MAKALAH

SATELLITE LASER RANGING(Disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah Geodesi Satelit)

Disusun oleh :

Kelompok IV-B

1. Anang Ikhwandito NIM 21110113130066

2. Raka Angga Prawira NIM 21110113190068

3. Aziz Anjar Santoso NIM 21110113140070

4. Fadhilla Shara Denafiar NIM 21110113130073

5. Naufal Farras NIM 21110113130095

6. Restu Fadilla NIM 21110113130101

7. Ika Nurdianasari NIM 21110113130103

PROGRAM STUDI TEKNIK GEODESI

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO

Jl. Prof. Soedarto SH, Tembalang Semarang, Telp. (024) 76480785, 76480788

e-mail : jurusan@geodesi.ft.undip.ac.id

2015

SATELLITE LASER RANGING

A. Karakteristik Umum

Satelit Laser Ranging atau SLR merupakan teknik yang digunakan secara

luas untuk menentukan orbit suatu objek yang beredar di luar angkasa dengan

tingkat akurasi yang tinggi. SLR berbasiskan pada pengukuran jarak dengan laser

ke satelit yang dilengkapi dengan Retro-reflectro Laser. Sistem ini mulai

dikembangkan oleh NASA pada tahun 1964 dengan diluncurkannya satelit

Beacon Explorer B. SLR juga merupakan teknik yang paling akurat dalam

menentukan posisi geosentrik dari sebuah satelit bumi, mampu mengkalibrasi

presisi dari altimeter radar dan memisahkan pergeseran instrumentasi jangka

panjang dari perubahan sekuler dalam topografi samudera. Kemampuan SLR

untuk mengukur variasi temporal dalam bidang gravitasi bumi, memonitor

pergerakan jaringan stasiun terhadap pusat bumi, serta kemampuannya untuk

memonitor pergerakan vertikal dalam sebuah sistem absolute yang paling teliti

pada saat ini, membuat SLR memiliki keunikan untuk membuat model dan

mengevaluasi perubahan musim jangka panjang.

Pada dasarnya suatu sistem SLR terdiri dari stasiun pengamat SLR dan satelit-

satelit SLR.

Contoh Bentuk Stasiun Pengamat SLR

Komponen utama dari pengamat di bumi (Ground Station) merupakan :

1. Pembangkit dan pemancar pulsa laser; yang terdiri dari suatu sistem optik.

2. Detektor dan analyzer pulsa yang kembali; yang terdiri dari teleskop

penerima.

3. Unit pengukur waktu tempuh sinyal.

Laser pulsa pendek (Short Laser Pulse) dibangkitkan di stasiun bumi dan

dikirim melalui sistem optik menuju sistem satelit. Sebagian dari pulsa laser yang

dikirimkan digunakan untuk menghidupkan alat penghitung selang waktu

elektronik. Satelit target membawa recto-reflector yang sesuai/memadai. Pulsa

yang direfleksikan diterima oleh stasiun bumi, dideteksi, diperkuat, dianalisa dan

digunakan untuk menghentikan alat penghitung elektronik. Waktu yang

dibutuhkan oleh sinyal untuk pulang-pergi diperoleh dari dua pembacaan alat

penghitung waktu yang digunakan, dan direduksi ke dalam jarak (d) dengan

kecepatan perambatan sinyal (c). Pengoperasian sisem laser dikelompokkan

sebagai berikut :

A.1. Generasi Pertama : Panjang pulsa 10-40 ns, dengan ketelitian

berkisar 1-6 meter, biasanya menggunakan ruby laser dengan saklar -Q

(Q-switch).

A.2. Generasi Kedua : Panjang pulsa 2-5 n, dengan ketelitian 30-100

cm, pada umumnya digunakan untuk Metode analisis pulsa.

A.3. Generasi Ketiga : Panjang pulsa 0,1 - 0,2 ns, dengan ketelitian 1-3

cm, berkemampuan untuk mendeteksi foton tunggal (Single Photon).

Perkembangan yang dilakukan pada generasi sistem laser yang baru

menghasilkan kemampuan ketelitian jarak sampai 3 mm. Laser Ranging hanya

mungkin dilakukan bagi satelit-satelit yang diperlengkapi dengan reflektor yang

sesuai. Sinar laser yang datang pada satelit harus benar-benar dikirimkan kembali

pada arah yang sama pada saat datangnya sinar tersebut. Jenis reflektor yang

seperti itu disebut juga recto-reflector; reflektor-reflektor ini pada umumnnya

dibuat dari prisma kaca. Reflektor merupakan alat yang pasif dan dapat dipasang

dengan cukup mudah pada satelit, inilah sebabnya mengapa sejumlah besar

kendaraan ruang angkasa membawa susunan Reflektor Laser. Dalam banyak hal

teknik SLR digunakan untuk menyediakan informasi orbit secara presisi untuk

misi peluncuran satelit (contoh satelit altimeter). Beberapa satelit yang

diluncurkan hanya digunakan sebagai target yang presisi pada orbitnya.

Kendaraan-kendaraan ruang angkasa ini desain dan parameter orbitnya telah

dioptimasikan dengan baik. Satelit-satelit laser yang telah dihasilkan dari jenis ini

diantaranya STARLETTE, LAGEOS, AJISAI, dan ETALON, yang dirancang dan

diluncurkan dengan tujuan sebagai target yang teliti pada orbitnya. Ada dua

macam/jenis Ground Station SLR, yaitu:

1. Ground Station yang tidak bergerak (fixed)

2. Ground Station yang dapat dipindahkan (transportable)

Komponen yang paling penting dari sistem Laser Ranging merupakan

Osilator Laser. Dalam Geodesi Satelit dua jenis pembangkit pulsa laser padat

telah secara luas digunakan, yaitu ruby laser dan neodinium-YAG laser.

Komponen-komponen lainnya sebagai berikut:

a. Telescope Mount

b. Elemen-Elemen Receiver dan Paket Pendeteksi

c. Analisis Impulse (Impulse Analysis)

d. Basis Waktu (Time Base)

e. Sistem Komputer

B. Parameter yang Diketahui

Dari proses korelasi ini didapat parameter-parameter yaitu parameter yang

memang diketahui dan parameter yang akan ditentukan. Parameter-parameter

tersebut yaitu :

1. Parameter yang telah diketahui

a. Panjang gelombang laser

b. Lintang dan ketinggian dari stasiun pengamat (H)

c. Koreksi eksentrisitas tanah dan satelit

d. Koordinat relative stasiun pengamat

2. Parameter yang akan ditentukan

a. Frekuensi laser (f())

b. Tekanan udara

c. Temperature udara

d. Tekanan uap air

e. Elevasi sebenarnya dari satelit

C. Besaran yang Diukur

Sistem SLR berbasiskan pada pengukuran jarak dengan menggunakan pulsa

laser yang ditembakkan. Jarak tersebut diukur dari waktu tempuh bolak-balik

yang diperlukan oleh sinar laser dari Bumi ke Satelit. Pengukuran jarak ke satelit

dilakukan pada saat-saat satelit melintas di atas stasiun pengamat. Dengan

menggunakan data-data pengukuran jarak ini serta informasi orbit satelit, maka

selanjutnya koordinat dari stasiun di bumi dapat ditentukan.

D. Cara Mendapatkan Posisi Titik dari Parameter dan Besaran

Pada pengukuran ini, diamati waktu tempuh laser dari stasiun Bumi ke

satelit. Pulsa laser ditransmisikan dari stasiun Bumi melalui sistem optis ke satelit.

Sebagian dari laser yang dipancarkan digunakan untuk menyalakan alat

penghitung interval waktu elektronik. Satelit target dilengkapi dengan retro-

reflektor. Pulsa yang dipantulkan diterima oleh stasiun Bumi, dideteksi, diperkuat,

dipecah, dan digunakan untuk mematikan alat penghitung elektronik. Jelas sekali

bahwa metode yang digunakan dalam sistem SLR adalah metode two-way

ranging.

Dengan ini, jarak ke satelit (d) dapat ditentukan dengan persamaan:

d = c.t / 2

di mana t adalah waktu tempuh laser dari stasiun Bumi ke satelit dan

kembali lagi ke stasiun Bumi, dan c adalah kecepatan cahaya.

E. Contoh Pemakaian (Aplikasi) SLR

Pada saat ini sistem SLR telah banyak diaplikasikan untuk berbagai aplikasi

geodesi, yaitu antara lain:

1. Kontribusi-kontribusi SLR dalam Ilmu Bumi

Selama tiga dekade terakhir, jaringan SLR global telah menjadi

sumber data yang bermanafaat untuk studi Bumi daratan, samudera, dan

sistem atmosfernya. Dengan kata lain, SLR menyediakan determinasi orbit

yang teliti untuk misi pemetaan permukaan samudera yang digunakan

untuk membuat model sirkulasi samudera global. Untuk pemetaan

perubahan volume pada daratan es atau topografi daratan.

2. SLR Menunjang Study Tentang Sistem Atmosfer-Hidrosfer-

Cryosperesolid Bumi

Dari perubahan berkala bidang gravitasi, SLR mengukur efek

redistribusi massa di dalam sistem bumi secara keseluruhan.

3. SLR menunjang Penginderaan Langsung Ketinggian Permukaan

SLR menyediakan hasil ukuran secara langsung dan tidak

membingungkan dari tinggi satelit altimeter dan membolehkan pemisahan

efektif dari hanyutan sistem altimeter dari perubahan topografi samudera

yang lama periodenya dalam tingkat sub-cm. Kalibrasi ini sangat tepat

untuk pengukuran perubahan tinggi laut rata-rata secara global dalam

beberapa mm/tahun dan dalam pemetaan topografi dataran es digunakan

untuk memperkirakan perubahan volume es. Satelit altimeter juga

digunakan untuk menghitung peta cotidal dari bulan utama M2 pada waktu

pasang. Dengan memahami alam tentang pasang surut dan pergeseran

dasar samudera membutuhkan ilmu pengetahun yang lebih detil tentang

pasang surutnya samudera. Model pasang yang lebih baik juga dibutuhkan

dalam mendukung model pengisian naiknya pasang untuk menganalisa

ketelitian gravimetri.

4. Kontribusi SLR Dalam Memonitor Ketinggian Laut Dan Es

Kontribusi SLR dalam memonitor perubahan ketinggian laut ada dua

cara. Pertama, dengan menyediakan data untuk penentuan orbit. SLR

menjamin orbit radial yang bagus dari satelit altimetri. Kedua, dengan

meningkatkan pengetahuan perubahan sekuler tingkat mm/tahun. Variasi

dalam tinggi permukaan laut rata-rata dari TOPEX/ Poseidon mengukur

temperatur pertemuan permukaan air laut yang mengindikasikan el-nino.

The topography (and its changes) of the Earths ice sheets are mapped

using satellite altimeters and precision orbits based on SLR and SLR-

based force models.

5. SLR Mengukur Dinamika Jangka Panjang Bumi, Samudera, dan

Atmosfernya.

SLR menentukan rotasi bumi dan perubahan orientasi dalam distribusi

masa dan pergantian momentum sudut dalam sistem bumi keseluruhan.

SLR menentukan perubahan tinggi geosentrik dari sepasang stasiun

dengan menentukan pergerakan tiap jaringan stasiun terhadap geosenter

pada bebarapa tingkatan mm. Munculnya perubahan pada komponen X

dan Y dari geosenter dapat di lihat pada tingkatan milimeter ini.

6. SLR Menunjang Studi Pergerakan Tektonik.

SLR menyediakan keakuratan penentuan mm/yr pergerakan stasiun

pada skala global dalam lingkup referensi geosentrik. Dikombinasikan

dengan model gravitasi dan perubahan puluhan tahun dalam rotasi bumi.

7. Penentuan posisi absolut titik secara teliti, baik untuk keperluan realisasi

system referensi koordinat maupun untuk studi geodinamika dan

deformasi.

8. Penentuan orbit satelit yang dilengkapi reflektor laser.

9. Penentuan parameter orientasi bumi, yaitu presesi, nutasi, pergerakan

kutub, dan rotasi bumi,

10. Studi medan gaya berat bumi.

11. Studi respon kerak bumi terhadap fenomena pasut lautan dan atmosfer,

12. Studi variasi pusat bumi (geocenter), dan

13. Penentuan nilai koefisien gravitasi GM.

Daftar Pustaka

Abidin, Hasanuddin Z. 2001. Geodesi Satelit. Jakarta: Pradnya Paramita

Nn. 2010. Satellite Laser Ranging and Earth Science. USA: NASA

Nn. 2014. Satellite Laser Ranging. http://www.ga.gov.au/earth-

monitoring/geodesy/geodetic-techniques/satellite-laser-ranging-slr.html. Diakses

pada tanggal 13 Desember 2015.