Konsep Awal EPS untuk ITB-Sat

Sistem EPS yang akan dibangun terdiri atas :

1. Sensor Arus untuk solar cell :

Sensor arus solar cell berguna untuk mengetahui kondisi solar cell yang terpasang pada badan satellite. Alasan digunakannya sensor ini adalah mengetahui kualitas solar cell yang terpasang yakni apakah masih dalam keadaan prima atau menuju pada kerusakan permanen mengingat peralatan satellite yang telah terpasang tidak bisa diperbaiki setelah diluncurkan.

2. Sensor Voltage

Sensor tegangan atau Voltage sensor berguna untuk memastikan hasil konversi tegangan dari catu daya (soalar cell) sebesar yang telah dirancang. Bila hasil konversi tidak sesuai maka suplai energy ke sistem lainnya akan merusak kinerja sistem lain tersebut atau lebih parahnya akan merusak batre.

3. ADC (analog to digital converter)

Alat ini berfungsi merubah sinyal sensing analog menjadi sinyal digital. Sinyal yang dirubah menjadi digital mempunyai ketahanan pada proses transmisi data dari sensing elemen kepada oprator yang mengawasi di bumi.

4. 3.3 V Converter dan Input filter

Modul ini merupakan modul elektronik yang berfungsi merubah tegangan input dari solar cell dan sistem batre menjadi tegangan sebesar 3.3 volt. Tujuan dibuat modul ini adalah untuk mensuplai unit sistem ITB-SAT yang memerlukan 3.3 Volt untuk berfungsi secara maksimal.

5. 5 V Converter dan Input filter

Modul ini merupakan modul elektronik yang berfungsi merubah tegangan input dari solar cell dan sistem batre menjadi tegangan sebesar 5 Volt. Tujuan dibuat modul iniadalah untuk mensuplai unit sistem ITB-SAT yang memerlukan 5 Volt untuk berfungsi secara maksimal.

6. 7.2 V Converter dan Input filter

Modul ini merupakan modul elektronik yang berfungsi merubah tegangan input dari solar cell dan sistem batre menjadi tegangan sebesar 7.2 volt. Tujuan dibuat modul ini adalah untuk mensuplai unit sistem ITB-SAT yang memerlukan 7.2 Volt untuk berfungsi secara maksimal.

7. 3.3 V Protection

Modul ini berfungsi sebagai proteksi dari subsistem yang memiliki kebutuhan voltage sebesar 3.3 V agar tidak terjadi over voltage yang dihasilkan converter. Over voltage terjadi karena hasil pembangkitan energy yang dilakukan solar cell tidak uniform dikarenakan bentuk dan penempatan solar cell di badan satellite.

8. Shunt Regulator

Shunt regulator merupakan modul yang berfungsi untuk menjadi pengaman rangkaian EPS agar tidak terjadi overcharge secara keseluruhan. Shunt regulator merubah energy listrik yang berlebihan ketika batre terisi penuh dan keperluan energy rendah menjadi panas sehingga rangkaian EPS akan aman dari fail (kegagalan).

Cara Kerja Sistem

Solar cell dan sensor kondisi solar cell

Rangkaian solar cell memiliki modul pengaman agar arus tidak berbalik ke solar cell bila voltage batre lebih tinggi dari voltage yang dihasilkan dari solar cell. Pengaman ini menggunakan Dioda agar arus tidak berbalik menuju solar cell. Selain itu ada rangkaian sensing kondisi solar cell yang menghasilkan data arus dan voltage dari solar cell yang dihasilkan dan menjadi representasi kesehatan solar cell. Data yang dihasilkan modul sensing ini selanjutnya dikirimkan ke ADC.

Voltage Converter

Voltage converter bekerja ketika energi yang dihasilkan solar cell mulai masuk ke rangkaian utama. Sebelum digunakan, energy yang dihasilkan dikonversi besaran voltage-nya menjadi voltage yang diperlukan oleh unit sistem lainnya untuk beroprasi secara baik. Converter voltage dibagi menjadi beberapa converter sesuai dengan kebutuhan unit sistem untuk beroprasi secara baik.

Shunt Regulator (dissipation system)

Shunt regulator berfungsi setelah ada kelebihan daya yang dihasilkan oleh solar cell. Pada saat daya berlebih IC regulator shunt akan mengalirkan daya ke transistor agar menghasilkan heat untuk mengurangi daya listrik yang dihasilkan.

Analog to digital converter

ADC berfungsi pada saat input data analog dihasilkan. Input analog ini dihasilkan dari sistem sensing pada modul EPS secara umum. Input analog ini selanjutnya diubah menjadi data digital oleh ADC ini. Seacara umum input analog akan diambil sample pada saat tertentu untuk diubah menjadi data digital

Sensing Element

by: Ridwan Aldilah

Pemantauan EPS dan Konsep Redundancy

EPS dependent device Sensing (pengukuran kinerja EPS) with OBC and send by Telecomunication system

Sistem EPS harus memiliki sensing sistem agar kesehatan sistem EPS terus terpantau oleh oprator ITB-SAT. Sistem pemantauan kesehatan ini harus berdiri sendiri dan terhubung oleh sistem komputer utama dan dapat dikirim kemabali melewati sistem telekomunikasi sehingga dapat diakses oleh oprator di ground station (stasiun bumi). Berikut ini adalah sistem umum dari pemantauan kesehatan sistem EPS :

Diagram Pengolahan data yang diteruskan ke stasiun bumi.

Redundant system concept (sistem cadangan)

by: Ridwan Aldilah

Pemilihan Sistem EPS

Konsep Sistem EPS

Autonomus (independent System)

EPS merupakan sistem yang berdiri sendiri dan tidak bergantung kepada unit sistem lainnya namun semua unit sistem bergantung kepada sistem EPS yang secara khususnya EPS menghasilkan daya agar semua unit sistem lainnya dapat berfungsi dengan baik. Dengan alasan tersebut fungsi sistem EPS menjadi sangat krusial dan harus di desain agar menjadi sistem yang sangat tangguh (reliable). Ada syarat yang harus dipenuhi agar EPS menjadi sebuah sistem yang reliable yakni sistem EPS tidak bergantung kepada sistem lainnya (independent) dengan alasan bila ada fail (kegagalan) pada sistem lainnya maka sistem EPS dipastikan tidak terganggu oleh kegagalan tersebut. Ada dua jenis sistem yang dapat diaplikasikan di sistem pembangkitan listrik untuk ITB-SAT  yakni

-          Digital control system dengan menggunakan MPPT digital controller (mikro controller)

Sistem EPS terdiri atas 3 komponen dasar yaitu Catu daya (solar cell ataupun Batre), Charger sistem untuk batre dan Regulator Converter. Ketiga elemen tadi dapat dibuat menjadi lebih effisien dengan menggunakan sistem digital controller. Umunya orang mengenal sistem ini sebagai MPPT (maximum point power tracking) dengan tujuan utama menghasilkan energy maksismum pada kondisi apapun. Sistem dengan menggunakan MPPT digital controller memungkinkan sistem EPS dapat di atur dan diawasi produksi energy tiap satuan waktunya dengan menggunakan mikrokontroller. Berikut ini adalah skema gambar dari sistem dengan menggunakan controller digital (MPPT) :

-          Analog system dengan menggunakan kombinasi komponen eklektrik untuk pengontrollan pembangkitan listrik

Opsi konfigurasi sistem EPS yang kedua adalah dengan menggunakan EPS yang tidak memiliki sistem control digital (MPPT). Dengan demikian sistem jenis ini adalah sistem analog yang menggunakan logika komponen listrik untuk menghasilkan pola pengontrolan yang diperlukan oleh sistem EPS. Perbedaan yang ada pada sistem berjenis ini dibandingkan dengan sistem EPS digital adalah sistem EPS analog tidak memiliki kemampuan menabah efisiensi dari sistem EPS karena tidak memiliki fungsi MPPT. Denan demikian loses (kehilanagan) daya apda saat beroprasi lebih tinggi dibandingkan dengan sistem berbasis digital. Namun kelebihan dari sistem EPS analog ini adalah memiliki ketanguhan yang tinggi karena tidak dibebankan oleh pengontrol (microcontroller) yang rentan mengalami kerusakan atau perubahan perintah logika pada kondisi yang kurang bersahabat (lingkungan luar angkasa)/ hostile environment. Berikut ini adalah skema dari EPS analog :

Analog System prevent losses and value beside Digital control system

Pemilihan sistem EPS yang akan digunakan untuk keperluan pembangkitan listrik di lingkungan luar angkasa harus memperhatikan hal berikut :
1. Reliable (ketangguhan sistem untuk di lingkungan luar angkasa)

2. Pembangkitan elektrik Effisien

3. Sistem independent

4. Tidak rentan terhadap kegagalan sistem (robust)

5. Memiliki ukuran yang kompak.

Pada penelitian, sistem yang menggunakan digital controller memiliki kemampuan MPPT namun bila dibandingkan dengan efisiensi yang dilakukan MPPT tersebut tidak sebanding dengan massa dan volume device MPPT yang terpasang. Dengan syarat yang diperlukan yaitu bentuk ukuran dan massa yang kecil maka MPPT tidak disarankan diaplikasikan pada sistem EPS untuk ITB-sat. Pada sistem yang menggunakan MPPT, EPS hanya akan meningkatkan efisiensi 5% pada saat energy yang dihasilkan tidak 100%. Namun pada sistem EPS pada saat energy terproduksi 100% sistem yang menggunakan MPPT tidak akan mampu menghasilkan energy secara penuh. Kesimpulannya adalah sistem yang paling mungkin diaplikasikan untuk sistem energy ITB-sat adalah sistem EPS analog.

by: Ridwan Aldilah

Metoda Pengujian ADCS

Pengujian magnetorquer yang dirakit bisa menggunakan beberapa metode:

• Air bearing (1 – 3 axis) 
• Helmholtz coil (1 – 3 axis) 
• Pengujian di air (3 axis) 

Pengujian berbasis air bearing sudah banyak digunakan. Metode ini memberikan hasil simulasi kontrol paling realistis untuk dibandingkan dengan keadaan luar angkasa yang sebenarnya. utamanya adalah fabrikasi air bearing yang membutuhkan cost sangat besar.

Pengujian dengan helmholtz coil biasanya hanya menyimulasikan putaran di 1 axis menggunakan kawat/tali untuk menggantung magnetorquer. Jika magnetorquer ditaruh di dalam gimbal 3-axis maka pengujian bisa dilakukan untuk putaran di 3 axis. Pengujian ini memberikan data spesifikasi kumparan magnetorquer yang diuji.

Pengujian di air merupakan alternatif low-cost untuk pengujian di 3 axis. Karena mock-up satelit dites di dalam air, maka kekurangannya adalah hambatan dari fluida akan banyak mempengaruhi karakter controllability satelit. Tapi untuk menguji algoritma kontrol cara ini bisa digunakan.

Untuk tahap awal akan dicoba pengujian di air.

by: Bagus Adiwiluhung

Konsep Awal ADCS

Persyaratan

•Kebutuhan pointing satelit di 3 axis (payload kamera optik).

•Dimensi yang cukup kecil untuk ukuran satelit.

•Konsumsi daya rendah.

•Keperluan redundant system dengan beberapa alternatif metode redundancy.

Mode Operasi 

Automatic Attitude Control

• Memberikan kemampuan untuk mengambil gambar dengan payload kamera di berbagai titik pada orbit. 
• Karena kontrol dilakukan menggunakan informasi attitude dari sensor, untuk beberapa konfigurasi sensor-aktuator (contohnya mangetometer-magnetorquer) diperlukan strategi khusus dalam mengontrol attitude satelit. 

Manual Attitude Control

• Memberikan kemampuan kontrol secara real-time. 
• Sensor attitude bisa didapat dari kamera optik karena lebih intuitif untuk operator. 
• Hanya bisa dilakukan saat satelit masuk dalam jangkauan sinyal dari ground station kontrol.

Sensor

Secara umum sensor attitude terbagi menjadi dua: inersial dan referensial. Sensor referensial membaca attitude melalui vektor satelit terhadap objek perbandingan (reference), seperti bumi, matahari, rasi bintang, atau arah medan magnet. Contoh sensor pada tabel sebelumnya merupakan sensor referensial. Sensor inersial membaca kecepatan sudut yang dialami satelit dalam koordinat inersialnya.

Kedua jenis sensor biasa digunakan sekaligus untuk menambah akurasi dan menghasilkan data yang reliable. Dalam aplikasi di ITB-SAT, sensor yang digunakan adalah magnetometer (menjadi keharusan jika aktuator menggunakan magnetorquer), sun sensor, dan gyroscope. Berikut alternatif dari tiap jenis sensornya:

•Magnetometer

HMC5843 dari Honeywell

Type: Triaxial digital magnetometer

Range: ±4 [G]

Accuracy: 7 [mG]

Interface: I2C

Power consumption: 3 [mW] @ 3.3 [V]

Sampling frequency: 10 – 116 [Hz]

Operating temp.: -30 to 85 [◦C]

Programmable offset (hard iron calibration)

Internal set/reset for Degaussing

Self-test function

•Sun Sensor (alternatif)

Solar panel sebagai sun sensor

Data tegangan tiap sel harus terintegrasi ke sistem pembacaan telemetri

Photodiode

•Gyroscope

ITG3200 dari InvenSense

Type: Triaxial digital gyroscope

Range: ±2000 [◦/s] ~ 5.5 [rps]

Sensitivity: 14.375 [LSB/(◦/s)]

Interface: I2C

Power consumption: 21,5 [mW] @ 3,3 [V]

Operating temp.: -40 to 85 [◦C]

Digitally programmable low pass filter

Aktuator

•Magnetorquer

Kebutuhan pointing satelit secara aktif di 3 axis mengharuskan ITB-SAT memiliki minimal satu aktuator aktif. Magnetorquer dijadikan pilihan karena kesederhanaan fabrikasinya.

Prinsip dasar kerja magnetorquer sebagai kontrol attitude digambarkan sbb:

        

Dimana bumi berlaku sebagai magnet raksasa dengan kutub magnetik selatannya berada di kutub utara, dan satelit sebagai magnet kecil yang akan selalu berusaha menghadapkan kutub utara magnetorquernya ke arah kutub utara (atau kutub selatan magnet bumi). Ini juga yang membatasi kontrol attitude satelit sepenuhnya di 3 axis.

Desain magnetorquer menggunakan MATLAB menghasilkan spesifikasi magnetorquer sbb:

Torsi: 4,1689 [uNm]

Coil current: 44,3 [mA]

Coil power:  266 [mW]

Coil mass: 46,7 [gr]

by: Bagus Adiwiluhung

Konsep Awal On Board Computer dan Sistem Komunikasi

1.      Fungsi

      OBC (On-board Computer) dapat dianalogikan sebagai otak dari keseluruhan sistem nanosatelit. OBC bertanggung jawab untuk melakukan decision-making sesuai dengan kondisi yang ada. Selain itu, OBC juga menghasilkan sinyal pemodulasi m(t) dimana sinyal ini merepresentasikan informasi-informasi yang ingin dikirimkan oleh space segment kepada ground segment.

       Sinyal m(t) inilah yang akan diproses oleh subsistem Communication System untuk menhasilkan transmisi yang reliable. Yang disebut reliable pada komunikasi digital adalah ketika BER (Bit Error Ratio) kurang dari angka tertentu, biasanya 10^-3. Sedangkan pada komunikasi analog, reliabilitasi ini diwakili oleh angka SNR (Signal to Noise Ratio) sebesar 40 dB.

2.      Konsep

    Secara umum, konsep dari subsistem OBC dan Communication System dapat digambarkan sebagai berikut.

    

     Pada gambar di atas, yang digunakan sebagai OBC (On-board Computer) adalah Arduino Mega.  Sedangkan blok Transceiver Nir-kabel dapat dijabarkan sebagai berikut. Bagian atas adalah space segment sedangkan bagian bawah adalah ground segmentnya.

      Tampak bahwa Communication System menggunakan protokol AX.25 yang banyak digunakan pula pada nanosatelit-nanosatelit lain di dunia. Pada protokol AX.25 ini, TNC (Terminal Node Controller) memegang peranan yang paling penting. TNC inilah yang mengimplementasikan protokol AX.25. Struktur data AX.25 dapat digambarkan sebagai berikut.

      Spesifikasi dari subsistem Communication System secara umum adalah sebagai berikut

      a. Frekuensi uplink 435MHz, downlink 145MHz

      b. Protokol komunikasi AX.25

      c. BER maksimal 10^-3

      d. Data rate 1200bps

      

   Semua spesifikasi di atas dipilih berdasarkan trend, yaitu berdasarkan spesifikasi kebanyakan nanosatelit di dunia. 


by: Hizbullah Abdul Azis Jabbar

Eclipse dan Access (Analisis Awal Power Budget)

Dalam misinya satelit ITB-SAT memiliki beberapa mode.


1. Initial (sesaat setelah diinjeksikan ke orbit s.d. dapat di-command oleh Ground Segment)
2. Tumbling (saat tidak melakukan misi pengambilan gambar dan tidak ada akses dg Ground Station)
3. Operation (operasi pengambilan gambar)
4. Komunikasi (saat ada akses dengan stasiun bumi, uplink/downlink data)

sehingga untuk melakukan analisis awal power budget, data-data yang dibutuhkan ialah berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk mencharge baterai (saat satelit terpapar sinar matahari), berapa lama satelit memasuki daerah eclipse (tidak terpapar sinar matahari), dan waktu yang digunakan untuk melakukan operasi dan komunikasi (saat melakukan akses dengan stasiun bumi).

Pada grafik (garis-garis berbentuk H)


bagian atas : ditampilkan informasi mengenai durasi akses dengan stasiun bumi (saat beroperasi).


bagian tengah : ditampilkan informasi mengenai durasi eclipse.


bagian bawah : ditampilkan informasi mengenai durasi akses dengan stasiun bumi (saat beroperasi), namun hanya saat ground station terkena sinar matahari.


Simulasi dilakukan dengan durasi waktu


15 Sep 2012 04:26:15.155 UTCG (GMT) - 17 Sep 2012 04:19:00.000 UTCG (GMT)

Summary Critical Design Review

Lokasi : Surabaya

Waktu : 31 Maret - 2 April 2011

Pada hari Kamis pagi, kami rombongan ITB dari bandara Husein yang terdiri dari Pak Ridanto, Pak Toto, Saya, Luhung (mewakili Pak Doni), dan Ridwan (menyusul penerbangan malam dari Jakarta) menggunakan pesawat terbang menuju bandara Djuanda. Setelah kami sampai, dan selesai makan siang, acara seminar pertama dimulai. Untuk seminar hari pertama lebih banyak membicarakan mengenai hal-hal non-teknis seperti pendanaan, perizinan, dan kesepakatan mengenai waktu peluncuran. Akhirnya diputuskan satelit (Insya Allah) akan diluncurkan pada tahun 2012, atau paling lama 2013. Ada bapak-bapak yang “nyeletuk”, ya ngga papa kita luncurkan tahun 2012.. Toh, walaupun diperkirakan akan terjadi badai matahari, kita jadi punya alasan kalau satelitnya gagal berfungsi.. HAHAHA (hampir semua hadirin tertawa), namun ada juga bapak yg mengatakan, bagus itu.. sekalian satelit kita sebagai bahan atau uji eksperimental, supaya ketahuan tahan atau ngga sama badai matahari.. akhirnya seminar tersebut dilaksanakan hingga pukul 11 malam ! Setelah itu kami semua kembali ke tempat penginapan masing-masing.

Keesokan harinya kami lebih banyak membicarakan mengenai hal-hal teknis seperti tradeoff tiap subsistem, hingga pematangan design (critical design). Seminar pertama kali dimulai oleh Pak Ridanto, beliau menyarankan agar tiap sub-sub sistem itu saling berdiskusi dengan membuat kelompok-kelompok kecil. Seperti tim ITB (system and analysis mission) bergabung dengan tim LAPAN (power and structure) dan tim PENS/ITS (Attitude determination and Control System). Diharapkan dengan adanya kelompok-kelompok kecil ini kita akan lebih mudah untuk berdiskusi dan membuat kesepakatan ditiap kelompok, yang kemudian kesepakatan-kesepakatan tersebut digabung hingga menjadi dokumen detail design.

Ternyata dengan dibuatnya kelompok-kelompok kecil tersebut lebih memudahkan kami untuk saling diskusi dan tradeoff, sehingga kesepakatan lebih mudah dicapai. Seperti perhitungan kapasitas baterai menjadi lebih cepat dilakukan setelah kami tim system and analysis mission bekerjasama dengan power system, dan ADCS menjadi lebih cepat memutuskan yaitu hanya menggunakan magnetic torque. Seminar akhirnya diselesaikan pada pukul 5 sore.

Wah, akhirnya CDR selesai.. Walaupun selama seminar kami yang mahasiswa masih banyak “bengong”nya (baca : belum ngerti :)) tapi setidaknya kami mendapatkan cukup banyak hal yang bisa dipelajari, seperti gimana sih cara buat satelit ? tahap-tahap apa saja sih yg harus dilalui untuk membuat satelit ? walaupun ilmu kami masih “cetek” (baca : dangkal) hehehe, tp ini merupakan suatu proses bagi kami untuk belajar tidak hanya know-what (yang biasa dipelajari di kampus) mudah-mudahan sampai kepada know-how (yang hanya bisa diperoleh dari pengalaman).. Akhirnya hari Sabtu siang ini, kami tim dari ITB kembali ke bandung dengan selamat :)

Ya, mudah2an saja program INSPIRE tetap bisa berjalan baik hingga satelit berhasil mengorbit dan beroperasi dengan baik.. Sekaligus satelit kampus kita yang tercinta, ITBSat :) amin

Hagorly Mohamad (Aeronautics and Astronautics ITB)