Peran Fisika pada GPS Kapal

Oleh : Abdurrahman Salim, Akuakultur Universitas Tidar angkatan 2022

Dalam Bidang Akuakultur, tidak asing bagi kita mendengar istilah GPS, terutama pada sektor perikanan tangkap. Namun, apa sih sebenarnya GPS itu? Dan apa keterkaitannya dengan ilmu fisika?

Global Positioning System (GPS) adalah suatu alat navigasi untuk menentukan posisi sesuai dengan posisi kapal, juga dapat menghitung kecepatan dan waktu kapan saja, siang atau malam, dalam cuaca dan kondisi apa pun.

Penguasaan alat navigasi di atas kapal merupakan suatu faktorpenting dalam melakukan pelayaran di laut. Alat navigasi yaitu alat untukmengetahui posisi, menentukan arah yang harus ditempuh untuk menujusuatu tempat atau wilayah, mengetahui letak suatu wilayah, jarak tempuh dan waktu yang diperlukan untuk mencapai suatu wilayah, dan hal-hal laindi muka bumi. Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan danteknologi, maka berkembang pula alat-alat canggih yang dapat membantukita dalam mengerti perkembangan tersebut. 

Oleh karena itu, dibuatlah suatualat atau sistem yang pada akhirnya melahirkan teknologi mutakhir yang mampu memenuhi semua kebutuhan manusia akan arah dan wilayah, yangdisebut dengan teknologi GPS. Arah dan posisi suatu wilayah memilikiperan yang sangat penting dalam berbagai aktivitas dan sering kali prosesatau cara yang digunakan untuk mendapatkannya tidak praktis.

Kehadiran teknologi GPS sebagai salah satu sistem teknologi yang super canggih dan sudah dapat dirasakan saat ini. Dengan adanya teknologi sistem navigasi ini kita dapat mengetahui posisi hanya dengan bantuan alat yang dapat menerima sinyal navigasi satelit tersebut. Dengan teknologi ini manusia dapat mengetahui posisi secara real time dan juga arah/rute yangakan dituju. 

(Fadhil, 2021)

Secara umum sistem GPS memiliki tiga komponen utama yakni ground segmen (stasiun kontrol), space segmen (satelit), dan user segmen (perangkat receiver). GPS menentukan posisi receiver dengan metode trilaterasi dari sedikitnya empat satelit yang selalu terlihat dari titik manapun di bumi setiap saat. Informasi dari tiga satelit diperlukan untuk menentukan lokasi, sedangkan sinyal ke-empat dibutuhkan untuk menentukan waktu secara akurat. Relativitas menyebabkan sistem GPS mengalami penyimpangan waktu. 

Gerak relatif satelit terhadap bumi mengakibatkan waktu di satelit lebih lambat dibanding waktu bumi (Teori Relativitas Khusus), sedangkan gravitasi bumi membuat waktu satelit bergerak lebih cepat dibanding waktu bumi (Teori Relativitas Umum). 

Oleh karena itu, sistem GPS perlu melakukan koreksi-koreksi yang berkaitan dengan efek relativistik dalam upaya mencapai tingkat akurasi yang tinggi. Upaya membuat sistem GPS presisi adalah mengatur frekuensi detak jam atom yang diperlambat sebelum satelit diluncurkan, sehingga jam atom ini akan berdetak selaras dengan jam di bumi setelah berada di orbit. 

(Barry, 2019)

Teori relativitas memiliki peran yang sangat besar dalam teknologi GPS. Teori relativitas digunakan untuk meningkatkan akurasi pengukuran posisi benda di permukaan bumi. Tanpa peran teori relativitas teknologi GPS tidak dapat digunakan. Selain ruang dan waktu, massa juga akan berubah. Semakin cepat suatu benda bergerak, semakin berat massa suatu benda. Hubungan antara massa dan kecepatan sering dinyatakan dalam persamaan E = mc yang dirumuskan oleh Albert Einstein. Selain ruang dan waktu, massa juga akan berubah. Semakin cepat suatu benda bergerak, semakin berat massa suatu benda.

Pada kapal-kapal yang dilengkapi dengan radar, dapatmenentukan posisinya dengan mengukur jarak dari tiga objek di peta. Lalu tiga lingkaran jarak ini digambar di peta maka persinggungan lingkarantersebut adalah posisi kapal. Jarak dari tiga objek tersebut didapatkandengan cara menghitung waktu yang dibutuhkan oleh sebuah radar yang dipancarkan ke benda hingga terpantul kembali ke kapal. Jika kecepatandari radar tadi sudah diketahui lalu dikonversi oleh receiver menjadi jarak.

Seperti itu jugalah cara kerja GPS, GPS juga membutuhkan tigasatelit untuk menentukan sebuah posisi di bumi. Ketepatan dari penentuanposisi dengan GPS ini sangat tergantung juga juga waktu, dimana jam pada satelit dan penerima harus sama. Sehingga dibuatlah real time yangmenjamin kesamaan waktu seluruh receiver di seluruh dunia, para ilmuwan telah mengembangkan real time pada satelit GPS ini bayangkanakurasi dari jam nya adalah 1 detik dalam 150.000 tahun.

Syarat pertama yang harus anda miliki untuk menggunakan GPS adalah GPS receiver. GPS receiver merupakan perangkat penerima sinyal satelit GPS, perangkat ini berfungsi untuk memperhitungkan letak koordinat berlandaskan data-data yang tersedia. Sinyal gelombang mikro akan dipancarkan oleh setiap satelit GPS. GPS receiver ini akan menerima sinyal-sinyal satelit yang memancarkan gelombang mikro dari setiap satelit GPS. 

Dengan memiliki minimal 3 kode sinyal dari satelit yang berbeda, penerima sinyal GPS bisa melakukan penghitungan posisi regular satu titik koordinat letak bujur juga letak lintang bumi (Longitude dan Latitude). 

Dengan kata lain triangulasi digunakan untuk mengunci lokasi ketika GPS tersebut menyala. Ketika mengunci sinyal pada satelit keempat, GPS receiver akan mengukur keberadaan atau letak ketinggian suatu titik di atas permukaan laut atau yang disebut Altitude. Dalam sistem navigasi GPS, bagian yang paling penting adalah beberapa satelit yang berada di orbit bumi atau yang sering kita sebut di ruang angkasa. Satelit GPS saat ini berjumlah 24 unit yang semuanya dapat memancarkan sinyal ke bumi yang lalu dapat ditangkap oleh alat penerima sinyal tersebut.

Daftar Pustaka :

Astro, Barry. 2019. TEORI RELATIVITAS PADA GLOBAL POSITIONING SYSTEM (GPS). Universitas Flores. Flores.

Naufal, Fadhil. 2021. METODE MENENTUKAN POSISI KAPAL PADA SAATGLOBAL POSITIONING SYSTEM MENGALAMI KERUSAKAN DI ATAS KAPAL MT. TRANSKO ARAFURA. Politeknik Pelayaran Surabaya. Surabaya.