Sistem Navigasi Satelit BeiDou Dijelaskan: Bagaimana Ia Berbeda dari GPS

Administrasi angkasa China (CNSA) bukan agensi angkasa tertua atau terbesar di dunia tetapi ia akan mencapai pencapaian yang baru dilakukan oleh beberapa orang di masa lalu; mendirikan sistem navigasi satelit global yang fungsional penuh atau GNSS.

GNSS hanyalah sistem navigasi satelit yang menyediakan berbagai layanan geospasial pada panggung global. Sejak saat ini, GPS buatan Amerika dan GLONASS Rusia adalah dua sistem semacam itu yang operasional.

Saya hampir yakin bahwa sebagian besar pembaca kami telah terinformasi tentang GPS atau Global Positioning System dan pesaingnya yang sedikit kurang populer GLONASS tetapi apakah nama BeiDou terdengar bagi Anda? Bagi mereka yang tidak tahu, BeiDou (BDS) adalah sistem navigasi satelit utama China yang dikelola sepenuhnya oleh CNSA.

Dipercaya bahwa ide proyek luas ini pertama kali dikonsepsi pada tahun 1980 oleh pemerintah China sebagai respons terhadap kemajuan Amerika dalam teknologi militer-antariksa. BeiDou mengambil namanya dari bintang angkasa Big Dipper, sekelompok bintang terang yang terletak di konstelasi Ursa Major.

Seperti GPS, GLONASS, Galileo dan sistem navigasi lainnya yang saat ini dalam pengembangan, tujuan akhir BeiDou adalah untuk menyediakan layanannya secara global dengan lebih akurat (relatif terhadap GNSS lainnya).

Untuk mencapai itu, seluruh proyek secara hati-hati diorganisir menjadi tiga fase; fase pertama (BeiDou-1) dimulai pada tahun 2000, tahap kedua pada 2007, dan tahap ketiga dan final pada 2015. Sistem Navigasi Satelit BeiDou diperkirakan akan beroperasi secara global pada 2020.

Sederhananya, BeiDou adalah versi China dari GPS tetapi pada skala regional (setidaknya untuk saat ini). Ini adalah sistem navigasi regional kedua yang operasional di Asia, yang lainnya adalah NAVIC (dimiliki oleh INDIA). Jika semuanya berjalan lancar, BeiDou China akan bersaing dengan GLONASS dan GPS pada level global.

BeiDou-1 dan 2

Perbandingan orbit sistem satelit berbeda termasuk BeiDou-2 (COMPASS)

Fase pertama dan eksploratif dari Sistem Navigasi Satelit BeiDou dimulai pada 30 Oktober 2000, dengan peluncuran satelit BeiDou-1A. Diikuti oleh BeiDou-1B dan BeiDou-1C, yang diluncurkan pada 20 Desember 2000, dan 25 Mei 2003, masing-masing.

Penyebaran yang berhasil dari ketiga satelit BeiDou menandai kesalahan awal proyek. Satelit cadangan (BeiDou-4D) juga diluncurkan nanti untuk keadaan darurat.

Menarik untuk dicatat bahwa keempat satelit BeiDou-1 ditempatkan pada orbit stasioner (GEO) dan bukan pada orbit Bumi menengah (MEO) seperti halnya GPS dan GLONASS.

Dengan menggunakan satelitnya pada orbit stasioner, BeiDou-1 menghilangkan kebutuhan akan konstelasi satelit yang besar, namun, juga membatasi area maksimum (di Bumi) yang dapat dicakupinya. Area cakupan efektifnya adalah dari 70°E hingga 140°E bujur dan 5°N hingga 55°N lintang. BeiDou-1 sepenuhnya dicabut pada 2012.

Pada catatan yang berbeda, pada 2008, satu penerima BeiDou-1 berharga sekitar US$2.929 (CNY 20.000RMB), hampir 10 kali lebih mahal dari terminal GPS pada saat itu. Harga tersebut sangat tinggi, reportedly karena mikrochip impor yang mahal. Setelah mereka mulai memproduksi chip dalam negeri, harga mereka turun jauh.

Perbandingan area yang dicakup oleh BeiDou-1 dan BeiDou-2 Image Courtesy: BeiDou.gov.cn

Fase kedua dari Sistem Navigasi BeiDou, BeiDou-2, juga dikenal sebagai COMPASS, diperkenalkan pada 2007 sebagai peningkatan signifikan dibandingkan sistem sebelumnya. Hingga 2008, perangkat navigasi China hanya menyediakan layanannya untuk militer dan agensi pemerintah China terkait tetapi tersedia untuk penggunaan sipil dan komersial.

Dalam fase ini, total 19 satelit diterapkan (dua di antaranya sekarang pensiun) dengan satu satelit yang dijadwalkan untuk diluncurkan pada 2019. Pada tahap awalnya, COMPASS menawarkan akurasi posisi yang dilaporkan 25 meter tetapi secara signifikan ditingkatkan setelah lebih banyak satelit menjadi operasional.

Sistem baru menjadi operasional penuh pada Desember 2011 dan pada akhir 2012 membuka layanan posisi dan navigasinya untuk bangsa-bangsa lain di wilayah Asia-Pasifik. Cakupan BeiDou saat ini adalah antara 55°E hingga 180°E bujur dan dari 55°S hingga 55°N lintang.

Baca: Top 10+ Space Research Organisations in the World

Akurasi dan Frekuensi

Sama seperti GPS dan Galileo, BeiDou menyediakan layanannya pada dua level yang berbeda — layanan gratis yang dapat diakses untuk penggunaan sipil dan versi yang terbatas untuk militer. Layanan sipil memiliki akurasi pelacakan lokasi 10 meter dan akurasi sinkronisasi jam 10 nanosekon.

Di sisi lain, layanan terbatasnya memiliki akurasi pelacakan yang jauh lebih tinggi sebesar 10 sentimeter dan memiliki kemampuan transmisi data canggih. Akses ke saluran terbatas BeiDou, hingga saat ini, diberikan hanya kepada Angkatan Bersenjata China dan Pakistan. Sinyal jarak BeiDou didasarkan pada metode Code-division multiple access (CDMA).

Alokasi frekuensi GPS, Galileo dan BeiDou 2 (COMPASS)

BeiDou-2 memiliki empat band frekuensi yang diakui; E1, E2, E6, dan E5B (ditunjukkan dengan batang merah dalam gambar di atas). Seperti yang Anda lihat, keempat bandnya tumpang tindih dengan band Galileo. Meskipun tumpang tindih jenis ini bermanfaat hingga beberapa tingkat (dapat menyelesaikan masalah terkait desain penerima atau terminal tanah), sebagian besar menciptakan masalah serius seperti gangguan sinyal.

Ada kemungkinan besar bahwa jika kedua sistem navigasi beroperasi secara bersamaan dalam keadaan serupa, mereka akan mengalami gangguan sinyal yang berat terutama dalam band E1 dan E2, yang saat ini dialokasikan untuk layanan publik Galileo.

Namun, untuk menghindari konflik jenis ini, Uni Telekomunikasi Internasional (ITU) memiliki hukum universal 'yang pertama datang yang pertama layak' yang memberikan hak atas frekuensi tertentu bagi bangsa yang mulai menyiaran padanya pertama. Setiap bangsa pengguna selanjutnya yang ingin menggunakan frekuensi tersebut harus meminta izin dari bangsa pemilik sebelum menggunakannya. Dengan cara ini kedua pihak dapat memastikan tidak ada gangguan dengan siaran mereka.

Sekarang, hampir pasti bahwa BeiDou-2 China akan mulai menyiaran pada band-band yang disebutkan di atas sebelum satelit Galileo dan oleh karena itu mendapatkan hak primer atas frekuensi-frekuensi ini.

BeiDou-3

Administrasi Nasional Angkasa China (CNSA) memulai fase ketiga Sistem Navigasi Satelit BeiDou pada 30 Maret 2015, dengan peluncuran pertama satelit BDS-3 dari Pusat Angkasa Xichang yang terletak di provinsi Sichuan. Total 35 satitel dijadwalkan untuk dimasukkan dalam fase ini, dari mana 19 sudah berada di orbit masing-masing.

BeiDou-3 siap memperkenalkan band frekuensi baru; B1C/B1I/B1A, (1575,42 MHz), B2a/B2b (1191,795 MHz), B3I/B3Q/B3A (1268,52 MHz) termasuk frekuensi uji Bs (2492,028 MHz).

Dari total 35 satelit, 27 adalah satelit orbit Bumi menengah (MEO), 5 satelit Orbit Geo-Sinkron Tertenggoleg (IGSO), dan 3 satelit Orbit Stasioner (GEO). Satelit-satelit ini juga memiliki kemampuan SAR (radar bukaan sintetik) dan SBAS (Sistem Augmentasi Berbasis Satelit) yang mirip dengan GPS dan GLONASS.

Penggunaan Komersial BeiDou

Sistem Navigasi Satelit BeiDou telah menjadi sukses komersial di China. Menurut China Daily, BDS membantu berbagai perusahaan swasta dan milik negara seperti China Aerospace Science and Industry Corp dan AutoNavi Holdings Ltd menghasilkan pendapatan lebih dari $31 miliar (200 miliar yuan) pada 2015. Artikel juga menyoroti angka ini dapat mencapai hingga 400 miliar yuan pada tahun 2020.

Sejak 2013 banyak produsen ponsel di China telah membuat produk mereka kompatibel dengan sistem navigasi BeiDou. Jutaan kendaraan komersial, ribuan kapal nelayan (di China) juga telah dilengkapi dengan BDS dan kemungkinan besar akan mendapatkan basis pelanggan dalam beberapa tahun mendatang.

Seperti yang Anda ketahui, semakin banyak perangkat seluler sekarang datang dengan teknologi GPS dan GLONASS untuk cakupan dan layanan lokasi yang lebih baik, jadi mungkin hanya masalah waktu ketika BeiDou juga akan ikut campur.

Bagaimana Ia Berbeda dari GPS

Sistem Navigasi Satelit adalah tanpa keraguan salah satu teknologi penting yang bisa dimiliki setiap negara saat ini, dan bahkan lebih berharga bagi China mengingat posisi geopolitik dan ekonomi saat ini dengan Amerika Serikat.

Dengan GPS di bawah kendali mereka, Tentara Amerika Serikat dapat secara efektif menonaktifkan layanannya atas setiap wilayah di dunia itulah mengapa banyak negara mengembangkan sistem GPS mandiri mereka sendiri.

Tidak banyak perbedaan antara keduanya selain akurasi. GPS memiliki ukuran konstelasi 31 satelit, sementara BeiDou baru akan memiliki sekitar 35 satelit. Saat operasional penuh (pada 2020), Sistem Navigasi Satelit BeiDou diperkirakan akan menyediakan layanan lokasi yang lebih akurat dari GPS.

Baca: Creating A Temporary Hole In The Cloud To Boost Satellite Communication

Pada 2016, dikatakan bahwa sistem China akan mencapai akurasi tingkat milimeter (setelah pemrosesan pasca), yang berarti akan sepuluh kali lebih akurat dari level GPS yang paling tepat.

Area yang dicakup oleh WAAS (Wide Area Augmentation System) Image Courtesy: US Federal Aviation Administration

Di atas Amerika Serikat, Kanada, dan Meksiko GPS sering digunakan dengan bantuan navigasi yang dikenal sebagai Wide Area Augmentation atau WASS yang secara signifikan meningkatkan akurasi GPS di benua Amerika Utara.

Menurut gps.gov, sistem berbasis Amerika Serikat akan dapat menyediakan akurasi posisi waktu nyata dalam beberapa sentimeter dan mengukur jarak pada tingkat milimeter dengan bantuan penerima high-end dan teknik canggih seperti Real-Time kinematics. Saat ini, Angkatan Udara Amerika Serikat bersama Lockheed Martin sedang mengerjakan GPS III, generasi ke-7 dari satelit GPS.

Sementara merupakan pengetahuan umum bahwa akurasi vertikal GPS jauh lebih buruk dibandingkan layanannya pada bidang horizontal, tingkat akurasinya pada kedua komponen masih lebih tinggi dari BeiDou (25 meter secara horizontal dan 30 meter secara vertikal).

Namun, menurut artikel di Chinese Journal of Aeronautics, BDS dapat mencapai akurasi lebih baik dari 1 cm secara horizontal dan 3 cm secara vertikal, yang menurut standar saat ini jauh lebih baik dari sistem pemosisi global (GPS).

Sistem Navigasi Satelit Lainnya

Selain BeiDou, ada beberapa sistem navigasi satelit lain yang saat ini dalam konstruksi atau sudah berfungsi. Yang paling menonjol dari sistem ini adalah Galileo. Galileo Uni Eropa adalah proyek miliar dolar yang dimulai untuk memberikan sistem pemosisi yang sangat akurat dan mandiri untuk bangsa-bangsa Eropa dengan mempertimbangkan faktor geopolitik. Keseluhan konstelasi Galileo terdiri dari 26 satelit dengan enam penerapan lebih lanjut selama dekade mendatang.

IRNSS (singkatan untuk Sistem Navigasi Regional India) atau NAVIC adalah sistem navigasi otonom lainnya yang terdiri dari konstelasi empat satelit (tiga satelit lagi dijadwalkan). NAVIC dikembangkan dan dipelihara secara independen oleh Organisasi Penelitian Antariksa India.

Apparently, IRNSS menyediakan akurasi posisi 10 m (layanan terbuka) dan 10 cm (layanan terbatas). Berbeda dengan GPS, GLONASS, dan Galileo, sistem navigasi India tidak memiliki rencana segera untuk menyediakan layanan global.

Animasi yang menggambarkan orbit satelit QZSS Image Courtesy: Hiroshi FUKUDA

Selanjutnya adalah Sistem Satelit Zenith Quasi Jepang atau QZSS. Ini adalah sistem augmentasi berbasis satelit yang kompatibel GPS yang pada dasarnya akan meningkatkan akurasi dan keandalan GPS di Jepang dan sekitarnya. Saat ini, sistem QZSS terdiri dari empat satelit, tetapi akan bertambah secara bertahap menjadi tujuh satelit pada tahun 2023 (perkiraan).

Tiga dari empat satelitnya ditempatkan pada orbit geo-sinkron yang sangat miring, sekitar 120° terpisah satu sama lain. Kemiringan tinggi ini memungkinkan mereka berorbit dalam pola asimetris unik yang dikenal sebagai analemma dan hadir di Jepang sepanjang waktu. Sinyal yang ditransmisikan oleh satelit QZSS identik dengan sinyal GPS lama dan modernisasi (L1C/A, L1C, L2C) yang memudahkan kolaborasi dengan jaringan navigasi Amerika Serikat.

Baca: SpaceX Internet Satellites | 10 Things You Need To Know

Sementara hampir pasti kita tidak perlu bergantung sepenuhnya pada GPS untuk kebutuhan ekonomi dan politik kita, akan cukup menarik untuk melihat bagaimana BeiDou China akan bersaing dengan rekan-rekannya Amerika, Rusia dan Eropa di masa depan.