Implikasi Besar, Teknologi Kecil

Implikasi Besar, Teknologi Kecil

Bagaimana satelit kecil merevolusi ruang angkasa

Erica Sullivan/Laboratorium Nasional Los Alamos

Pada pagi yang cerah di Sriharikota, India, pada pertengahan Februari 2017, sebuah roket diluncurkan dengan membawa 104 satelit, memecahkan rekor jumlah satelit yang mampu dibawa sebuah roket, termasuk 101 CubeSat.

CubeSat bukanlah hal baru. CubeSat adalah jenis satelit kecil yang terdiri dari unit-unit berukuran 10 sentimeter kali 10 sentimeter kali 10 sentimeter. CubeSat pertama kali dikembangkan di Cal Poly dan universitas Stanford pada akhir tahun 1990-an sebagai alat bantu pelatihan untuk mahasiswa teknik ruang angkasa. (“SmallSat” menurut definisi beratnya kurang dari 500 kilogram; jadi semua CubeSat merupakan SmallSat, tapi tidak semua SmallSat merupakan CubeSat.) Tidak lama kemudian pemerintah mulai mencari cara untuk menggunakan CubeSat dan satelit kecil lainnya untuk meningkatkan keamanan nasional.

Bukan suatu kebetulan bahwa meningkatnya minat pada satelit yang ukurannya lebih kecil dari kulkas mini ini bertepatan dengan kesadaran bahwa satelit yang ada saat ini mengalami kerentanan. Pada tahun 2007, Tiongkok membuktikan hal ini saat menggunakan rudal untuk melenyapkan salah satu satelitnya sendiri. Lalu ada ancaman serangan siber. Virus ransomware pada Mei 2017 yang menginfeksi ratusan ribu sistem komputer di seluruh dunia dan melumpuhkan rumah sakit dan stasiun kereta api merupakan pengingat kuat akan kekuatan peretas. Jika serangan siber itu benar-benar melumpuhkan sistem berbasis Bumi, maka serangan siber yang diatur dengan cermat pada aset berbasis ruang angkasa akan menjadi bencana besar.

Hampir setiap misi militer mengandalkan satelit hingga batas tertentu. Satelit komunikasi memungkinkan komando dan kontrol pasukan gabungan dengan memastikan tersedianya informasi yang akurat, lengkap, dan tepat waktu untuk rantai komando operasional bagi angkatan darat, laut, dan udara. Satelit meteorologi memberikan informasi cuaca terkini kepada unit lapangan di setiap matra militer. Satelit navigasi memberikan pemosisian yang akurat — dengan penyimpangan akurasi beberapa meter saja — bagi tentara, pesawat terbang, dan kapal. Sistem pengintaian berbasis ruang angkasa menyediakan kemampuan pemantauan perjanjian selama masa damai dan berfungsi sebagai sistem peringatan penting selama konflik.

Untuk divisi sipil pemerintah, citra satelit sangat diperlukan untuk perencanaan dan tanggap bencana, pemetaan, perencanaan kota, dan pemantauan lalu lintas. Lalu ada penggunaan komersial: telepon satelit, internet, televisi, pelacakan navigasi dan komersial, eksploitasi sumber daya — bahkan memprediksi cuaca untuk perjalanan udara atau penanaman tanaman.

Serangan yang sukses pada satu satelit saja bisa menimbulkan konsekuensi negatif yang sangat luas terhadap keamanan dan ekonomi.

KEUNGGULAN TEKNOLOGI

Bagaimana jika, alih-alih satu satelit raksasa yang menyediakan fungsi keamanan nasional yang penting, ada seratus satelit kecil yang melakukan hal yang sama? Targetnya tidak hanya akan berukuran lebih kecil, tapi akan menyebar — memberikan tingkat kesulitan yang jauh lebih tinggi bagi penjahat siber.

Satelit kecil menawarkan banyak keuntungan. Pertama dan yang terpenting, harganya murah. Satelit besar rata-rata bisa menghabiskan biaya mulai dari 6,87 triliun rupiah (500 juta dolar A.S.) hingga 13,75 triliun rupiah (1 miliar dolar A.S.) atau lebih untuk pembuatan dan peluncuran. Harganya lumayan mahal untuk anggaran berapa pun. Sebagai perbandingan, satelit kecil sangatlah murah.

Laboratorium Nasional Los Alamos membuat dan meluncurkan beberapa CubeSat ke orbit rendah Bumi. LABORATORIUM NASIONAL LOS ALAMOS

Contohnya, Laboratorium Nasional Los Alamos telah membuat dan meluncurkan beberapa CubeSat dan memperkirakan biaya produksi sekitar 2,06 miliar rupiah (150.000 dolar A.S.) per unit. Selain itu, perangkat keras yang lebih murah berarti lebih banyak teknologi yang dapat diperoleh — memungkinkan cakupan geografis yang lebih besar untuk misi pengamatan dan deteksi seperti pergerakan Bumi/gelombang, deteksi aktivitas seismik dan gunung berapi, serta pengukuran atmosfer.

Selain itu, dengan menggunakan platform yang lebih murah seperti CubeSat dan SmallSat, ilmuwan ruang angkasa dapat menguji konsep mutakhir seperti komputasi yang dapat dikonfigurasi ulang di ruang angkasa. Dulu, begitu satelit berada di orbit, hanya ada sedikit hal yang bisa dilakukan operator untuk mengubahnya. Di sepanjang masa pakai wahana ruang angkasa itu, fungsinya akan terus sama seperti apa yang diprogram sejak awal. Tidak demikian halnya dengan CubeSat, yang telah dibuat oleh ilmuwan antariksa agar dapat diprogram ulang untuk memungkinkan perbaikan dan perubahan misi.

CubeSat juga memungkinkan pendekatan yang lebih lincah terhadap perangkat keras ruang angkasa. Kebutuhan misi yang terbatas memungkinkan pengembangan yang cepat dan terfokus. Jika perancangan dan pembuatan satelit besar bisa memakan waktu satu dekade, ilmuwan ruang angkasa bisa melakukan merencang dan membuat CubeSat hanya dalam waktu setahun atau kurang. CubeSat juga memungkinkan lebih banyak pengujian di lingkungan operasional daripada di lingkungan simulasi di darat, dan CubeSat memungkinkan teknologi terdepan disertakan saat CubeSat memasuki pasar. Instrumen dan komponen dapat diuji di luar angkasa sebelum diintegrasikan ke dalam platform yang lebih besar untuk misi akhir. Misi demonstrasi dan validasi ini memberikan banyak informasi dalam desain instrumen untuk berbagai ukuran satelit.

TEKNIK REVOLUSIONER

Untuk alasan ini, satelit kecil merevolusi cara ilmuwan dalam melakukan pendekatan pada teknik sistem ruang angkasa. Para ahli memperkirakan bahwa sekitar 2.400 SmallSat dan CubeSat akan diluncurkan selama enam tahun ke depan. Meskipun di masa lalu, sektor komersial, pemerintah, dan akademi telah menggunakan SmallSat dalam proporsi yang sama, penggunaan komersial diperkirakan akan segera melampaui penggunaan di sektor lainnya. Bahkan, dalam tiga tahun ke depan, penggunaan komersial dari satelit kecil diperkirakan mencapai lebih dari 70 persen peluncuran.

Satelit kecil tidaklah sempurna. Mayoritas, terutama CubeSat, diluncurkan ke orbit rendah Bumi dan akan memasuki kembali atmosfer karena terseret jauh lebih cepat daripada wahana ruang angkasa di ketinggian yang lebih tinggi — jadi masa pakainya lebih pendek. Hal ini diimbangi oleh fakta bahwa mencapai orbit rendah Bumi lebih murah dan mudah serta memaparkan satelit pada efek radiasi yang lebih sedikit. Selain itu, orbit rendah Bumi memungkinkan satelit berada lebih dekat ke target, sehingga meningkatkan resolusi citra satelit, memungkinkan komunikasi berdaya listrik rendah, dan mengurangi latensi komunikasi.

Semakin lama, pemerintah, industri, dan akademisi mencari cara untuk menggunakan satelit kecil pada orbit di luar orbit rendah Bumi. Misalnya, di Los Alamos, para ilmuwan dan insinyur sedang memikirkan cara untuk menggunakan satelit kecil dan CubeSat untuk misi ruang angkasa yang jauh dari tata surya dan eksplorasi antarplanet. Untuk misi yang menantang secara teknis ini, satelit yang lebih kecil dan lebih murah menciptakan kesempatan untuk menyebarkan risiko teknis melalui sistem redundansi dan untuk mengumpulkan data dari lebih banyak lokasi.

TANTANGAN PELUNCURAN

Ada juga masalah terbatasnya ketersediaan peluncuran. Satelit kecil sering kali mengalami keterbatasan roket peluncuran, sehingga harus menggunakan metode yang mirip seperti Uber: Satelit kecil itu harus “berbagi tumpangan” dengan muatan lebih besar. Hal ini membatasi pilihan orbit dan jadwal peluncuran satelit kecil yang harus disesuaikan dengan pilihan orbit dan jadwal peluncuran muatan utama, yang membayar sebagian besar biaya peluncuran. Penundaan peluncuran dan kurangnya wahana peluncuran khusus untuk satelit kecil telah membatasi potensi pasarnya, menciptakan akumulasi SmallSat yang menunggu tumpangan ke luar angkasa.

Keandalan sistem menjadi masalah lainnya. Database komprehensif dari berbagai misi menunjukkan bahwa lebih dari 40 persen CubeSat yang diluncurkan sejak tahun 2000 gagal mencapai tujuannya — mungkin merupakan tingkat yang dapat diterima untuk program teknik mahasiswa atau sistem komersial eksperimental, namun tidak mencapai standar untuk memenuhi tujuan keamanan nasional. Tantangannya adalah merekayasa sistem dengan keandalan yang dibutuhkan dari aset luar angkasa, sekaligus menekan biaya untuk komponen dan pengujian sesuai dengan biaya perangkat keras satelit kecil dan CubeSat.

Keterbatasan pada proses data dan pembatasan peraturan merupakan tantangan lain. Peluncuran memerlukan banyak sekali dokumen untuk menunjukkan bahwa muatan sekunder “tidak membahayakan” muatan utama. Lalu ada kekhawatiran tentang sampah luar angkasa dan persyaratan de-orbit.

Mungkin tantangan terbesar yang dimiliki satelit kecil adalah hal yang juga menjadikannya sangat menarik: harganya yang relatif rendah. Karena CubeSat dan SmallSat tidak mahal (dan harganya akan terus turun seiring kemajuan teknologi), tak lama lagi siapa pun dapat mengakses ruang angkasa, termasuk musuh yang dulunya tidak mampu menjangkau ruang angkasa.

Selama beberapa dekade setelah Uni Soviet meluncurkan Sputnik, ruang angkasa didominasi oleh tiga negara: Amerika Serikat, Uni Soviet/Rusia, dan — kemudian —- Tiongkok. Semakin lama ruang angkasa menjadi semakin penuh sesak. Saat ini, satelit dari Tiongkok, Badan Ruang Angkasa Eropa, Prancis, India, Israel, Iran, Korea Utara, Rusia, Inggris, dan Ukraina telah diluncurkan ke luar angkasa. Dengan rendahnya biaya pembuatan satelit kecil, jumlahnya diperkirakan akan meningkat dengan pesat. Dengan itu muncul pertanyaan: Siapa yang akan berada di luar angkasa dalam 10 tahun mendatang, dan apa yang akan mereka lakukan? Sayangnya, besar kemungkinan tidak semua jawabannya memberikan kabar baik. Tidak sulit membayangkan organisasi teroris yang bekerja sama dengan negara sahabat untuk mengembangkan CubeSat dengan kemampuan pengintaian yang menumpang masuk ke orbit rendah Bumi. Dengan lebih banyak akses, semakin banyak kesempatan —- untuk sekutu dan mitra serta musuh.

MENGELOLA RISIKO, MEMBINA KERJA SAMA

Tantangan utamanya adalah mengembangkan dengan lebih cepat dan lebih pintar daripada yang lainnya. A.S. dan sekutu serta mitranya harus mengakui bahwa banyak negara saat ini memiliki akses ke luar angkasa, dan harus menjadi prioritas militer yang strategis untuk memperkenalkan ketahanan dan redundansi ke dalam sistem ruang angkasa. Singkatnya, negara-negara ini harus menyebarkan risikonya. Kabar baiknya adalah bahwa kemajuan dalam pembelajaran komputasi dan mesin terdistribusi memungkinkan ilmuwan menciptakan jaringan terdistribusi yang dapat menyembuhkan dirinya sendiri. Jadi, jika satu satelit dari konstelasi ratusan satelit mengalami kerusakan, satelit lain bisa mengompensasi kecacatan itu.

Selain itu, teknologinya harus dioptimalkan. Jika ada lebih banyak satelit kecil yang mengumpulkan lebih banyak data daripada sebelumnya, pertanyaan selanjutnya adalah: Bagaimana data itu akan diproses? Lalu, tentu saja, ada banyak sekali pertanyaan lain: Bagaimana negara-negara mengamankan jaringan mereka? Bagaimana negara-negara membuat satelit mereka kebal terhadap cuaca ruang angkasa (yaitu, setiap dan semua kondisi dan peristiwa pada matahari, dalam angin matahari, di ruang angkasa yang dekat dengan Bumi, dan di atmosfer bagian atas)? Los Alamos, sebagai salah satu contohnya, memanfaatkan pengalaman puluhan tahun dalam mengembangkan instrumen ruang angkasa, memahami lingkungan ruang angkasa yang ekstrem dan kemampuan superkomputer untuk menjawab pertanyaan-pertanyaan ini.

Akan tetapi ini bukan hanya tentang pengembangan teknologi yang tepat. A.S. dan sekutu serta mitranya juga harus merencanakan dengan hati-hati — dan tidak hanya dalam skala nasional — namun secara global. Sama seperti masyarakat internasional telah menentukan jalur pelayaran internasional dan lalu lintas udara, masyarakat internasional harus berkolaborasi guna menentukan cara bekerja sama untuk mengatur ruang angkasa.

Kenyataannya adalah, selama beberapa dekade mendatang, ruang angkasa akan semakin ramai dan penggunaannya akan mengubah dunia. Perubahan itu datang dengan cepat. Akankah masyarakat internasional bangkit untuk menghadapi tantangan ini sebelum satelit-satelit itu membanjiri orbit Bumi? Jika jawabannya adalah ya, negara-negara itu harus mulai bekerja sama untuk memecahkan masalah ini sekarang.

saham