Pendahuluan
Sejak dikembangkan pertama kali pada tahun 1999, CubeSat telah menjadi standar bagi misi luar angkasa yang hemat biaya. Namun, perancangan perangkat lunak kontrol penerbangan untuk CubeSat masih menghadapi tantangan besar dalam hal keandalan, skalabilitas, dan efisiensi biaya.
Penelitian oleh Ibtissam Latachi, Tajjeeddine Rachidi, Mohammed Karim, dan Ahmed Hanafi ini membahas pengembangan perangkat lunak kontrol penerbangan yang modular, dapat digunakan kembali, dan memiliki ketahanan terhadap kegagalan. Studi ini menggunakan CubeSat Masat-1 sebagai studi kasus, dengan pendekatan berbasis Reliability Block Diagram (RBD) dan Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis (FMECA) untuk memastikan ketahanan sistem.
Metodologi Pengembangan Perangkat Lunak Kontrol Penerbangan
Penelitian ini mengusulkan arsitektur perangkat lunak berbasis sistem modular, dengan pendekatan sebagai berikut:
- Penggunaan Real-Time Operating System (RTOS)
- Masat-1 menggunakan FreeRTOS, memungkinkan manajemen tugas secara real-time dan deterministik.
- Client-server model diterapkan untuk komunikasi antarproses dan akses sumber daya.
- Pendekatan Berbasis Service-Oriented Architecture (SOA)
- Pemisahan fungsi berdasarkan lapisan layanan, meningkatkan fleksibilitas dan reusabilitas perangkat lunak.
- Memanfaatkan finite state machine untuk mengeksekusi fungsi misi dengan pola yang terstruktur.
- Analisis Keandalan dengan RBD dan FMECA
- Reliability Block Diagram (RBD) digunakan untuk mengevaluasi dampak kegagalan komponen terhadap sistem.
- Failure Mode, Effects, and Criticality Analysis (FMECA) membantu mengidentifikasi skenario kegagalan dan strategi mitigasi.
Hasil dan Temuan Utama
1. Penerapan Arsitektur Modular Meningkatkan Reusabilitas
- Pendekatan berbasis SOA memisahkan fungsi inti dan muatan, memungkinkan perangkat lunak digunakan kembali di misi CubeSat lainnya.
- Penggunaan API standar meningkatkan kompatibilitas antarplatform, mempercepat pengembangan perangkat lunak.
2. Ketahanan Sistem Terhadap Kegagalan
- FTA dan FMECA mengidentifikasi mode kegagalan utama dalam sistem CubeSat, termasuk gangguan komunikasi dan anomali daya.
- Hierarchical fault tolerance architecture diterapkan untuk meningkatkan keandalan sistem, memungkinkan respons otomatis terhadap gangguan perangkat keras dan perangkat lunak.
3. Studi Kasus Masat-1: Simulasi Keandalan
- Masat-1 akan diluncurkan pada orbit rendah Bumi (LEO) dan diharapkan dapat beroperasi selama satu tahun.
- Analisis komunikasi menunjukkan bahwa CubeSat hanya dapat berkomunikasi dengan stasiun bumi selama 8,9 menit per sesi, sehingga sistem harus mampu bertahan secara mandiri dalam jangka waktu lama.
- Penerapan fault detection, isolation, and recovery (FDIR) mengurangi risiko kehilangan komunikasi akibat kegagalan sistem hingga 40%.
Implikasi Industri & Rekomendasi
1. Optimalisasi Desain Perangkat Lunak untuk Misi CubeSat
- Menggunakan RTOS dan arsitektur modular untuk memastikan fleksibilitas dan keandalan sistem.
- Mengembangkan perangkat lunak yang dapat dikonfigurasi ulang untuk berbagai jenis misi luar angkasa.
2. Peningkatan Ketahanan Sistem dengan Pendekatan Berbasis Data
- Menerapkan pembelajaran mesin untuk meningkatkan sistem deteksi anomali dan pengelolaan kegagalan otomatis.
- Memanfaatkan data dari misi CubeSat sebelumnya untuk memperbaiki model keandalan perangkat lunak.
3. Integrasi Standar Keselamatan dan Keandalan
- Mengadopsi standar ECSS (European Cooperation for Space Standardization) untuk pengembangan perangkat lunak CubeSat.
- Melakukan pengujian berbasis simulasi sebelum peluncuran untuk mengidentifikasi potensi kegagalan lebih dini.
Kesimpulan
Pengembangan perangkat lunak kontrol penerbangan berbasis modular dan SOA terbukti meningkatkan keandalan dan efisiensi biaya misi CubeSat. Dengan menerapkan pendekatan RBD, FMECA, dan FDIR, sistem dapat mengurangi risiko kegagalan dan meningkatkan daya tahan terhadap lingkungan luar angkasa.
Sumber : Ibtissam Latachi, Tajjeeddine Rachidi, Mohammed Karim, dan Ahmed Hanafi (2020). Reusable and Reliable Flight-Control Software for a Fail-Safe and Cost-Efficient CubeSat Mission: Design and Implementation. Aerospace, Université Sidi Mohammed Ben Abdellah of Fez, Morocco.