Orbit rendah Bumi

Orbit rendah Bumi (bahasa Inggris: low Earth orbit, disingkat LEO) adalah sebuah orbit sekitar Bumi antara atmosfer dan sabuk radiasi Van Allen, dengan sebuah sudut inklinasi rendah. Batasan ini tidak didefinisikan secara pasti tetapi biasanya sekitar 200-1200 km (124-726 mil) di atas permukaan Bumi. Orbit ini biasanya berada di bawah intermediate circular orbit (ICO) dan jauh di bawah orbit geostasioner. Orbit lebih rendah dari sini tidak stabil dan akan turun secara cepat karena gesekan atmosfer. Orbit yang lebih tinggi dari orbit ini merupakan subjek dari kegagalan elektronik awal karena radiasi yang kuat dan pengumpulan muatan. Orbit dengan sebuah sudut inklinasi yang lebih tinggi biasanya disebut orbit polar.^[1][2][3]

Objek di orbit Bumi rendah bertemu gas atmosfer di termosfer (sekitar 80-500 km di atas) atau eksosfer (kira-kira 500 km ke atas), tergantung dari ketinggian orbit.

Kebanyakan penerbangan angkasa berawak telah berada di LEO, termasuk seluruh space shuttle dan bermacam misi stasiun angkasa; satu pengecualian adalah tes penerbangan suborbital seperti Proyek Mercury awal dan penerbangan SpaceShipOne (yang tidak ditujukan mencapai LEO), dan misi program Apollo ke Bulan (yang melewati LEO).

Penggunaan

Animasi orbit ISS pada Orbit rendah Bumi dari 14 September 2018 hingga 14 November 2018 Bumi tidak ditampilkan.

Animasi lintasan Teleskop Luar Angkasa Hubble pada Orbit rendah Bumi dari 31 Oktober 2018 hingga 25 Desember 2018; Bumi tidak ditampilkan.

Penggunaan orbit rendah bumi (LEO) meliputi internet satelit berlatensi rendah, penginderaan jauh untuk pemetaan dan pemantauan sumber daya, penelitian ilmiah seperti di stasiun luar angkasa, navigasi dan pemosisian, serta pemantauan militer dan keamanan. Orbit ini memungkinkan resolusi gambar yang tinggi dan latensi komunikasi yang sangat rendah karena jarak satelit yang dekat dengan Bumi, memanfaatkannya untuk aplikasi kritis seperti komunikasi darurat dan konektivitas di daerah terpencil. Menyediakan akses internet berkecepatan tinggi dengan latensi rendah, terutama di area terpencil yang sulit dijangkau infrastruktur darat. Proyek seperti Starlink dan OneWeb memanfaatkan LEO untuk konektivitas global. Mengambil gambar dan data permukaan Bumi secara detail untuk pemetaan, pertanian, pengelolaan sumber daya alam, dan perencanaan kota. Stasiun luar angkasa seperti International Space Station (ISS) beroperasi di LEO sebagai laboratorium untuk eksperimen dalam kondisi mikrogravitasi. Menyediakan layanan navigasi dan pemosisian yang akurat untuk aplikasi sipil dan militer. Mengumpulkan data visual dan elektromagnetik untuk keperluan intelijen dan pengintaian. Memberikan layanan komunikasi penting di daerah bencana saat infrastruktur terestrial rusak.

Jarak yang dekat dengan Bumi menghasilkan penundaan sinyal yang sangat singkat, krusial untuk aplikasi real-time seperti game online dan konferensi video. Satelit di LEO dapat memberikan resolusi yang lebih tinggi untuk kamera dan sensor, memungkinkan detail pengamatan yang lebih baik. Teknologi satelit LEO saat ini mampu menghasilkan data dan kapasitas yang lebih besar dibandingkan generasi sebelumnya.

Orbit Bumi rendah membutuhkan energi paling sedikit untuk penempatan satelit. Orbit ini menyediakan bandwidth tinggi dan latensi komunikasi yang rendah. Satelit dan stasiun luar angkasa di LEO lebih mudah diakses oleh kru dan petugas servis.

Karena membutuhkan energi yang lebih sedikit untuk menempatkan satelit di LEO, dan satelit di sana membutuhkan amplifier yang lebih kecil agar transmisi berhasil, LEO digunakan untuk banyak aplikasi komunikasi, seperti sistem telepon Iridium. Beberapa satelit komunikasi menggunakan orbit geostasioner yang jauh lebih tinggi dan bergerak dengan kecepatan sudut yang sama dengan Bumi sehingga tampak diam di atas satu lokasi di planet ini.

Kekurangan

Tidak seperti satelit geosinkron, satelit di orbit rendah memiliki bidang pandang yang kecil dan hanya dapat mengamati dan berkomunikasi dengan sebagian kecil Bumi pada waktu tertentu. Ini berarti bahwa jaringan (atau konstelasi) satelit yang besar diperlukan untuk menyediakan jangkauan yang berkelanjutan.

Satelit di ketinggian orbit yang lebih rendah berada di atmosfer dan mengalami peluruhan orbit yang cepat, sehingga membutuhkan penguatan ulang secara berkala untuk mempertahankan orbit yang stabil, atau peluncuran satelit pengganti bagi satelit yang kembali memasuki atmosfer. Efek penambahan logam yang menguap dalam jumlah besar ke stratosfer Bumi berpotensi mengkhawatirkan, tetapi saat ini belum diketahui.

Data collection dan transmisi satelit orbit rendah

Pengumpulan data oleh satelit orbit rendah (LEO) melibatkan sensor yang menangkap energi elektromagnetik dari permukaan Bumi, sementara transmisi data dilakukan dengan mengirimkan informasi yang terakumulasi ke stasiun penerima di Bumi. Karena LEO bergerak sangat cepat dan memiliki area cakupan terbatas, konstelasi satelit LEO sering digunakan untuk membentuk jaringan yang memungkinkan cakupan area luas dan pemrosesan data secara real-time untuk berbagai aplikasi seperti penginderaan jauh dan observasi bumi. Sensor pada satelit LEO mendeteksi energi elektromagnetik (cahaya) yang dipantulkan dari permukaan Bumi. Informasi ini kemudian dikumpulkan dan direkam oleh sensor satelit. Data yang telah dikumpulkan kemudian ditransmisikan ke stasiun penerima di darat. Data ini diproses di stasiun penerima dan diubah menjadi informasi yang dapat digunakan, seperti citra satelit.

Satelit LEO beroperasi pada ketinggian 160 km hingga 2.000 km, membuatnya sangat dekat dengan objek di permukaan Bumi. Periode orbit yang pendek memungkinkan satelit untuk melintasi area tertentu dengan cepat, mendukung perolehan dan transmisi data secara real-time. Untuk menutupi area yang lebih luas, beberapa satelit LEO diluncurkan untuk membentuk sebuah "konstelasi" yang bekerja sama. Data dari LEO digunakan untuk penginderaan jarak jauh resolusi tinggi, observasi bumi, dan penelitian ilmiah, termasuk dalam sektor pertanian melalui konstelasi seperti EOS SAT.

Transfer data dalam konstelasi satelit Orbit Bumi Rendah (LEO) dilakukan melalui Inter-Satellite Links (ISLs), yaitu koneksi langsung antar satelit yang memungkinkan data bergerak lebih cepat tanpa melalui stasiun bumi. Satelit LEO menggunakan ISL untuk menghubungkan satu sama lain secara nirkabel (laser atau gelombang radio), membentuk jaringan di angkasa untuk mengurangi latensi dan meningkatkan efisiensi pengiriman data. Satelit LEO mengumpulkan data (misalnya, citra bumi, data telekomunikasi) dari wilayah yang dilaluinya. Alih-alih mengirimkan data langsung ke stasiun bumi, data tersebut ditransfer ke satelit lain dalam konstelasi melalui ISL. Satelit-satelit dalam konstelasi saling terhubung dan membentuk jaringan yang bekerja secara kolektif untuk mengirimkan data. Data kemudian dirutekan melalui jaringan ISL hingga mencapai satelit yang memiliki koneksi ke stasiun bumi, lalu diteruskan ke pengguna di darat.

Segmen darat pada satelit orbit rendah (LEO) adalah infrastruktur di permukaan Bumi yang berfungsi untuk mengendalikan, menerima, memproses, dan mengirimkan data dari satelit LEO. Komponen utamanya meliputi Pusat Kendali Misi (Mission Control Center) yang mengawasi dan memberi perintah kepada satelit, serta jaringan stasiun darat yang berkomunikasi langsung dengan satelit untuk mengirim dan menerima data. Segmen darat ini sangat krusial karena satelit LEO bergerak cepat, sehingga membutuhkan koordinasi yang cermat untuk memastikan komunikasi yang berkelanjutan dan cakupan area yang luas.

Contoh

• Stasiun Luar Angkasa Internasional berada di LEO sekitar 400 hingga 420 kilometer (250 hingga 260 mil) di atas permukaan Bumi. Orbit stasiun meluruh sekitar 2 km/bulan (1,2 mil/bulan) dan akibatnya perlu penguatan ulang beberapa kali dalam setahun.
• Satelit telekomunikasi Iridium mengorbit pada ketinggian sekitar 780 km (480 mil).
• Satelit observasi Bumi, juga dikenal sebagai satelit penginderaan jauh, termasuk satelit mata-mata dan satelit pencitraan Bumi lainnya, menggunakan LEO karena dapat melihat permukaan Bumi lebih jelas karena berada lebih dekat dengannya. Mayoritas satelit buatan ditempatkan di LEO. Satelit juga dapat memanfaatkan pencahayaan permukaan bawah yang konsisten melalui orbit LEO sinkron Matahari pada ketinggian sekitar 800 km (500 mil) dan mendekati inklinasi kutub. Envisat (2002–2012) adalah salah satu contohnya.
• Teleskop Luar Angkasa Hubble mengorbit sekitar 540 km (340 mil) di atas Bumi.
• Konstelasi internet satelit seperti Starlink.
• Stasiun luar angkasa Tiangong Tiongkok diluncurkan pada April 2021 dan saat ini mengorbit antara 340 dan 450 km (210 dan 280 mil) di atas permukaan Bumi.
• Misi gravimetri GRACE-FO mengorbit sekitar 500 km (310 mil) seperti pendahulunya, GRACE.
• GOCE (2009-2013), sebuah misi gravimetri Badan Antariksa Eropa, mengorbit sekitar 255 km (158 mil).
• Satelit Uji Ketinggian Super Rendah (2017-2019), yang dijuluki Tsubame, mengorbit pada ketinggian 167,4 km (104,0 mil), ketinggian terendah yang pernah ada di antara satelit observasi Bumi.

Dalam fiksi

• Dalam film 2001: A Space Odyssey, stasiun transit Bumi ("Stasiun Luar Angkasa V") "mengorbit 300 km di atas Bumi".