RANCANG BANGUN PROTOTIPE AWAL SEEKER IR PADA SISTEM
RUDAL: KARAKTERISASI, MODELING, PROTOTYPING AWAL
Hariyadi Soetedjo1,*, Gunawan S. Prabowo2, dan Darsono3 1CIRNOV, Universitas Ahmad Dahlan, Jalan Cendana 9A, Yogyakarta
2PUSTEGAN - LAPAN, Jalan Raya Rumpin,Jawa Barat 3PPTAB- BATAN, Jalan Babarsari, Yogyakarta
*e-Mail: hariyadi@uad.ac.id
Disajikan 29-30 Nop 2012
ABSTRAK
Riset telah dilakukan untuk merealisasikan working protoype Seeker rudal jenis Stinger yang mencari sasaran berupa radiasi sinar infra merah.Beberapa tahap karakterisasi tiap komponen pendukung telah dilakukan termasuk intergasi dari komponen tersebut untuk direalisasikan dalam satu sistem Seeker. Prototype Seeker yang dibuat telah dilakukan uji lab yang telah dapat diperoleh informasi sesitivitas sensor terhadap perubahan posisi target terhadap LoS (Line of Sight), juga hasil ekstrapolasi yang dilakukan untuk target Helicopter yang diperoleh estimasi deteksi untuk jangkauan maksimal sekitar 7 km.
Kata Kunci: Seeker, rudal, infra merah,detektor.
I.
PENDAHULUAN
Pada riset berjudul ’Rancang Bangun Prototype Awal Seeker IR Pada Sistem Rudal: Karakterisasi, Modelling, Prototyping Awal’ maka telah disiapkan prototype Seeker. Pada makalah ini akan dilaporkan hasil yang telah dibuat berupa Working Protoype
Seeker rudal jenis Stinger. Selain itu telah diperoleh salah satu
kunci keberhasilan kegiatan selanjutnya yaitu kemandirian pembuatan detektor IR menjadi hal yang krusial agar teknologi
Seeker ini dapat dikuasai. Sebagai suatu landasan dasar bahwa
teknologi pertahanan merupakan salah satu syarat mutlak teknologi yang harus dimiliki suatu bangsa termasuk bangsa Indonesia dalam menjaga kedaulatan wilayah negara di samping memiliki peran sebagai kekuatan diplomasi di kancah internasional yang akan berimbas pada stabilitas keamanan, ekonomi dan lain-lain dalam kehidupan berbangsa dan bernegara. Ancaman bidang pertahanan dan keamanan yang datang dari luar negeri yang melibatkan teknologi perang canggih merupakan masalah mendesak yang harus segera di atasi dengan teknologi yang berimbang. Akan tetapi teknologi canggih seperti jet tempur, rudal (peluru kendali), kapal perang dan lain sebagainya yang menjadi ancaman memerlukan anggaran yang tidak kecil untuk mengimbanginya. Di sisi lain, dengan keterbatasan anggaran pengadaan alutsista bangsa Indonesia perlu melakukan langkah taktis dan efektif untuk memberikan counter dari ancaman tersebut. Berkaitan dengan upaya tersebut, peran teknologi rudal dinilai mampu menjadi senjata penghancur jet tempur tersebut. Penelitian di bidang roket telah banyak dilakukan di LAPAN. Hasil riset pun telah banyak diperoleh, baik berupa konsep, desain maupun dalam bentuk riel berupa prototype roket yang telah banyak diuji terbang. Sampai sekarang bangsa Indonesia belum dapat membuat sendiri rudal yang merupakan sistem teknologi terintegrasi dari roket, kendali, struktur dan Seeker / sensor.
Dari pencapaian teknologi roket di atas maka untuk dapat direalisasikan dalam karya teknologi rudal yang kongkrit, proyek
Seeker ini menjadi tumpuan penting. Secara ringkas struktur Seeker
yang akan dibuat terdiri dari komponen filter optik yang akan memfilter radiasi IR dengan panjang gelombang tertentu (dalam daerah short-wavelength IR) dari target misalnya jet tempur yang mengarah ke detektor IR yang mampu memberikan respon pada panjang gelombang tersebut. Output dari Seeker ini akan menjadi input sistem kendali rudal untuk secara kontinyu mengarah menuju target. Sebelum integrasi komponen-komponen dilakukan, baik filter optik, detektor, mekanik optik, sumber radiasi IR dilakukan maka karakterisasi secara cermat dari tiap-tiap komponen telah dilakukan. Integrasi juga telah dilakukan dalam tahap berikutnya sebelum akhirnya uji fungsi prototype awal dlakukan. Metode karakterisasi yang dilakukan merupakan teknik yang sudah standar dilakukan untuk mendapakan performansi komponen yang akan menjadi bagian terintegrasi pada tahap berikutnya. Sebagai pengetahuan bahwa riset ini selain mengikuti kaidah ilmiah juga yang lebih penting lagi adalah prototype yang dibuat akan menjadi salah satu komponen sistem alutsista yang secara riel sehingga upaya-upaya yang dllakukan baik strategi mendapatkan komponen, strategi menggunakan alat karakterisasi, dan lan-lain kerja yang terkait terkadang harus menggunakan cara-cara latheral. Rujukan atau tinjauan pustaka berkaitan dengan teknologi Seeker sangat terbatas dan tertutup sebagaimana sifat deteren dari teknologi pertahanan keamanan. Untuk itu berbagai upaya dilakukan untuk dapat melakukan riset guna membuat prototype seperti yang dikehendaki termasuk melakukan komunikasi personal dengan pakar berkaitan.
Secara sederhana unit Seeker akan bekerja sewaktu ada target misalnya bagian pesawat terbang yang memancarkan radiasi infra merah (IR) dengan panjang gelombang tertentu yang dinamakan
signature dari target tersebut [1,2]. Susunan Seeker terdiri dari
penguat sinyal. Komponen filter optik merupakan bagian yang krusial dalam sistem teknologi rudal berbasis sensor optik karena dengan adanya filter ini maka target dapat dikunci posisinya [3] untuk selanjutnya dilakukan penembakan rudal. Filter optik ini digunakan di banyak aplikasi teknologi optik seperti untuk sistem pencari sumber radiasi sinar infra merah yang dipasang pada bagian ujung rudal. Sumber radiasi sinar infra merah dapat berasal dari jet plume, exhaust engine, rocket plume dan lain sebagainya. Dalam proses pembuatan rudal, komponen filter yang terbuat dari bahan lapisan tipis [4,5,6] relatif sukar diperoleh selain komponen yang dijual di pasaran bebas belum tentu sesuai dengan kebutuhan kita yang berarti adanya ketergantungan dengan pihak luar selain harga yang relatif tidak murah [7]. Dengan demikian upaya untuk dapat membuat sendiri komponen itu merupakan terobosan langkah yang mendesak, yang nanti bersama komponen lainnya digunakan secara bersama untuk pembuatan sistem terpadu teknologi rudal.
Salah satu rudal yang cukup taktis adalah Rudal Stinger, rudal ini melibatkan beberapa bagian salah satunya adalah IR sensor (Short-Wavelength Window) sebagai ujung tombak Tracker Target. Sistem sensor/filter harus mampu membedakan antara obyek Jet/rudal musuh yg mengeluarkan radiasi IR dengan latar belakang seperti radiasi dari Matahari, atmosfer, dlsb dari sekitaran peluncur rudal tersebut. Fenomena yang ada, spektrum panjang gelombang antara obyek dan latar belakangnya berbeda. Misalnya untuk mesin Jet, spektrum berada sekitar 1 - 3 m sedangkan latar belakang nya di luar daerah tersebut. Di sini kemampuan membedakan tersebut menjadi salah satu persyaratan utama dalam desain filter. Untuk itu dalam makalah ini akan dilaporkan tahap-tahap yang dilakukan dari karakterisasi komponen penyusun prototype Seeker hingga karakterisasi serta integrasi.
II.
METODOLOGI
Dalam riset ini beberapa metode karakterisasi dilakukan sesuai dengan spesifikasi komponen yang dipergunakan. Berikut beberapa jenis karakterisasi yang dilakukan.
a. Karakterisasi Sumber IR. Sumber IR yang digunakan
sebagai komponen yang dapat menghasilkan radiasi IR dengan panjang gelombang yang sesuai dengan yang dikeluarkan oleh pesawat jet, helicopter. Untuk itu telah dilakukan uji lampu Tungsten yang diukur spesifikasinya menggunakan detektor terkalibrasi komersial.
b. Karakterisasi Filter. Karakterisasi komponen filter IR
dilakukan menggunakan teknik NIR (Near IR) spectroscopy yang dapat mengukur transmisi optik pada spektrum panjang gelombang dari Visible ke NIR.
Karakterisasi Detektor. Karakterisasi Detektor IR dilakukan
dengan menggunakan rangkaian elektronika untuk set up fenomena fotokonduktivitas bahan detektor.
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Karakterisasi Detektor IR
Detektor yang dikaraktersiasi pada bagian ini adalah yang dibeli dari pasaran bebas. Detektor IR yang digunakan untuk riset ini adalah sesuai dengan jenis detektor untuk rudal Stinger yang memiliki spektrum panjang gelombang dari 1 - 3 m. Pada riset ini telah digunakan detektor komersial dari bahan PbS sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 1(a dan b).
Gambar 1. (a) Detektor IR PbS dan (b) Detektor PbS embedded preAmplifier yang digunakan.
Dari pengukuran yang dilakukan di lapangan terhadap variasi jarak antara sumber IR dan detektor diperoleh hasil sebagaimana ditunjukkan pada grafik (Gambar 2). Seeker yang digunakan pada uji tersebut tanpa ada tambahan amplifier untuk deteksi target dengan daya 100 W. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa detektor masih mampu mendeteksi jangkauan target sejauh 24 m secara linier. Jika dilakukan ekstrapolasi untuk target Helicopter yang memiliki radisi IR dengan daya 30 kW, maka Seeker yang dibuat akan dapat mendeteksi Helicopter dengan jangkauan hingga 7 Km sebagaimana pada Gambar 3.
B. INTEGRASI KOMPONEN
Integrasi komponen yang menjadi pendukung terwujudnya
prototype Seeker telah dibuat sebagaimana desain dan wujud yang
sudah jadi yang ditunjukkan pada Gambar 4(a dan b). Komponen sumber IR yang digunakan yang sesuai untuk spektrum radiasi jet tempur telah dapat diperoleh menggunakan Lampu Tungsten komersial dengan daya yang dapat divariasikan dari 25-100 W dan telah dikalibrasi menggunakan detektor komersial. Sedangkan Filter IR yang dipergunakan juga telah dapat menunjukkan performansi yang sesuai dengan yang diinginkan yaitu dapat meneruskan radiasi pada panjang gelombang sekitar 1.8 – 2.6 m yang merupakan Signature radiasi IR dari engine exhaust jet tempur.
Gambar 2. Hasil pengukuran menggunakan detektor PbS untuk variasi jarak deteksi.
Gambar 3. Hasil pengukuran ekstrapolasi menggunakan detektor PbS Thorlabs untuk target helicopter.
Sedangkan prototype awal juga telah dibuat dengan design (a) yang mendekati ukuran Seeker sebenarnya sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 4(b). Uji perubahan sudut target dengan menggunakan detektor untuk jarak 100 cm (response time 200 s) telah dilakukan untuk daya sumber IR sebesar 60 W yang hasilnya diberikan pada Gambar 5. Dari gambar tersebut ditunjukkan grafik posisi target untuk sudut 0 (tepat di depan LoS atau tepat di depan sumbu Seeker) hingga 50 yang akan dapat memberikan nilai resolusi deteksi Seeker terhadap sudut posisi target sebesar 25 mV /. Output Seeker yang merupakan signal output tegangan listrik menunjukkan resolusi yang cukup tinggi sehingga adanya perubahan sudut deteksi akan dapat ditunjukkan adanya perubahan nilai tegangan output. Detektor IR yang digunakan memiliki
response time 200 s sehingga dengan adanya perubahan posisi target dalam order mikro detik sebagaimana dalam keadaan riel akan dapat dideteksi oleh Seeker yang dibuat. nilai tegangan output. Detektor IR yang digunakan memiliki response yang cukup
tinggi sehingga dengan adanya perubahan posisi target sebagaimana dalam keadaan riel akan dapat dideteksi oleh Seeker yang dibuat.
(a)
Gambar 4. (a) Diagram prototype Seeker, dan (b) Wujud Prototype Seeker yang dibuat.
Untuk memberikan gambaran perubahan sudut deteksi Seeker oleh manuver Jet Tempur, diberikan diagram model target sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 6 dengan variasi sudut 1, 2, dan 3
antara LoS dan arah target yang berkorelasi dengan perubahan sinyal Seeker.
Gambar 5. Grafik hasil uji lab yang dilakukan terhadap sudut deteksi model target yang bergerak.
Gambar 6. Grafik Output dari model Seeker terhadap (a) waktu deteksi dan (b) posisi target terhadap LoS
C. HASIL komparasi
Untuk prototype awal Seeker yang dibuat menggunakan beberapa jenis detektor komersial maka telah mampu memberikan hasil identifikasi target yang jelas yaitu apakah posisi target berada tepat di depan LoS – Line of Sight (sumbu Seeker) atau tidak dengan respon yang dapat diakomodasi oleh detektor. Sebagai bahan perbandingan performansi riel kemampuan Seeker yang dibuat maka Tim Seeker KNRT (Tim proyek SINAS 2012 ini) telah mengikuti uji coba penembakan menggunakan rudal QW3 (jenis Stinger) pada awal Juli 2012 sebagaimana hasil uji diberikan pada Gambar 7. Dari hasil kalkulasi yang dilakukan maka prediksi
kecepatan deteksi Seeker Rudal QW3 adalah sekitar 45/ 3 detik 15 / detik. Jika dibandingkan dengan performansi detektor pada Model Prototype yang dibuat pada proyek riset ini, maka kecepatan tersebut adalah di dalam jangkauan.
Gambar 7. Uji Penembakan rudal jenis QW3 terhadap Flare (Juli 2012).
IV.
KESIMPULAN
Target untuk merealisasikan prototype Seeker tahap awal yang diuji menggunakan skala lab telah berhasil dibuat melalui model target Jet Tempur khususnya exhaust engine pada spektrum sekitar 1 – 3 µm. Hasil uji skala lab (statis), output Seeker telah berhasil mengidentifikasikan posisi target apakah tepat di depan sumbu
Seeker (LoS) atau sudut tertentu terhadap LoS. Beberapa kendala
yang perlu di atasi dalam kemandirian riset ini meliputi:
a) Kerahasiaan yang tinggi mengenai teknologi Seeker menjadikan terbatasnya dokumen atau karya ilmiah yang dapat dipakai sebagai rujukan sehingga diperlukan berbagai uji coba untuk mendapatkan parameter yang diinginkan. b) Ketergantungan komponen filter dari luar negeri dengan
spesifikasi yang terbatas.
Keterbatasan spesifikasi detektor IR yang sesuai dengan spesifikasi yang dibutuhkan serta ketergantungan dari luar negeri. Komponen detektor dan filter optik yang sifatnya vital untuk sementara waktu masih dapat dibeli di pasaran luar negeri meskipun sangat terbatas kemampuanya baik dalam sensitivitas serta jangkauan deteksi. Masalah lain yang dapat muncul berupa pemberhentian penjualan komponen oleh pihak produsen jika terjadi kebijakan oleh mereka untuk tidak menjual untuk keperluan riset pertahanan di Indonesia. Untuk itu diperlukan kemandirian pembuatan komponen tersebut khusunya penyediaan fasilitas lab yang memadai untuk keperluan poin (b) dan (c).
DAFTAR PUSTAKA
[1] Mahulikar SP, Sonawane HR, and Rao GA (2007), Infrared
signature studies of aerospace vehicles, Progress in aerospace
sciences, Vol. 43, pp. 218-245.
[2] Mahulikar SP, Potnuru SK, and Rao GA (2009), Study of
sunshine, skyshine, and earthshine for aircraft infrared detection. J. Opt. A; Pure Appl. Opt. Vol. 11, pp. 1-10.
[3] Blanc A, Deimling L, and Eisenreich N (2002), UV-and
IR-Signatures of Rocket Plumes, Propellants, Explosives,
Pyrotechnics, Vol. 27, pp. 185-189.
[4] Asghar MH, Shoaib M, Placido F, and Naseem S (2008),
Wide bandpass optical filters with TiO2and Ta2O5, Cent. Eur. J. Phys. Vol. 6(4), pp. 853-863.
[5] Macleod HA, Thin-film optical filters (3rd ed.), 2001. IOP
[6] Misra KD and Mishra RK (2004), Design and Synthesis of a
Modified Band-Pass Optical Filter, Optics and Spectroscopy,
Vol. 97(3), pp. 475-483.
[7] Hariyadi Soetedjo and Gunawan S Prabowo (2010), Study on the Detector Characteristics of a Seeker’s Missile,
AAU-Journal of Defense Science & Technology, Vol. 1(2), pp.
