Sistem Daya Elektronik
Satelit
Dalam setiap peluncurannya, sebuah satelit mempunyai misi tertentu. Beberapa contoh misi yang umumnya dicanangkan pada satelit adalah observasi bumi, komunikasi, teknologi, navigasi, dan lainnya. Demi terpenuhinya misi tersebut , maka satelit harus berfungsi dengan baik dan optimal untuk semua sistemnya. Secara umum, suatu satelit memiliki empat buah sistem utama, yaitu:
1. Attitude Determination and Control System (ADCS), adalah sistem yang bertanggung jawab untuk menentukan dan mengendalikan sikap satelit seperti arah satelit.
2. On-Board Data Handling (OBDH), bertugas melakukan monitoring, pengendalian, akuisisi, analisa dan pengambilan keputusan dan eksekusi dari suatu perintah pada satelit
3. Payload, muatan dari suatu satelit yang bergantung dari setiap misi yang diusung oleh masing-masing satelit.
4. Electrical Power System (EPS), adalah sistem yang bertanggung jawab untuk menghasilkan,menyimpan dan mendistribusikan daya pada sistem satelit. Umumnya EPS terdiri dari 3 bagian utama yaitu power
source, energy storage, power control and
distribution. a. Power Source
Sumber arus suatu satelit umumnya berasal dari solar panel yang dipasang pada satelit. Prinsip kerja solar panel sendiri adalah mengkonversi energi cahaya menjadi energi listrik.Untuk mendapatkan cahaya matahari sebagai satu-satunya sumber cahaya di orbit, maka solar panel akan diarahkan menghadap matahari. Gambar 1 memperlihatkan bagaimana prinsip kerja solar panel.
Ada dua bentuk teknik peletakan solar panel pada satelit yaitu body mounted dan deployable. Body
mounted adalah teknik peletakan solar panel yang
meliputi seluruh badan satelit. Biasanya teknik ini digunakan pada satelit berukuran kecil < 500kg. Pada teknik deployable, solar panel seperti "dilipat" menjadi suatu bentuk tertentu. Ketika dilepaskan dari roket peluncur, maka solar panel akan otomatis terbuka seperti “sayap” dengan sudut tertentu.Gambar dibawah ini memperlihatkan bagaimana solar panel ditempatkan pada Satelit LAPAN-Tubsat dan LAPAN-A2.
Gambar 1. Prinsip kerja solar panel (sumber: http://www.sunnysolarlightgarden.com/wp-content/uploads/2008/08/how-solar-cells-work.gif)
Gambar 2. Satelit LAPAN-Tubsat dan LAPAN-A2 dengan body mounted solar panel (sumber: http://www.lapan.go.id/)
Gambar 3. Ilustrasi deployable solar panel pada satelit AAUSAT II (sumber: http://www.space.aau.dk/ aausatii/ homepage/ en/ mek/ Solar3.jpg)
Karakteristik solar panel yang handal dapat dinilai dari efisiensinya, yaitu persentasi perubahan energi cahaya menjadi energi listrik. Semakin tinggi persentasinya, semakin banyak energi cahaya yang dapat dikonversi menjadi energi listrik. Ada beberapa jenis solar panel antara lain, Multijunction cells, single-
junction GaAs, Crystalline Si Cells, Thin Film, dan Emerging PV.
Selain solar panel, Radiosotope Thermoelectric
Generators (RTGs) adalah solusi sumber daya bagi
satelit. RTGs memanfaatkan material radioaktif
(plutonium) untuk menghasilkan panas yang kemudian mampu merubah bentuknya menjadi material non-radioaktif. Panas yang dihasilkan dari reaksi nuklir tersebut dikonversi menjadi listrik oleh thermocouple. Pada dasarnya, thermocouple terdiri dari 2 buah metal yang dapat saling terinduksi oleh listrik. Perbedaan
temperature pada salah satu metal akan menghasilkan
elektron diantara keduanya. Elektron akan mengalir dan kemudian menghasilkan arus listrik.
Gambar 5. Penggunaan RTGs dibanding sumber daya lainnya (sumber: http://ocw.mit.edu/courses/aeronautics-and-astronautics/16-851-satellite-engineering-fall-2003/lecture-notes/l3_scpowersys_dm_done2.pdf)
b. Energy Storage
Energi yang didapat dari sumber daya kemudian disimpan pada tempat penyimpanan daya. Tempat penyimpanan daya berfungsi untuk memasok daya pada sistem lainnya ketika satelit pada kondisi eclipse (tidak terkena cahaya matahari). Pada satelit, tempat penyimpan daya menggunakan baterai. Prinsipnya, ketika sumber daya mensuplai daya pada setiap sistem satelit, jika ada sisa daya maka akan digunakan untuk mengisi (charging) baterai. Kinerja dari baterai sendiri dilihat dari kapasitasnya yang dinyatakan dalam Ah (AmpereHour). Kapasitas baterai adalah kemampuan baterai untuk mensuplai daya bagi perangkat yang terhubung dengannya. Ada beberapa jenis baterai yang digunakan pada satelit yaitu baterai jenis Ag-Zn, Ni-Cd, dan Li-Ion.Baterai jenis Ag-Zn (Silver-Zinc) merupakan
non-rechargable baterai artinya baterai yang tidak dapat
diisi ulang. Kelebihan baterai ini mampu menyimpan energi yang besar yaitu 90-250 Wh/kg. Temperature operasinya yang hanya berkisar pada -20 s/d 600C menjadi salah satu kelemahan baterai jenis ini.
Baterai ini digunakan untuk memasok daya pada satelit milik Soviet yaitu Sputnik, dan kendaran penjelajah Saturnus yaitu Apollo Lunar Module.
Gambar 6. Baterai yang digunakan pada Satelit (sumber: http://www.electronicproducts.com/images2/fapo_Saf t02_aug2008.gif)
Gambar 7. Satelit Sputnik milik Soviet (sumber: http://www.beyondgeek.com/wp-content/uploads/2013/02/Sputnik_670.jpg)
Gambar 8. Apollo Lunar Module (sumber:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2a/Apollo16LM.jpg/999px-Apollo 16LM.jpg?download)
Jenis baterai lainnya adalah jenis Ni-H2
(Nickel-Hydrogen). Energi yang mampu disimpan baterai ini
yaitu pada rentang 24-35 Wh/Kg. Baterai ini memiliki masa pakai hingga >50.000 dengan minimal pengisian ulang (charging) 25% dari kapasitas penuhnya. Untuk menunjang misi satelit yang membawanya, baterai ini
mampu bertahan hingga >10 tahun penggunaan. Dengan dimensi dan bobot yang cukup besar serta temperatur sekitar -5 s/d 300
C, cukup menjadi masalah dalam penggunaan baterai ini. Salah satu satelit yang menggunakan baterai ini adalah MESSENGER (MErcury
Gambar 9. Satelit MESSENGER (sumber: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/6c/MESSENGER_-_spacecraft_ at_ mercury_-_atmercury_lg.jpg/734px-MESSENGER_-_spacecraft_at_mercury_-_atmercury_lg.jpg)
Gambar 10. Mars exploration rovers (sumber: http://mars.nasa.gov/mer/gallery/artwork/hires/rover2.jpg)
Baterai Li-Ion (Lithium-Ion) adalah jenis baterai yang cukup populer saat ini. Baterai ini digunakan pada berbagai macam perangkat elektronika dan juga satelit. Energi yang mampu disimpannya yaitu sekitar 100 Wh/Kg. Baterai ini memiliki masa pakai hingga >400 dengan minimal pengisian ulang (charging) 50% dari kapasitas penuhnya. Masalah utama dari baterai jenis ini adalah kemampuannya untuk menunjang misi hanya dua tahun karena masa pakainya >400 kali. Baterai ini digunakan pada misi ekplorasi ke Mars dengan menumpang pada wahana robot penjelajah yaitu Mars
Eksploration Rovers (MER).
c. Power Control and Distribution
Subsistem ini berfungsi untuk mengendalikan dan mendisitribusikan pasokan daya dari sumber energi(solar panel) ataupun tempat penyimpanan energi (baterai) ke sistem lainnya. Sistem ini umumnya terdiri dari DC-DC Converter, Smart Fuse
dan Switch. DC-DC Converter berfungsi untuk
merubah tegangan dari solar panel ataupun baterai agar sesuai dengan tegangan catu dari perangkat pada tiap-tiap sistem. Umumnya tegangan catu pada masing-masing perangkat berbeda, misalkan untuk
perangkat yang menggunakan mikrokontroler tegangan catu yang digunakan adalah 5V atau 3.3V.
Smart Fuse berfungsi untuk mendeteksi arus dan
tegangan yang didapat perangkat dari DC-DC Converter. Kelebihan jumlah arus maupun tegangan yang berpotensi untuk merusak perangkat akan di batasi oleh Smart Fuse. Smart Fuse otomatis memutus aliran arus ataupun tegangan yang berlebih. Switch bekerja untuk menentukan perangkat apa saja yang akan dihidupkan atau dimatikan. Dengan adanya switch meningkatkan efisiensi penggunaan daya karena tidak semua perangkat digunakan tiap waktu.
Umumnya baterai yang dipakai pada suatu satelit telah dilengkapi dengan sistem Battery Charge Regulator
(BCR). BCR berfungsi untuk mengontrol proses pengisian (charge) dan proses pengeluaran daya (discharge) baterai agar sesuai dengan Depth Of Discharge (DoD). DoD adalah suatu ketentuan berupa batas kedalaman pengeluaran daya (discharge) yang terdapat dalam baterai tersebut. Pengaturan DoD berpengaruh dalam menjaga usia pakai (lifetime) dari baterai tersebut [Karim, Abdul dan Wahyudi Hasbi, 2013]. Semakin dalam DoD, maka semakin pendek usia pakai dari baterai tersebut [Gang Ning, and Branko N. Povop, 2014]. Usia pakai (lifetime) dari baterai juga dipengaruhi oleh temperatur dari baterai tersebut. Sehingga menjaga pengaturan DoD serta temperatur dari baterai dapat menjaga usia pakai (lifetime) dari baterai tersebut.
