PRATHAM : Satelit Kebanggaan IIT Bombay

Pratham  adalah sebuah university satellite pertama India yang diluncurkan pada 26 September 2016 oleh Indian Institute of Technology Bombay (IIT Bombay). Satelit ini diluncurkan bersama 7 satelit lainnya pada roket PSLV C-35 dengan bantuan Indian Space Research Organization (ISRO) untuk menghitung jumlah elektron (Total Electron Count) pada lapisan ionosfer di atas India dengan resolusi 1 km x 1 km yang diharapkan dapat meningkatkan akurasi dari Global Positioning System(GPS) dan memprediksi tsunami. Selain itu dengan peluncuran satelit ini diharapkan menjadi wadah pengembangan skill mahasiswa IIT Bombay untuk mendesain dan mengembangkan satelitnya sendiri. Profil singkat dari satelit Pratham sendiri, yaitu:

• Berat     : 10,15 kg (belum termasuk monopole dan panel surya)
• Material utama : Aluminium alloy Al 6061
• Payload : Alat pengukur jumlah elektron
• Orbit     :  Polar sun-synchronous, 670 km altitude.
• RF         :  Transmisi di ameteur band, antena monopole-Uplink (UHF: 437,455 Mhz), Downlink (UHF 437,455 Mhz), dan Beacon (VHF 145,98 MHz)
• Sumber tenaga : 4 baterai Li-ion dan panel surya 

Satelit Pratham memiliki struktur utama berbentuk kubus 6 sisi. Setiap sisi memiliki nama dan keunikannya sendiri.

1. Sisi Nadir    : sisi ini adalah sisi bawah dari satelit. Launch Vehicle Interface (LVI) menempel pada sisi ini saat peluncuran berlangsung.
2. Sisi Zenith   : sisi ini adalah sisi atas dari satelit Pratham. 
3. Sun side       : sisi ini selalu menghadap matahari karena satelit ini mengorbit secara polar sun-synchronous.
4. Antisun side : sisi ini berlawanan dengan sisi matahari dan tidak pernah menghadap sisi matahari
5. Leading side :  sisi ini paralel dengan vektor kecepatan satelit
6. Lagging side : sisi ini berlawanan dengan vektor kecepatan satelit dan leading side. 

Sebenarnya, satelit ini telah dirancang dari lama dan  dari berbagai dispilin ilmu, seperti Teknik Dirgantara, Elektro, Mesin, dan Ilmu Komputer. Conceptual design selasai pada Agustus 2008 diiringi oleh Preliminary design pada Desember 2009. Kedua prsoses tadi direview juga oleh ISAC (ISRO Satellite Center) Pada Mei 2010, Detailed Design Review direncanakan untuk dibahas lebih lanjut, bersama dengan qualification model Satelit Pratham itu sendiri. Apabila semua berlangusg lancar, seharusnya satelit dapat diluncurkan pada Desember 2010. Pada, akhirnya satelit ini baru diluncurkan pada 26 September 2016.

Satelit Pratham sendiri memiliki 7 subsistem yang memiliki fungsi dan tugasnya masing-masing., yaitu: 

1. Payload Subsystem

Fungsi dari payload subsystem yakni untuk mengukur Total Electron Count 9TEC) dari ionosfer di atas  Kota Mumbai dengan akurasi 0,1 unit TEC. Jika data-data serupa tersedia dari GCS lainnya di India, peta TEC India akan terbentuk. Data TEC dapat digunakan untuk tomografi ionosfer jika ground statioons berada pada longitude yang sama. Tomografi sendiri adalah teknik radiografi untuk menggambar suatu struktur yang difokuskan sementara struktur lainnya yang berada di atas dan di bawah struktur tersebut akan dikaburkan akibat pergerakan.

Gelombang linerly polarized radio melewari sebuah medium terionisasi dengan medan magnetik dengan arah perambatan berotasi di bidang polarisasi. Fenomena tersebut dinamakan rotasi Faraday. Persamaan yang menghubungkan sudut rotasi dan TEC yaitu:

Keterangan : 

N                 = densitas elektron

B                 = medan magnet bumi

teta              = sudut antara gelombang radio dan arah pengamatan

f                   = frekuensi gelombang

delta varphi = sudut rotasi

2. Communcation and Ground Station Subsystem

Fungsi utama communication and ground station subsystem adalah sebagai jalur komunikasi antara satelit Pratham dan ground station di IIT Bombay. Selain itu, subsistem ini befungsi untuk mengukur bidang polarisasi sinyal. Hampir semua komponen dari communication subsystem terletak pada antisun side, kecuali sirkuit uplink yang terletak pada sisi lagging. Ada 3 pre-deployed monopole antena, dimana 2 dari 3 antena mentransmisi sinyal dengan polarization purity sekitar 99,9% (30dB). Antena terletak di dekat sisi nadir untuk mendapatkan pola radiasi yang diinginkan.

3. Attitude Determintaion and Control Subsystem 

Fungsi dari subsistem ini ialah sebagai penyeimbang satelit setelah "dilepas" dari launch vehicle saat peluncuran. Lalu, subsistem ini harus menjaga 3 axis satelit agar sesuai dengan yang diharapkan. Ada 6 sunsensors (di semua sisi satelit), 1 magnetometer (di sisi lagging), dan 1 GPS (di sisi zenith) untuk memperoleh data ketinggian dan posisi satelit.

4. On Board Computer (OBC) Subsystem 

Atmega 128 microcontroller

Subsistem ini terdiri dari papan sirkuit berdimensi 12,8 cm x 12,8 cm terpasang di leading side dan berhubungan dengan sensor, aktuator, sumber daya, SNAP, dan perangkat komunikasi. Subsistem ini dibekali dengan 2 Atmega 128 microcontroller. Ibaratnya, subsistem ini berfungsi sebagai otak dari satelit Pratham karena selain menghubungkan antar subsistem, proses komputasi pun berlangsung di subsistem ini. 

5. Power Subsystem

Power subsystem menyediakan dan mensuplai daya untuk semua subsistem di satelit ini. Subsistem ini terdiri dari (antara lain) 1 papan sirkuit dengan microcontroller, battery protection circuit, voltage regulators, dan current distribution switches. Papan sirkuit terletak pada Sun side. Sebagai sumber daya, panel surya terletak pada 4 sisi satelit (Zenith, Leading, Lagging, dan Sun sides). Baterai Li-Ion terletak pada sisi Nadir. 

6. Structures Subsystem 

Struktur Pratham terbuat dari material Al 6061 T6 dengan toleransi minimum 100 mikro. Struktur ini berbentuk kubus 6 sisi dengan ketebalan 3 mm pada masing-masing sisi. Untuk menghubungkan antar sisi digunakan baut dan helicoil pada beberapa titik. Pada saat peluncuran, sisi Nadir disambungkan dengan LVI menggunakan 8 M6 inserts. Struktur Pratham harus mampu menahan beban dan beban temperatur. Struktur satelit ini dimodelkan dengan ANSYS. 

Pemodelan dengan ANSYS

7. Thermals Subsystem

Subsistem ini berfungsi untuk menjaga temperatur dalam range 0-40 derajat celcius. Untuk menjaga temperatur, struktur satelit berguna sebagai heat sink untuk mendisipasi panas yang dihasilkan oleh sirkuit dan monopole. LE tapes di belakang area panel surya juga berguna sebagai thermal control pada satelit Pratham.

Apa hubungan orbit satelit dengan misi satelit?

Pratham mengorbit bumi dengan polar sun-synchronous orbit dengan altitude 670 km memiliki misi untuk menghitung jumlah elektron pada lapisan ionosfer, suatu lapisan yang terletak pada ketinggian 

60 -1000 km. Jadi, altitude satelit Pratham di 670 km agar Pratham berapa pada lapisan ionosfer. Lintasan polar sun-synchronous orbit lazim deigunakan satelit untuk mapping dan eksplorasi karena pada lintasan ini satelit mendapatkan cahaya matahari yang konstan. Cahaya matahari yang konstan bermanfaat juga sebagai sumber daya satelit pratham karena selain dari panel surya, sumber daya satelit Pratham hanya baterai Li-Ion. 

Usulan misi satelit apabila ITB juga akan melakukan pengembangan satelit?

Semoga dalam beberapa tahun ke depan ITB dapat meluncurkan sebuah satelit geostationer untuk telekomunikasi dan pendidikan. Mengapa? Jika kita lihat saudara-saudara kita di timur Indonesia sana banyak yang terbatas akses pendikannya dikarenakan medan yang sulit atau mungkin infrastruktur yang belum menunjang. Mirisnya, guru di satu sekolah bisa hanya 1 atau 2 orang saja. Dengan adanya setelit ITB tersebut, diharapkan saudara-saudara kita tersebut terbuka dengan dunia luar, dapat belajar menggunakan fasilitas e-learning (sehingga beban guru dapat dikurangi), dan dapat mengakses internet dengan lebih baik. Sehingga, timbul mutiara-mutiara dari timur calon penerus bangsa ini. 

Sumber :

•  http://www.aero.iitb.ac.in/satlab/
• https://www.isro.gov.in/Spacecraft/pratham