Bagaimana Satelit yang Nun Jauh di Luar Angkasa Sana dapat Berkomunikasi Dengan Manusia di Bumi? Deep Space Network Jawabannya!

Bagikan Artikel ini di:

Dari tahun ke tahun, ambisi manusia untuk menjelajahi antariksa semakin meningkat. Hal ini dibuktikan oleh perkembangan pesat penjelajahan antariksa yang dimulai dari peluncuran satelit buatan manusia pertama di tahun 1957, hingga wahana robotik tanpa awak milik China yang baru-baru ini (3 Januari 2019) mendarat di sisi terjauh dari bulan (tepatnya di kawasan Aitken, kawah terbesar di Kutub Selatan bulan yang belum pernah dijelajahi selama ini).

Baca juga: Alat-alat yang Digunakan Untuk Membuang Sampah Antariksa

Dengan penjelajahan antariksa yang semakin berkembang, akan muncul sebuah permasalahan baru. Semakin jauh sebuah wahana antariksa berada, maka semakin sulit untuk berkomunikasi dengan wahana antariksa tersebut karena sinyal radio yang diterima di Bumi akan semakin lemah.

Mengapa sinyal radio semakin melemah seiring bertambahnya jarak? Hal ini terjadi karena terdapat sebuah hukum yang bernama Inverse Square LawHukum ini menjelaskan bahwa paparan energi yang kita terima dari suatu sumber energi akan berbanding terbalik secara kuadrat dengan pertambahan jarak dari sumber energi tersebut.

Misal suatu wahana antariksa berada pada jarak 2 satuan astronomi (SA) dari Bumi, maka kuat sinyal radio yang diterima oleh antena di Bumi akan 4 kali lebih lemah daripada sinyal dari wahana antariksa yang berjarak 1 SA. Apabila wahana antariksa tersebut berada pada jarak 3 SA, maka akan terdeteksi 9 kali lebih lemah, dan seterusnya. Jika dianalogikan dengan kehidupan sehari-hari, hukum ini sama seperti ketika kita melempar batu ke kolam. Saat batu menyentuh air, maka akan muncul gelombang yang menyebar dan terus melemah hingga semakin sulit dilihat oleh mata.

Contoh di dunia nyata adalah wahana antariksa Voyager mengirimkan sinyal radio ke Bumi dengan kekuatan 9 watt atau setara dengan enam kali kekuatan pancaran ponsel. Namun setelah menempuh perjalanan dengan kecepatan cahaya selama 16 jam, kekuatan sinyal radio tersebut melemah hingga hanya menjadi sebesar 10-15 watt.  Lantas bagaimana tim pengendali wahana di Bumi mengatasi masalah sinyal yang sangat lemah tersebut?

Pada akhir tahun 1950-an, Lembaga Aeronautika dan Antariksa Amerika Serikat (NASA) mencetuskan sebuah konsep jaringan komunikasi luar angkasa baru. Sistem komunikasi ini dapat menunjang komunikasi dengan wahana antariksa yang berada di Deep Space. Sistem tersebut bernama Deep Space Network (disingkat DSN).

DSN menunjang komunikasi antara Bumi dengan wahana antariksa yang berada di jarak yang jauh seperti Voyager dan New Horizons. Sementara itu, wahana antariksa jarak dekat seperti Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) dan Teleskop Luar Angkasa Hubble dapat menggunakan satelit relay di orbit geostasioner dan antena yang lebih kecil di pusat kendali misi masing-masing.

Rotasi Bumi menyebabkan permukaan Bumi yang menghadap suatu koordinat di langit akan berubah dari waktu ke waktu. Oleh karena itu, antena-antena canggih Deep Space Network disebar di tiga lokasi berbeda. Ketiga lokasi tersebut yakni Goldstone di Amerika Serikat, Madrid di Spanyol, dan Canberra di Australia. Goldstone, Madrid, dan Canberra dipilih menjadi lokasi antena DSN karena ketiga lokasi tersebut membentuk segitiga bersudut 120° apabila dilihat dari kutub Bumi, sehingga memungkinkan antena-antena DSN untuk berkomunikasi dengan wahana antariksa secara non-stop.

Tiap lokasi DSN memiliki beberapa antena parabola sensitif yang terdiri dari beberapa antena berdiameter 26 meter dan 34 meter serta sebuah antena berdiameter 70 meter. Antena-antena tersebut mampu melakukan tracking untuk tetap mengarah ke wahana antariksa yang melakukan transmisi sinyal komunikasi.

Operasional DSN dimulai pada tahun 1963. Semenjak itu, DSN telah membantu berbagai misi penting seperti menerima gambar TV pendaratan manusia pertama di Bulan, penyelamatan misi Apollo 13, dan berbagai misi antar planet.

Beberapa masalah dan kekhawatiran sempat muncul dari sistem ini. Pada tahun 2016, wahana antariksa Cassini mengalami masalah menjelang fase akhir misi. Hal yang serupa juga sempat terjadi dengan misi Magnetospheric Multiscale. Setelah diusut, penyebab kegagalan DSN kala itu disebabkan oleh cuaca dan lingkungan sekitar kompleks antena. Kekhawatiran tentang keberlangsungan jaringan DSN juga muncul karena rendahnya anggaran pendanaan.

Meskipun demikian, Ketiga fasilitas DSN yang tersebar di berbagai belahan dunia ini masih beroperasi membantu komunikasi wahana antariksa dari NASA, JAXA (Jepang), ESA (Eropa), dan ISRO (India). Operasional DSN saat ini dikontrol oleh NASA Jet Propulsion Laboratory yang bermarkas di Pasadena, California.

Sistem DSN rencananya akan diupgrade dengan mengganti seluruh antena berdiameter 70 meter dengan beberapa antena yang lebih kecil di ketiga kompleks DSN. Hal ini dilakukan karena perawatan yang sulit dan mahal untuk antena berdiameter 70 meter. Selain itu, antena-antena tersebut sudah saatnya diganti karena faktor usia.

Sahabat Warstek dapat mengetahui wahana antariksa apa saja yang saat ini tengah berkomunikasi melalui DSN dengan mengakses situs eyes.nasa.gov.

Referensi:

  • https://spaceplace.nasa.gov/dsn-antennas/en/ diakses pada 10 Januari 2019
  • https://eyes.nasa.gov/ diakses pada 10 Januari 2019
  • https://deepspace.jpl.nasa.gov/about/ diakses pada 11 Januari 2019
  • https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=2861 diakses pada 11 Januari 2019
  • https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:DSNantenna.svg#mw-jump-to-license diakses pada 11 Januari 2019
  • http://www.planetary.org/blogs/emily-lakdawalla/2015/01300800-talking-to-pluto-is-hard.html diakses pada 12 Januari 2019
  • https://space.stackexchange.com/questions/958/how-does-voyager-1-send-signals-to-earth/960#960 diakses pada 12 Januari 2019
  • http://www.qrg.northwestern.edu/projects/vss/docs/communications/2-why-do-communications-get-harder-with-distance.html diakses pada 12 Januari 2019
  • http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Forces/isq.html diakses pada 12 Januari 2019
  • https://www.semanticscholar.org/paper/The-Deep-Space-Network-Scheduling-Problem-Clement-Johnston/e6b5a0feee628bed7be813fb026600ccb3ebe4c1 diakses pada 12 Januari 2019
  • https://www.nasa.gov/directorates/heo/scan/services/networks/txt_daep.html diakses pada 12 Januari

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:

Pemilihan Baterai Untuk Kendaraan Listrik (A123 System AMP20M1HD-A)

Bagikan Artikel ini di:

Baterai merupakan sumber energi yang bersumber dari campuran bahan kimia. Teknologi baterai pada era sekarang sangat berkembang pesat untuk memenuhi kebutuhan teknologi energi terbarukan. Sebagaimana kita ketahui bahwa fungsi baterai adalah untuk menyimpan suatu energi dalam jumlah yang kecil ataupun besar. Energi yang dialirkan dari baterai adalah listrik direct current dimana baterai selalu memberikan arus secara konstan atau tetap sesuai dengan kebutuhan beban.

Untuk diterapkan kendaraan listrik, banyak faktor yang perlu diperhatikan dalam pemilihan baterai dan disesuaikan dengan kebutuhan agar baterai yang digunakan tidak berlebihan. Dimulai dari dimensi, berat baterai, dan daya tahan baterai. Jenis baterai yang tersedia di pasaran biasanya memiliki bentuk silinder, pouch, atau kotak. Lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar di bawah.

Gambar 1. Jenis-Jenis Bentuk Baterai (Kiri) Pouch (Tengah) Silinder (Kanan) Kotak

Dalam datasheet dari jenis baterai, biasanya terdapat berbagai jenis informasi yang sangat diperlukan dalam menentukan jenis baterai yang akan dipakai. Mulai dari kapasitas baterai, tegangan nominal, discharge currentlife cycle, hingga dimensi yang dimiliki baterai. Informasi yang diberikan tersebut membantu seorang engineer untuk merancang dan melakukan perhitungan energi yang akan terpakai pada kendaraan listrik yang ingin dibuat, apakah ingin menggunakan tegangan 48 volt hingga 300 volt, atau memakai kapasitas yang lebih besar. Tergantung seorang engineer dalam melakukan perhitungan dan baterai tersebut digunakan untuk mengangkut beban seberapa besar.

Sebagai contoh, dalam artikel ini diambil tipe baterai dari A123 AMP20M1HD-A dimana tegangan nominal dari tipe baterai ini sebesar 3.3 volt dengan tegangan full dari baterai sebesar 3.7 volt dan kapasitas baterai untuk 1 cell baterai sebesar 20 Ah. Perlu diingat, tegangan sangat berpengaruh kepada putaran RPM pada motor listrik. Sedangkan kapasitas baterai (Ah) berpengaruh terhadap lamanya kendaraan listrik tersebut untuk dapat digunakan atau lifetime untuk sekali pemakaian. Datasheet dari tipe baterai dapat dilihat pada gambar di bawah.

Gambar 2. Datasheet Baterai A123 Pouch

Faktor lain yang dapat diperhatikan adalah discharge current. Ya, untuk melihat discharge current ini kita dapat mulai menentukan, apakah rancangan kendaraan listrik kita membutuhkan energi yang besar sehingga putaran motor listrik yang dihasilkan saat awal starting kendaraan mendapatkan akselerasi yang besar. Akselerasi besar biasanya digunakan untuk merancang kendaraan listrik untuk mencari kecepatan yang besar, dengan dimensi yang tidak besar, dan berat yang standard. Atau kita ingin merancang kendaraan listrik untuk konvensional, dengan berarti tidak mempermasalahkan dimensi dan berat dari baterai. Tetapi memperhatikan lama pemakaian dari kendaraan listrik.

“Perlu dicatat, lama pemakaian kendaraan listrik berbanding lurus dengan beban yang diangkat dari baterai. Dengan perhitungan rumus sederhana”

Dari rumus tersebut bila kita mempunyai baterai box dengan kapasitas baterai sebesar 40 Ah dan beban atau motor listrik yang digerakkan memiliki arus continous pemakaian sebesar 100A. Maka didapat sebesar 0.4 hour. Bila dibulatkan dalam satuan menit sebesar kurang lebih 24 menit.

Discharge current merupakan sebarapa besar baterai dapat mengeluarkan arus dalam satuan C, dalam datasheet biasa tertulis 5C hingga 20C. Berarti, bila kapasitas baterai tersebut 20Ah dengan nilai discharge baterai sebesar 5C maka: 20Ah x 5C = 100 Ampere maksimal baterai dapat mengeluarkan arus untuk 1 cell baterai.

Dan seorang engineer untuk merancang kendaraan listrik, pasti menggunakan safety factor untuk mejaga kesehatan baterai. Bila kendaraan listrik yang ingin kita rancang memiliki beban sebesar 10 KW. Dengan menggunakan tipe baterai A, dengan mempertimbangkan safety factor baterai tersebut dapat merancang 50V 40Ah, dengan safety factor dari baterai kurang dari 50% dari besarnya discharge current.

Perlu diingat, besarnya arus beban dari motor listrik tidaklah selalu konstan, seperti terus menerus mengeluarkan arus sebesar 100 Ampere, tetapi besarnya arus beban dari motor listrik tergantung dari user atau pengguna dari kendaraan listrik tersebut. Bila digunakan dalam kondisi santai dengan kecepatan kurang dari 40 Km/h, Bisa jadi beban arus yang dikeluarkan motor listrik hanya 20-40 Ampere. Pemakaian kendaraan motor listrik dengan santai atau dengan tidak kebut kebutan menjadi factor penting dalam lifetime dari kendaraan listrik tersebut.

Gambar 3. Desain 3D Baterai Container Pada Kendaraan Listrik

Desain gambar 3 diatas menunjukkan rancangan baterai A123 AMP20M1HD-A pada mobil formula electric milik ITS yang dinamakan “Carstenz” dengan jumlah sebanyak 64 cell baterai yang tersusun 32 series dan 2 paralel.

Jumlah baterai dalam pembuatan kendaraan listrik, tergantung dari engineer yang merancang. Dalam mobil listrik kampus ITS yang dikenal dengan mobil EZZY ITS, tersusun atas 92 cell baterai dengan jenis baterai yang digunakan tipe pouch kotak, jenis baterai dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 4. Mobil Ezzy ITS (sumber: otosia.com)

Perlu digaris bawahi, kendaraan listrik di Indonesia masih belum populer seperti kendaraan Tesla yang sudah sangat booming eksistensinya. Dari pengalaman saya sebagai penulis untuk mengetahui jenis mobil tesla bagaimana mereka dalam pemilihan baterai, kurang lebih sama. Tetapi jenis baterai yang digunakan berbeda, karena Tesla menggunakan jenis baterai NCR18650 yang memiliki kapasitas per cell 3.4 Ah dan tegangan nominal 3.7V dan full charge sebesar 4.2V berbentuk silinder.

Jadi, bila ada seorang engineer Indonesia ingin membuat suatu kendaraan listrik menyerupai Tesla, dari segi baterai dapat mengikuti pemilihan baterai seperti Tesla, yaitu NCR18650 dengan spesifikasi yang telah disebutkan di atas.

Perlu dicatat pemilihan jenis baterai akan sangat berpengaruh dalam dimensi kendaraan listrik yang akan dibuat dan bobot kendaraan listriknya nanti.

Demikian penjelasan tentang bagaimana cara memilih baterai untuk kendaraan listrik, selanjutnya kita akan membahas bagaimana tahapan dalam membuat kendaraan listrik. Beberapa sumber hasil tulisan berdasarkan pengalaman dan pengetahuan pribadi dari penulis dari berbagai sumber. Referensi akan disertakan. Terimakasih

Referensi:

[1] A123 System. 2011. Datasheet A123 AMP20M1HD-A. http://liionbms.com/pdf/a123/AMP20M1HD-A.pdf Pada Tanggal 8 Januari 2019

[2] A123 Energy. 2014. Battery Pack Design, Validation, and Assembly Guide Using A123 System. https://formula-hybrid.org/wp-content/uploads/A123_AMP20_battery_Design_guide.pdf Pada tanggal 8 Januari 2019

[3] ITS Formula Electric. 2018. Exploded  View Carstenz ITS. https://www.youtube.com/watch?v=llIXByDTls0 Pada tanggal 8 januari 2019

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di:

Sensor Fiber Optik sebagai Teknologi Terkini Pendeteksi Tsunami

Bagikan Artikel ini di:

Tsunami Selat Sunda pada akhir 2018 dan Gempa Palu beberapa bulan sebelumnya kembali mengingatkan publik Indonesia akan resiko bencana yang mengancam. Sebagai negara yang memiliki posisi geografis di dalam Ring of Fire, sekaligus diapit 3 lempeng bumi yaitu Lempeng Indo-Australia, lempeng Eurasia, dan lempeng Pasifik, Indonesia sangat rawan dilanda peristiwa gempa bumi baik vulkanik maupun tektonik.

Bencana tsunami yang selalu menelan ratusan korban jiwa seringkali berasal dari gempa bumi tektonik bawah laut, yang ditandai dengan gempa bumi dan surutnya air laut sebelum gelombang tsunami menyapu daratan. Pada kasus tsunami Selat Sunda, hal demikian tidak terjadi sehingga masyarakat tidak mendapatkan peringatan. Seperti diketahui, gelombang tsunami Selat Sunda disebabkan oleh aktivitas vulkanik dari Gunung Anak Krakatau.

Untuk meminimalkan jumlah korban dan memberikan kesempatan evakuasi secara maksimal, diperlukan sistem deteksi dini dari bencana tsunami yang efektif. Pada artikel ini akan dibahas beberapa jenis teknologi deteksi tsunami, baik yang telah diaplikasikan di Indonesia maupun teknologi yang bersifat konsep atau prototipe. Teknologi yang telah diaplikasikan adalah InaTEWS, sedangkan beberapa teknologi yang dapat dipertimbangkan untuk diaplikasikan adalah CBT, LTS, dan DAS. Ketiganya menggunakan fiber optik sebagai salah satu komponennnya.

InaTEWS (Indonesia Tsunami Early Warning System)

Sistem deteksi tsunami diperlukan untuk memberikan peringatan dini bencana sehingga dapat mengurangi jumlah korban jiwa. Sejauh ini, teknologi pendeteksi tsunami yang dimiliki Indonesia adalah berupa Buoy dan Tide gauge. Keduanya merupakan bagian dari InaTEWS, terhubung melalui satelit dan dimonitor oleh BMKG. Tide Gauge adalah alat pendeteksi ketinggian air laut yang bisa dipasang di bibir pantai atau dermaga seperti ditunjukkan gambar 1.

Gambar 1. Tide Gauge untuk mendeteksi ketinggian air laut. Sumber gambar : Earth and Space Science News

Buoy merupakan sebuah sistem yang terdiri dari unit dasar laut dan unit pelampung. Gambar 2 menunjukkan sistem dari Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis (DART), teknologi pendeteksi yang digunakan oleh NOAA (Amerika Serikat). Indonesia memiliki produk sendiri yaitu InaBuoy yang dirancang oleh BPPT. Unit dasar laut dari Buoy berfungsi untuk mendeteksi tekanan sedangkan unit pelampung memiliki berbagai sensor meteorologi serta unit telekomunikasi. Buoy mendeteksi adanya perubahan ketinggian air laut dan mengirimkan data tersebut ke satelit untuk dikirimkan ke pihak yang berkepentingan dalam peringatan dini seperti BMKG dan Badan Penanggulangan Bencana Daerah (BPBD).

Gambar 2. Sistem DART (atas) dan Inabuoy (bawah). Sumber gambar : NOAA dan BPPT

Kekurangan dari sistem buoy dan tide gauge yang telah diaplikasikan di Indonesia adalah rawan terjadi kerusakan akibat posisi alat diatas permukaan laut. Cuaca ekstrim seperti angin dan ombak dapat merusak instrumen. Selain itu, seringkali terjadi kerusakan akibat vandalisme serta kurangnya kesadaran dan pengetahuan masyarakat akan alat-alat deteksi dini tsunami tersebut.

Cable-Based Tsunameter (CBT)

Menanggapi permasalahan yang saat ini terjadi pada buoy, Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) pada Oktober 2018 menawarkan teknologi lain untuk melengkapi Buoy, yaitu Cable-Based Tsunameter (CBT). Sistem ini pertama kali diuji coba pada 2016, berkat kerjasama peneliti Indonesia, Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), dan University of Pittsburgh. Fokus utama CBT adalah bagaimana mengirimkan peringatan tsunami tanpa menggunakan unit buoy terapung (yang sering hilang atau rusak) dan menggunakan metode pengiriman sinyal yang lain.

Memanfaatkan gelombang akustik (suara) yang dapat merambat dalam laut, para ilmuan dapat mengirimkan data dari unit sensor pada dasar laut menuju daratan. Unit dasar laut buoy yang memiliki sensor tekanan diletakkan pada kedalaman sekitar 1.6 km dan sejauh 100 km dari darat. Sinyal suara dikirimkan pada frekuensi 3 kHz melalui modem pemancar (di dasar laut) menuju ke atas dan mengalami pemantulan oleh lapisan air laut sehingga sampai pada modem penerima (di dekat daratan). Dari modem penerima, sinyal dibawa menggunakan kabel fiber optik untuk sampai ke daratan. Dari sinilah asal istilah cable-based. Sinyal tidak lagi dibawa melalui satelit namun diteruskan dengan kabel fiber optik yang tentunya dapat mengirim informasi dengan lebih cepat. Sistem CBT dapat diintegrasikan dengan proyek kabel laut Palapa Ring. 

Gambar 3. Cara kerja CBT. Sumber gambar : Woods Hole Oceanographic Institution

Proyek Palapa Ring merupakan jaringan komunikasi fiber optik di Indonesia yang terdiri atas tujuh lingkar kecil fiber optik untuk wilayah Sumatera, Jawa, Kalimantan, Nusa Tenggara, Papua, Sulawesi, dan Maluku. Pembangunan proyek ini dibagi menjadi tiga bagian, yaitu barat, tengah, dan timur. Selain untuk telekomunikasi, kabel serat optik juga dapat dimanfaatkan untuk alat pendeteksi tsunami agar komunikasi datanya makin cepat.

Gambar 4. Proyek Palapa Ring Indonesia. Sumber gambar : Kominfo

Baca juga : Dasar Komunikasi Fiber Optik dan FTTH (Fiber To The Home)

CBT diperkirakan membutuhkan biaya lebih banyak untuk pembangunan awalnya, namun dapat bertahan lebih lama hingga hitungan tahun. Sebagai perbandingan, Buoy membutuhkan kisaran harga miliaran dan CBT membutuhkan hingga triliunan rupiah untuk pembangunan dari nol. Tetapi jika ditinjau dari lifetime alat, buoy dapat rusak lebih cepat dan lebih rawan terhadap vandalisme.

Laser Tsunami Sensor (LTS)

Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia atau LIPI sedang mengembangkan alat deteksi tsunami, Laser Tsunami Sensor (LTS) yang berbasis kabel fiber optik. Alat ini mereka klaim lebih efisien dibandingkan dengan buoy atau pelampung tsunami. Peneliti Pusat Penelitian Fisika LIPI, Bambang Widiyatmoko mengatakan, alat sensor tsunami merupakan sensor tekanan air atau sensor perubahan tekanan air, sehingga alat tersebut bisa mendeteksi tsunami yang disebabkan vulkanik atau longsor bawah laut. Berikut adalah video lengkapnya:

Kemudahan penggunaan LTS adalah komponen pengirim (transmitter) cahaya dapat diletakkan di darat, sedangkan sensor fiber optik dibentangkan dari darat hingga ke titik yang ingin dimonitor aktivitas seismiknya. Cahaya merambat dari darat menuju sensor, sensor mendeteksi aktivitas seismik, kemudian cahaya dipantulkan kembali menuju detektor untuk mendapatkan informasi yang diinginkan.

Sistem LTS tentunya berbeda dengan CBT, karena disini fiber optik berperan sebagai sensor, bukan hanya sebagai media pengiriman informasi. LTS memiliki beberapa tipe. Tipe yang telah dikembangkan LIPI adalah berbasis Fiber-Bragg Grating (FBG).

LTS berbasis Fiber-Bragg Grating (FBG)

FBG adalah jenis serat optik yang memiliki indeks bias periodik. Jika cahaya yang berspektrum lebar/polikromatik dirambatkan dalam FBG, cahaya tersebut akan mengalami pemantulan atau transmisi sesuai panjang gelombang yang spesifik, seperti ditunjukkan pada gambar.

Gambar 5. Ilustrasi cara kerja FBG

FBG memantulkan panjang gelombang tertentu, dan mentransmisikan yang lain. FBG dapat mendeteksi perubahan variabel fisis seperti suhu, tekanan, dan strain karena perubahan besaran tersebut mempengaruhi panjang periode grating dari FBG (semakin melar atau semakin mengkerut), sehingga terjadi perubahan panjang gelombang cahaya yang ditransmisikan atau dipantulkan. Perubahan ini digunakan sebagai dasar aplikasi FBG sebagai sensor. Adanya perubahan pada cahaya yang dipantulkan atau ditransmisikan FBG menunjukkan adanya aktivitas seismik yang dapat menunjukkan peringatan dini gempa dan tsunami.

Distributed Acoustic Sensing (DAS)

Ilmuwan dari Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) telah menunjukkan pemanfaatan dark fiber sebagai sensor yang mendeteksi gempa bumi, pergeseran tanah, keberadaan air tanah, dan berbagai kondisi bawah tanah yang lain. Dark fiber adalah fiber optik yang telah dipasang di bawah tanah namun tidak digunakan untuk jalur komunikasi (fiber optik yang menganggur). Teknologi ini disebut “distributed acoustic sensing,” yaitu mengukur gelombang seismik menggunakan fiber optik. Dengan pengolahan data yang tepat, diperoleh hasil seperti seismometer konvensional, dengan berbagai kelebihan.

Pertama, seluruh bagian dari serat optik dapat berfungsi sebagai sensor. Data yang diperoleh dari sensor dapat menunjukkan posisi tepat dari pusat gempa. Bayangkan terdapat jaringan fiber optik disepanjang garis pantai, batas lempeng, daerah vulkanik, serta di wilayah rawan bencana di Indonesia. Tentunya segala perubahan seismik di daerah tersebut dapat terpantau dan terintegrasi dalam suatu sistem. Deteksi dan peringatan dini adanya bencana gempa bumi maupun tsunami akan lebih mudah dilakukan. Kedua, sistem ini dapat bertahan sangat lama dan tidak membutuhkan perawatan dalam jangka waktu sangat panjang. Setelah kabel ditanam dalam tanah (atau di dasar laut), kabel fiber optik bisa dibiarkan hingga belasan tahun.

Distributed acoustic sensing (DAS) adalah teknologi baru untuk mengukur gelombang seismik dengan menembakkan pulsa-pulsa cahaya laser kedalam fiber optik. Cahaya laser kemudian mengalami hamburan akibat adanya impuritas dalam material fiber optik. Hamburan ini dapat menyebabkan sebagian cahaya terhambur kembali kearah datangnya sinyal (kearah transmitter) dan peristiwa ini disebut sebagai backscattering (hamburan balik). Bentuk sinyal dari cahaya yang terhambur ini dipengaruhi oleh energi gelombang akustik dari getaran bumi. Perubahan fisis pada fiber optik – tekanan, regangan, atau pergeseran – akan menyebabkan perubahan jumlah cahaya yang mengalami hamburan balik tersebut, sehingga merubah pembacaan intensitas cahaya laser yang diterima oleh detektor.

Dalam sensor serat optik, peristiwa hamburan cahaya merupakan konsep dasar dari pengukuran distributed acoustic sensing karena sinyal getaran seismik dapat dideteksi. Terdapat tiga jenis hamburan cahaya yang mungkin terjadi dalam fiber optik, yaitu  hamburan Raman, Brillouin dan Rayleigh.

Gambar 6. Prinsip dasar DAS. Sumber gambar : Stanford University

Uji Coba DAS

Dalam uji coba skala kecil yang dilakukan di California, fiber optik ditanam sejauh 100 meter dari jalan raya, dan hasilnya menunjukkan bahwa fiber optik telah dapat mendeteksi adanya gelombang seismik yang diakibatkan oleh pergerakan lalu lintas kendaraan. Pengukuran dapat menunjukkan bagian mana dari fiber optik (atau kilometer berapa) yang mengalami perubahan fisis. Hal ini ditunjukkan pada gambar 6, yakni dilakukan dengan menghitung waktu yang diperlukan cahaya laser untuk merambat dalam serat optik. Cara ini dapat dianalogikan seperti sonar, dimana jarak objek dapat diukur akibat adanya gangguan perambatan cahaya. Metode ini menguntungkan bila dimanfaatkan sebagai alat deteksi tsunami karena dapat memprediksi arah gelombang dari letak pusat aktivitas seismik.

Gambar 7. Sinyal yang dihasilkan oleh DAS

Walaupun biaya pengadaan awal cukup mahal, teknologi fiber optik dapat menjadi investasi yang berharga dalam pewujudan sistem pendeteksi tsunami. Semua bergantung pada kebijakan pemerintah dalam menentukan teknologi yang tepat digunakan.

Sumber :

Nilai Artikel Ini
Bagikan Artikel ini di: