BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang UAS (unmanned aircraft systems) atau UAV (unmanned aerial vehicle) adalah sebuah sistem pesawat udara yang tidak memiliki awak yang berada di dalam pesawat (onboard). Keberadaan awak pesawat digantikan oleh perangkat elektronik dan perangkat kontrol pesawat. Sedangkan awak yang mengendalikan UAS/UAV tetap berada didarat dan mengontrolnya dari jarak jauh atau RPV (remotely piloted vehicle). UAS/UAV berkembang secara pesat sejak 30 tahun yang lalu. Perkembangan UAS/UAV yang semakin pesat saat ini telah sampai pada tahap kemampuan terbang mandiri (autonomous). Kedepannya, UAS/UAV akan berkembang pada tahap kemampuan untuk menetukan keputusan (decisionmaking) menggunakan kecerdasan buatan (artificial Intelligence) sehingga dapat melakukan misi-misi secara mandiri tanpa campur tangan manusia. UAS/UAV digunakan secara luas dalam berbagai bidang, yang sebagian besar didominasi militer. Namun kalangan sipil pun sudah banyak yang menggunakannya. Peran UAV akan semakin besar dimasa depan, dikarenakan ada banyak keuntungan yang didapat dengan mengoperasikan UAV dibanding pesawat berawak, dengan faktor ekonomi sebagai yang utama (Austin, 2010). UAV memiliki berbagai kategori berdasarkan karakteristik, bentuk, ukuran, dan konfigurasi yang berbeda-beda. Dimulai dari UAV yang berukuran mikro yang memiliki berat kurang dari 150 gram dengan misi sederhana, sampai UAV berukuran raksasa yang memiliki panjang sama dengan pesawat terbesar di dunia, Antonov AN-225 Mriya yang memiliki panjang lebih dari 60 meter. UAS/UAV raksasa ini memiliki peralatan elektronis yang sangat kompleks dengan berbagai misi utama seperti misi intelijen (intelligence), pemantauan (surveillance), dan pengintaian (reconnaissance). UAV yang lain memiliki kemampuan manuver yang tinggi layaknya pesawat tempur. Sehingga besar kemungkinan dimasa yang akan datang, pesawat tempur berawak akan digantikannya. 1
2 1.1.1 Kebutuhan Teknologi UAS/UAV Kebutuhan akan teknologi UAS/UAV dimasa depan akan semakin besar. Dalam sebuah UAV, terkandung banyak sistem yang saling terkait satu dan lainnya. Terdapat sistem aerodinamika, sistem kontrol, sistem aktuator, sistem material, sistem propulsi, dan sistem komunikasi yang mana semuanya sangat penting dan berkaitan erat. Misalnya saja, jika sebuah UAV memiliki aerodinamika yang baik, maka hal itu akan memudahkan sistem kontrol bekerja. Sebaliknya, jika aerodinamika UAV kurang baik, maka sistem kontrol UAV harus bekerja lebih keras dalam mengontrol pesawat. Pada dasarnya sistem-sistem tersebut terdapat pula pada pesawat berawak, namun yang menjadi perbedaan adalah sistem komunikasi dan kontrol pada UAV sangat dominan, atau memiliki peranan yang lebih besar dibandingkan pada pesawat berawak. Hal ini dikarenakan operator (pilot) UAV mengendalikannya dari jarak jauh. Sehingga sistem kontrol dan komunikasi ini menjadi perhatian utama dalam pengembangan UAV ke depannya. Sebagai sistem yang memiliki peranan penting dalam pengembangan sebuah UAV, bidang kontrol atau kendali UAV sendiri terdiri dari banyak hal, seperti autopilot, model terbang UAV, logika terbang UAV, logika navigasi UAV, kemampuan untuk mengambil keputusan (decision making) dan lain-lain. Bidang kendali sendiri hampir berhubungan dengan semua bagian pada UAV. Aerodinamika, aktuator, propulsi dan masih banyak bagian-bagian yang berhubungan dengan kendali UAV. Oleh sedemikian pentingnya posisi dan banyaknya bagian sistem kendali pada UAV yang dapat dikembangkan, maka perlu adanya penelitian-penelitian sistem kendali UAV secara mendalam, agar didapat sistem kendali UAV yang optimal dan mampu menjalankan misi yang diemban. Berdasarkan sistem kendalinya, UAV ada yang memiliki kemampuan manual dan ada yang berkemampuan otomatis. UAV dengan kendali manual digerakkan oleh operator di darat melalui komunikasi jarah jauh. Sedangkan UAV dengan kendali otomatis memiliki autopilot sebagai salah satu opsi kendali UAV. Karena keterbatasan jarak pandang yang dimiliki oleh operator UAV dibandingkan pilot yang berada di pesawat konvensional dan komunikasi antara
3 ground control station (GCS) dengan pesawat UAV yang rawan akan gangguan, UAV dimasa depan mutlak memiliki autopilot, sehingga jika komunikasi UAV mendapat gangguan, UAV dapat melanjutkan misinya sendiri tanpa kendali langsung dari operator atau kembali ke pangkalan awal, secara full-autonomous. Dalam pembuatan sebuah sistem autopilot pada UAV, salah satu hal yang dibutuhkan adalah model matematika pesawat. Model matematika pesawat dapat menjadi representasi dari bagaimana sikap dan gerakan UAV ketika dalam penerbangan. Setiap jenis UAV memiliki karakteristik tersendiri. Karakteristik ini disebut parameter model. Parameter ini dapat dicari dengan beberapa cara, salah satunya dengan cara identifikasi sistem. Identifikasi sistem pada model terbang pesawat adalah dengan cara mengidentifikasi data terbang pesawat. Pemodelan terbang pesawat merupakan pemodelan yang cukup rumit, banyak faktor yang mempengaruhinya, seperti cuaca, perubahan geometri pesawat, serta faktor-faktor yang lain. Model terbang dengan kesesuaian tinggi dapat mendukung sistem autopilot yang reliable yang sesuai dengan karakteristik pesawat. 1.2 Rumusan Masalah Bagaimana membuat sebuah model terbang yang dapat merepresentasikan gerak terbang pesawat udara tanpa awak sayap tetap jenis Bixler. 1.3 Batasan Masalah Tugas akhir ini dibatasi oleh beberapa hal berikut ini: - Pemodelan yang dilakukan adalah pemodelan secara linear, gangguan berupa angin, cuaca, dan termal udara diabaikan. - Model yang dihasilkan akan divalidasi dengan cara metode simulasi dan prediksi dan dibandingkan dengan data terbang pesawat. - Pesawat hanya melakukan gerakan sederhana/tidak melakukan maneuver yang rumit. - Pesawat yang akan dimodelkan adalah pesawat udara berbasis sayap tetap (fixed-wing) tipe glider jenis Bixler. - Identifikasi sistem difokuskan pada struktur model state-space. - Pengambilan data terbang pesawat udara tanpa awak sayap tetap sangat bergantung pada subjektifitas kemampuan pengendalian operator pesawat.
4 1.4 Tujuan dan Manfaat Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah membuat sebuah model matematika yang dapat merepresentasikan gerak terbang pesawat udara tanpa awak sayap tetap jenis Bixler. Manfaat dari penelitian ini adalah dapat menjadi referensi dalam membuat autopilot pesawat udara tanpa awak sayap tetap jenis Bixler. 1.5 Metodologi Penelitian Metode yang digunakan dalam penyusunan Tugas Akhir ini adalah: 1. Penentukan Topik Penentuan topik dilakukan dengan cara mengidentifikasi masalahmasalah yang ada saat ini untuk kemudian dicari solusinya. 2. Pengumpulan Data dan Penentuan Spesifikasi Sistem Pada tahap ini dilakukan pengkajian dan pembelajaran lebih lanjut terhadap sistem yang dibuat, yaitu dengan cara: a. Studi Literatur, yaitu mempelajari artikel, makalah, jurnal, karya tulis, situs web di internet, serta buku-buku yang terkait dengan pesawat tanpa awak pada umumnya dan identifikasi sistem serta perekaman dan pengolahan data terbang pada khususnya. b. Konsultasi dengan dosen pembimbing dan dosen lain yang sesuai bidangnya mengenai rancangan sistem dan inovasi-inovasi yang diterapkan. 3. Perancangan Sistem Perancangan sistem ini dibangun atas dasar data yang telah diperoleh dan spesifikasi sistem yang telah ditentukan. Perancangan ini terdiri dari perancangan perangkat keras dan perangkat lunak. Untuk bagian perangkat keras mencangkup pesawat beserta sistem kendali yang akan digunakan, ADAHRS dan juga sistem perekam data terbang pesawat. Kemudian untuk perangkat lunak meliputi program untuk pemodelan pesawat, program untuk perekaman data terbang dan program untuk identifikasi sistem (untuk validasi model). 4. Implementasi Sistem
5 Tahap ini merupakan realisasi dari tahap sebelumnya yakni perancangan sistem. 5. Pengujian, Pengambilan dan Analisis Data Terbang Tahap yang terakhir adalah pengujian model terbang pesawat dengan cara memvalidasi dengan data terbang asli (yang telah direkam sebelumnya). Kemudian dilakukan analisis terhadap hasil pengujian.