| ASSI Newsletter |
Number 5, Volume I, Mei 2000 |
| World Radiocommunication
Conference-2000The Main Issues and Region 3 Cooperation in Preparation
for the Conference |
High Altitude Platforms Systems (HAPS) : Wahana Terestrial
Masa Depan
Abstrak
The exponential growth of Internet and multimedia in big cities demand
a high reliable and fast deployable infrastructure. These needs have been
solved partly by the deployment of terestrial (wire, optical fiber and
wireless) and satellite infrastructure. Anyhow each of the solution poses
certain degrees of barier in term of cost, capacity and quality. The solution
by applying a flying object flew closed enaough to the earth and high enough
from ground could, in certain ways, solve the problems faced by the two
previous infrastructure solutions. This solution is internationally named
High Altitude Platform Systems (HAPS). This paper will highlight and summarize
the idea, the technical and the applications issues of HAPS. This paper
will be concluded by a summarized proposal of HAPS implementation in Indonesia.
Pendahuluan
Infrastruktur telekomunikasi dan broadcasting selama ini dibagi menjadi
dua, pertama adalah infrastruktur terestrial dan kedua adalah infrastruktur
extra-terestrial atau satelit. Infrastruktur terestrial terdiri dari terestrial
darat dan laut, dimana untuk terestrial darat terdiri dari infrastruktur
jaringan kabel (tembaga dan fiber optik) dan radio gelombang mikro. Sedangkan
infrastruktur terestrial laut terdiri dari jaringan kabel tembaga dan fiber
optik.
Setiap lapisan infrastruktur
tersebut mempunyai kelebihan dan kekurangan. Infrastruktur terestrial meskipun
mempunyai keunggulan di “unlimited bandwidth expansion” tapi kekurangannya
adalah fleksibilitas dan mobilitas. Sedangkan infrastruktur satelit, kelebihannya
adalah fleksibilitas dan mobilitas, tetapi resikonya tinggi, “limited bandwidth
expansion”dan kelembaman waktu (time delay) tinggi khususnya untuk suara
dan data interaktif. Sehingga penggunaan kedua infrastruktur tersebut mempunyai
dua segment kebutuhan vertikal yang berbeda.
Di lain pihak, perkembangan
dan konvergensi teknologi telekomunikasi, broadcasting dan informatika
begitu cepat yang menghasilkan teknologi multimedia dengan berbagai macam
aplikasi dan layana, berpita lebar dan berkecepatan tinggi. Kebutuhan akan
jasa multimedia seperti ini disamping menuntut penambahan lebar pita frekuensi
juga kecepatan implementasi. Sebagai solusi yang paling rasional adalah
dengan pemanfaatan teknologi terestrial 'non-ground', alias wahana dirgantara
super, pada ketinggian 20-50 km, dikenal dengan High Altitude Platform
Systems (HAPS). Dalam perkembangannya ada beberapa solusi teknologi HAPS
yang akan dijelaskan lebih lanjut.
Sejarah Singkat
Ketinggian 20 s/d 50
km dinamakan lapisan stratosfir. Penelitian terhadap lapisan tersebut sudah
dilakukan lebih dari 40 tahun. Beberapa hal yang menarik adalah mengenai
kestabilan perubahan angin pada ketinggian tersebut yang cenderung lamban
dan konstan, 50 m/detik pada ketinggian 21 km [YCL-HYE].
Lapisan stratosfir berada
diatas lapisan perubahan cuaca dengan suhu antara 0°C s/d -60°C
dengan tekanan antara 90 mb s/d 0 mb[LC], serta jauh diatas jalur penerbangan
sipil dan awan hujan (diatas kawasan turbulansi udara). Ditinjau dari aspek-aspek
tersebut maka lapisan stratosfir dianggap layak untuk dimanfaatkan sebagai
media observasi bumi dengan menggunakan wahana balon udara/gas atau pesawat
terbang.
Dikaitkan dengan keperluan
telekomunikasi maka lapisan stratosfir dapat dimanfaatkan untuk meletakan
suatu wahana yang dapat memberikan layanan telekomunikasi dan broadcasting,
atau multimedia, yang dapat memenuhi beberapa kriteria terbaik dari infrastruktur
terestrial dan satelit, dinamakan High Altitude Platform System (HAPS).
Penelitian penggunaan
HAPS sebagai wahana telekomunikasi dan broadcasting dilakukan oleh khusunya
negara-negara maju, diantaranya Amerika Serikat, Eropa dan Jepang. Dalam
hal ini, wahana HAPS dikembangkan dengan dua media yaitu : balon gas (gas
yang lebih ringan daripada udara) dan pesawat terbang bermesin. Teknologi
wahana balon gas dikembangkan oleh Amerika Serikat, oleh SkyStation dan
SkySat, serta Jepang. Sementara teknologi pesawat terbang dikembangkan
oleh Angel Technology (USA), dinamakan HALOTM (High Altitude
Long Operation), dan oleh European Space Agency (ESA), dinamakan HALETM
(High Altitude Long Endurance).
HAPS dibagi menjadi dua
bagian utama, bagian pertama adalah platform (wahana) yang terdiri
dari perangkat propulsi, bahan bakar, perangkat komunikasi pengendalian-pengukuran
dan penyediaan energi. Bagian kedua adalah payload yang terdiri
dari perangkat telekomunikasi atau broadcasting dalam bentuk semacam 'transponder'.
HAPS vs Terestrial dan Satelit
Seperti dijelaskan sebelumnya maka HAPS adalah
solusi untuk mengatasi kekurangan yang ada pada infrastruktur terestrial
dan satelit, untuk itu ada baiknya untuk membandingkan HAPS dengan teknologi
terestrial bumi dan satelit.
Dari segi investasi, HAPS jauh lebih
murah dibandingkan satelit GSO (36 transponder), sekitar 30% -nya saja,
mengingat HAPS tidak memerlukan tempat, waktu peluncuran yang khusus dan
tidak 'space standard'. Sementara itu payload dapat di upgrade sesuai
kebutuhan atau dikembangkan secara mudah dan cepat. Dengan HAPS maka cakupan
dapat digelar dengan cepat dan luas (radius sekitar 450 km s/d 500 km dari
titik nadir). Biaya operasi HAPS relatif rendah, mengingat
satu wahana HAPS dapat mencakup area yang luas, 637.000 km2
s/d 785.000 km2 dari ketinggian 21 km. Untuk SkyStation cakupan
dibagi menjadi 2 : Urban Area Coverage (UAC) dan Suburban Area Coverage
(SAC).[FRM]. HAPS beresiko rendah dibanding satelit, khsusunya
dari segi teknis. Dengan HAPS, kecil kemungkinan wahana tersebut mengalami
kecelakaan (meledak) atau hilang (miss-orbit). Penggelaran HAPS tidak memerlukan
koordinasi
global (konstalasi satelit LEO/NGSO) atau regional (satelit GEO/GSO). Dari
sudut pandang aplikasi maka HAPS dapat diupgrade sesuai kebutuhan
relatif jauh lebih murah dan mudah dibanding satelit, mengingat ketingginnya
yang masih didalam atmosfir bumi.
Kapasitas HAPS, dengan payload seberat
1 ton (SkyStation) dapat memberikan output layanan sebesar 7 Gbps [YCL-HYE],
sedangkan payload dapat berupa multi aplikasi. Sementara cakupan
maksimal adalah antara 450 km s/d 500 km radius. Sebagai wahana pendukung
aplikasi telekomunikasi, maka HAPS memiliki delay time (kelembaman
waktu) yang jauh lebih kecil dibandingkan satelit yaitu sekitar 0,14 ms
atau 140 ms. Dengan penerapan HAPS juga akan memperkecil faktor fading
akibat tingginya sudut elevasi antara antena pengguna dengan wahana HAPS.
Dimana untuk radius sampai dengan 150 km, dapat digunakan sudut elevasi
antara 15° sampai dengan 30°. Resume perbandingan tersebut dirangkum
dalam tabel 1.
Tabel 1. HAPS vs Terestrial
dan Satelit
|
No
|
Aspek
|
Terestrial
|
HAPS
|
Satelit
|
|
1
|
Investasi
|
Sedang
|
Kecil
|
Besar
|
|
2
|
Biaya operasi
|
Sedang
|
Sedang
|
Besar
|
|
3
|
Resiko
|
Kecil
|
Sedang
|
Besar
|
|
4
|
Koordinasi
|
Lokal
|
Lokal
|
Internasional
|
|
5
|
Biaya upgrade
|
Besar
|
Sedang
|
Besar
|
|
6
|
Kapasitas sistem
|
Besar
|
Besar
|
Kecil
|
|
7
|
Cakupan geografis
|
Kecil
|
Besar
|
Sangat Besar
|
|
8
|
Delay time
|
Kecil
|
Kecil
|
Besar
|
|
9
|
Fading
|
Besar
|
Kecil
|
Kecil
|
Khusus untuk delay time HAPS (kondisi line of sight): pada titik nadir
1 hop = 70 m sec dan untuk 2 hop =140 m sec. Sementara untuk titik terjauh
(500 km dari titik nadir) delay time 1 hop = 1.668 m sec dan untuk
2
hop = 3.336 m sec.
Wahana HAPS
Seperti dijelaskan sebelumnya maka wahana HAPS ada dua: 1) balon gas
dan 2) pesawat terbang. Seperti dijelaskan sebelumnya Skystation dan Skysat
(Amerika Serikat) mengembangkan dengan wahana balon gas menyerupai 'Zepplin'.
a)b)
Gambar 1. a) HALO (Angel Technology)[ATI]. b) STS (SkyStation Inc).[SSI]
Wahana STS SkyStation Inc seperti dijelaskan oleh [YCL-HYE] diresumekan
dalam tabel 2.
Tabel 2. Data teknis platform balon gas Skystation
|
No
|
Kriteria teknis
|
Besaran
|
Catatan
|
|
1
|
Platform weight
|
6.750 kg
|
|
|
2
|
Dimension at Ø max.
|
(145 x 52) meter
|
Diameter maksimum
|
|
3
|
Altitude
|
21 km
|
69.000 kaki
|
|
5
|
Masa operasional
|
> 5 tahun
|
|
|
6
|
Electrical output max.
|
515 kW
|
Pada saat siang hari
|
|
7
|
Load Power max.
|
135 kW
|
20 kW untuk payload
115 kW untuk platform
|
|
8
|
Top speed
|
107 knot
|
|
|
9
|
Cruising sbpeed
|
40 knot
|
|
|
10
|
Closed Loop Control
|
GPS
|
Window of : (400 x 700) meter
|
Sedangkan gambar 2 menunjukan karakter line of sight dari HALO serta
pembagian area cakupan dan pelayanan.
Gambar 2.Karakter LOS dari HALO Angel Technology [JN]
Wahana HAPS STS SkyStation dapat beroperasi tanpa awak selama 5-6 tahun
dengan station keeping atau stabilisasi ketinggian dan posisi menggunakan
motor listrik. Sementara HALO beroperasi secara siklus setiap 5-7 jam sekali,
sehingga dibutuhkan 1 armada pesawat HALO dan landasan pacu dibeberapa
tempat.
Payload HAPS
Sementara itu tabel 3 merangkum aspek teknis payload berikut layanan
yang diberikan dari wahana STS SkyStation.
Tabel 3. Aspek teknis payload STS SkyStation
|
No
|
Kriteria Teknis
|
Besaran
|
Catatan
|
|
1
|
Berat
|
1.000 kg
|
|
|
2
|
Switch
|
ATM onboard
|
|
|
3
|
Catu daya maksimum
|
20 kW
|
|
|
4
|
Antena
|
Spot beam
|
1 spot = 150 km (diameter)
|
|
5
|
Connection
|
E1 dan T1
|
- via LAN, PSTN, ISP
|
|
6
|
Rate services
|
Fixed, Variable
|
|
|
7
|
Frekuensi
|
2 GHz - 50 GHz
|
Tergantung aplikasi.
|
Sementara itu aplikasi yang dapat memanfaatkan HAPS adalah :
-
Internet : baik sebagai akses atau backbone.
-
Telekomunikasi: voice fixed dan cellular / wireless dan data.
-
Broadcasting : TV, Radio dan data (paging).
-
Video conference.
-
Tele-medecine.
-
Tele-education.
-
E-shopping dan E-commerce.
-
Remote sensing : monitor polusi, tata ruang daerah, kebakaran hutan dan
potensi kelautan.
-
Civil service : keamanan, pemberi tahu dini (kebakaran hutan, bencana alam
dll).
-
Komunikasi militer dan penginderaan militer.
-
Pengaturan lalulintas dan keperluan kepolisian.
-
Telecommuting.
Skenario Implementasi
HAPS dapat diimplementasikan secara stand alone,
artinya sati HAPS untuk satu kota/aplikasi dan tidak terkait dengan HAPS
yang lain, atau sebagai satu kesatuan jaringan (beberapa HAPS saling terhubung).
Penggunaan HAPS jaringan biasanya untuk mencakup daerah yang sangat luas
atau memanjang, seperti contohnya jalur pantai utara Jawa sebagai pendukung
cellular atau remote sensing.
HAPS dapat diterapkan sebagai faktor komplemen dari jaringan terestrial
atau satelit yang ada. Umumnya digunakan sebagai backup emergency atau
pelimpahan beban traffic. HAPS dapat diimplementasikan sebagai wahana broadcasting
TV, radio dan data baik secara individu (stand alone), network atau komplemen.
Untuk Indonesia, maka skenarionya adalah tahap 1 implementasi
HAPS untuk Jakarta, Surabaya, Medan dan Bali. Untuk aplikasi internet,
broadcasting, telekomunikasi (selular), pengendalian lalu lintas kendaraan
dan monitoring polusi lingkungan hidup. Tahap 2, HAPS diimplementasikan
untuk sub-urban dengan aplikasi internet, broadcast, telekomunikasi, tele-medecine,
tele-education dan penginderaan jarak jauh. Sedangkan tahap 3 untuk
daerah rural/remote (hutan dan laut) HAPS dapat digunakan untuk penginderaan
jarak jauh dan telekomunikasi.
Perlu dicermati pula penggunaan spektrum frekuensi,mengingat HAPS payload
dapat memanfaatkan pita frekuensi 2 GHz (L band) sampai dengan 50 GHz (V
band). Hal ini mengingat di Indonesia khususnya dan di Asia Pasifik umumnya
mempunyai curah hujan kumulatif rata-rata yang tinggi.
Tabel 4. Tingkat curah hujan di Indonesia dan Asia Pasifik. [ES]
|
Waktu (%/tahun)
|
1,0
|
0,3
|
0,1
|
0,03
|
0,01
|
0,003
|
0,001
|
|
Hujan (mm/jam)
|
12
|
34
|
65
|
105
|
145
|
200
|
250
|
Kesimpulan
HAPS merupakan teknologi baru dan teknologi masa depan meskipun sudah
lama dikembangkan di negara-negara maju. Pengembangan HAPS dapat pula dilakukan
di negara berkembang, karena teknologi HAPS tidak mempunyai kompleksitas
etinggi satelit dan resiko yang rendah pula.
Namun demikian, pemahaman dan penelitian HAPS harus dilakukan secara
sinergis dari berbagai disiplin ilmu dan ke-tehnikan. Penelitian terhadap
karakter meteorologi-geofisika atmosfir dan karakter propagasi frekuensi
(khususnya frekuensi EHF) merupakan hal-hal yang penting dilakukan didalam
penguasaan dan penerapan HAPS di negara berkembang atau Indonesia. Disamping
itu perlu pula dicermati pengaruh interferensi frekuensi uplink dengan
satelit dan sistem terestrial (uplink dan down link).
Sebagai informasi maka bulan September 2000 akan diadakan seminar :
the
1st Indonesia High Altitude Platform Systems (HAPS) 2000
di
Jakarta dengan para pembicara dari pihak industri HAPS, regulator, penelitian
dan ground equipments sebagai langkah awal pengenalan dan implementasi
HAPS di Indonesia. Kegiatan ini di organisir oleh Asosiasi Satelit Indonesia
(ASSI).
Referensi
[YCL-HYE] Yee Chun Lee & Huanchun YE, Skystation Stratospheric
Telecommunication Systems, A High Speed Low Latency Switched Wireless Network;
American Institute of Aeronautics and astronautics. Inc ; Document no A98-18885;
AIAA-98-1394; 1998.
[LC] Laurant Castanet, Propagation Terre-Espace,
ONERA CERT France, 1999.
[JN] James Martin and Nicholas Collela,
Broadband Services from High Altitude Long Operation (HALO) Aircraft, Angel
Technologies Corporation, 1997-1998.
[SSI] SkyStation Inc.,
www.skystation.com
[ATI] Angel Technology Inc.,
www.angelhalo.com
[ES] Eddy Setiawan, Pengenalan Umum Frekuensi
Kadan Industri Satelit Telekomunikasi Pita Lebar, Newsletter ASSI No 4
Vol 1, Elektro PII nomor 30 tahun VI, Maret 2000.
[FRM] Francesco Mini, Roberto Mizzoni and
Mauro Piccinni, Skysation Stratospheric Telecommunication New Payload Description,
American Institute of aeronautics and Astronautics, AIAA-98-1255, 1998.
Eddy Setiawan
PROSAT– Direktorat Perencanaan dan Teknologi
E-mail : eddysetiawan@telkom.co.id
| World Radiocommunication Conference-2000The
Main Issues and Region 3 Cooperation in Preparation for the Conference
|
|
HOME | COVER
|
© 1999-2000 ELEKTRO
Online
All Rights Reserved.
