.

## 4 KESIMPULAN
Sesuai  dengan  fungsinya,  sistem penyala  roket  ini  dapat  bekerja  dengan baik  untuk  menyalakan  muatan  roket yang  telah  berada  di  peluncur  roket secara  nirkabel,  yang  diatur  dari  ruang Ground  Station .  Sistem  ini  juga  dapat melepaskan konektor umbilical GSS dari tabung  muatan  roket  sehingga  tidak mengganggu roket saat proses meluncur dari launcher .

## UCAPAN TERIMAKASIH
Ucapan  terima  kasih  ditujukan kepada  Kepala  bidang  Kendali  dan Telemetri, dan seluruh tim muatan roket
yang  telah  banyak  membantu  dalam penelitian ini.

## DAFTAR RUJUKAN
Xue,  Fei  et  al.  (2016). MoS 2 Tribotronic Transistor  for  Smart  Tactile  Switch.
Advanced  Functional  Materials  26(13): 2104–9.
http://doi.wiley.com/10.1002/adfm.201
504485.
Delap,  Damon,  Joel  Glidden,  and  Christopher Lamoreaux.  (2013). Development  of  the Orion  Crew-Service  Module  Umbilical Retention and Release Mechanism . Conference  proceedings  of  the  15th European Space Mechanisms & Tribology Symposium (September): 25–27. http://www.esmats.eu/noordwijk/index. php. Gosselin, Armand M. (2007). Automated Ground Umbilical  Systems  (  AGUS  )  Project. Proceedings. The Space Congress.
http://commons.erau.edu/space- congress-proceedings.
Satrya,  Errya,  and  Wigati.  (2013). Beberapa Masalah  Dalam  Proses  Pembuatan  Roket
Seri  Rx/Rkx-100  (Problems  In  The
Production Process Of Rocket Rx/Rkx-100.
Majalah  Sains  dan  Teknologi  Dirgantara 8(2): 70–77. http://www.jurnal.lapan.go.id/index.ph
p/majalah_sains_tekgan/article/view/21
71.
Beauvoy, Transistor  Switching-Circuit  Design Using the Charge-Control Parameters. The Institution of Electrical Engineers. paper no. 2970. May 1959.
Zambou,  Serges  et  al.  (2016). Variable Temperature Performance of a Fully Screen Printed  Transistor  Switch. Solid-State Electronics 126: 59–66. http://dx.doi.org/10.1016/j.sse.2016.09 .014.
Dobrescu,  Lidia,  Raluca  Smeu,  and  Dragos Dobrescu.  (2016). Load  Switch  Power MOSFET SPICE Model . Proceedings of the
2016  International  Conference  and Exposition  on  Electrical  and  Power
Mulai Set serial com Set relay Set PWM servo Set digital input
Data serial masuk? Ada inputmanu al? Pilah data serial
Proses perintah relay Proses perintah Servo Kirim feedback ke GS Data OK? NO NO YES YES YES NO
Engineering, EPE 2016 (Epe): 644–47.
Genc, Naci, and Yavuz Koc. (2017). Experimental Verification of an Improved Soft-Switching
Cascade  Boost  Converter. Electric  Power Systems Research 149: 1–9.
http://dx.doi.org/10.1016/j.epsr.2017.0
4.015.
Wang, Yinqiao, Xiaoguang Hu, and Li Fu. (2016).
Design  and  Realization  of  Multi-Function Serial Port with High-Speed/Large- Capacity/Asynchronous FIFO. IEEE International  Conference  on  Control  and Automation, ICCA 2016–July: 227–31. Fajriansyah, Burhan. (2016).
Evaluasi
Karakteristik  XBee  Pro  Dan  NRF24L01+ Sebagai  Transceiver  Nirkabel. jurnal Elkomika  4(1):  83–97.I  SSN  (e):  2459- 9638.
Arisandi, Effendi Dodi. (2017). Sistem Pengaman Power Shape-Charge pada Flight
Termination  System .  Jurnal  Teknologi
Dirgantara, vol.15 no.1, Juni 2017 : 21– 28.