Urgensi Teknologi Bawah Air untuk Mencari Kapal Selam Karam
Untuk mendeteksi dan menemukan kapal selam dapat menggunakan sistem akustik pasif atau akustik aktif.
Sejak diberitakan hilang saat latihan pada Rabu (Kompas 21/4/2021), upaya pencarian terhadap kapal selam KRI Nanggala-402 terus diupayakan. Pemerintah terus berusaha mencari keberadaan kapal selam dan berupaya maksimal menyelamatkan semua awak kapal.
Apa yang berbeda antara kapal selam dan kapal lainnya? Kapal selam memiliki keunggulan unik dibandingkan dengan jenis kapal militer lainnya karena mampu bersembunyi di bawah permukaan laut.
Kita harus ingat kapal selam dibuat berdasarkan prinsip Archimedes, yaitu dengan memperhitungkan daya apung (buoyancy). Suatu wahana akan mengapung atau tenggelam di dalam air dipengaruhi faktor daya apung (buoyancy force) dan densitas obyek yang dalam hal ini kapal selam. Untuk mengontrol buoyancy, kapal selam memiliki tanki khusus yang dapat diisi udara dan air.
Dalam kondisi normal, untuk kembali ke permukaan, tangki kapal selam diisi dengan udara dan untuk menyelam tanki diisi dengan air. Kapal selam modern telah dilengkapi standar keselamatan yang tinggi.
Baca juga: Sejarah dan Peran Kapal Selam di Indonesia
Mengapa kapal selam sulit ditemukan saat hilang kontak? Jawaban paling sederhana adalah kapal selam sulit ditemukan setelah loss communication disebabkan laut yang begitu gelap dan luasnya lautan dibandingkan dengan ukuran kapal selam itu sendiri.
Alasan kedua, tidak berfungsinya beberapa sensor, seperti sistem sonar. Umumnya kapal selam menggunakan frekuensi rendah (low frequency) untuk berkomunikasi dengan ruang kendali (control room). Dengan demikian, frekuensi ini sulit dideteksi oleh kapal musuh. Jika kapal selam keluar dari jarak tertentu karena accident, pilot akan kehilangan kendali daya apung sehingga pilot akan mengirim sinyal bahaya untuk keselamatan.
Faktor penting lainnya adalah faktor tekanan yang dialami kapal selam.
Faktor penting lainnya adalah faktor tekanan yang dialami kapal selam. Tekanan hidrostatis berbanding lurus dengan kedalaman dan massa jenis air laut. Tekanan total yang dialami kapal selam di bawah permukaan laut akan semakin besar dengan bertambahnya kedalaman.
Di sisi lain, untuk menghindari deteksi dari sonar lawan, umumnya kapal selam bergerak atau bermanuver dengan kecepatan rendah atau dikenal dengan Submarine Bottoming. Hasil penelitian yang diterbitkan di Navesbu Journal Netherland, 2012, menyatakan bahwa duduk kapal selam memiliki arti menempatkan keadaan tertentu untuk mematikan sensor penting yang bertujuan menghindari terdeteksinya keberadaan kapal selam tersebut.
Untuk melakukan hal tersebut, diperlukan informasi tentang kontur kedalaman, tipe dasar perairan, dan geomorfologi dasar laut. Mengingat urgensinya, penulis saat ini sedang melakukan riset mengenai penentuan lokasi duduk kapal selam di dasar perairan, termasuk riset mengenai peranan teknologi akustik bawah air untuk monitoring kapal selam asing yang masuk di perairan Indonesia.
Video berita grafik evakuasi badan KRI Nanggala-402
Untuk mendeteksi obyek bawah air, termasuk kapal selam, ada tiga parameter penting yang harus diketahui jika menggunakan teknologi penginderaan jauh sonar (sound navigation and ranging, Urick, 1983). Parameter kesatu, teknologi instrumentasi akustik bawah air atau menggunakan teknologi sonar, Teknologi ini akan dibahas secara detail pada tulisan ini.
Parameter kedua, faktor oseanografi atau lingkungan laut. Karakteristik medium air laut, misalnya suhu, salinitas, profil kedalaman dasar perairan, pengaruh gelombang laut, seperti internal wave, dan daerah acoustic shadow zone. Faktor oseanografi ini diperhitungkan dalam propagasi gelombang akustik bawah air, seperti terjadi transmission loss, transmisi, refleksi, refraksi (pembiasan) gelombang suara. Parameter ketiga, target yang akan dideteksi, seperti kapal selam, ranjau, torpedo, ikan, dan mamalia.
Gelombang akustik yang merambat di kolom air sampai ke dasar perairan dikenal dengan akustik bawah air. Sensor untuk memancarkan gelombang akustik disebut dengan transducer. Setiap transducer memiliki karakteristik khusus, seperti proses pembentukan gelombang suara (beam forming), arah deteksi (directionality), ukuran atau dimensi transducer, bentuk (circular atau rectangular), serta frekuensi suara yang digunakan.
Frekuensi suara yang digunakan akan menentukan dalam proses pemancaran. Semakin kecil frekuensi transducer dengan power yang besar, akan semakin jauh gelombang merambat di kolom perairan, bahkan sampai ke lapisan dasar perairan atau sub-bottom layer.
Untuk mendeteksi dan menemukan kapal selam dapat menggunakan sistem akustik pasif atau akustik aktif.
Untuk mendeteksi dan menemukan kapal selam dapat menggunakan sistem akustik pasif atau akustik aktif. Akustik pasif adalah mendengar/mendeteksi suara yang dikeluarkan oleh obyek, seperti sonar kapal selam dan mendeteksi suara lumba-lumba atau paus.
Prinsip akustik aktif adalah dengan mengirim sinyal suara ke kolom air hingga mengenai target, target akan mengembalikan energi yang dikenai padanya dan kembali ke sensor penerima. Secara kuantitatif untuk mendeteksi target bawah air, baik pada akustik aktif maupun akustik pasif, menggunakan persamaan sonar (sonar equations).
Mulai dari perhitungan kekuatan sumber suara untuk pemancaran (source level), polusi/bising suara bawah air (noise level), kehilangan energi suara (transmission loss), arah pancar suara (directivity index), dan kekuatan target untuk mengembalikan energi suara yang dikenainya atau disebut target strength (TS) sampai kemampuan deteksi alat akustik bawah air (detection threshold, DT).
Rekomendasi teknologi
Beberapa rekomendasi teknologi deteksi bawah air yang dapat digunakan untuk mencari kapal selam yang tenggelam adalah sebagai berikut. Pertama, sistem akustik pasif. Umumnya tujuan dari penggunaan akustik pasif adalah untuk mendeteksi suara menggunakan sistem penerima (hydrophone) yang dihasilkan kapal selam, seperti suara baling-baling, mesin, dan pompa kapal selam.
Suara ini dapat dikenali oleh peneliti dan operator sonar yang berpengalaman. Setiap jenis kapal selam memiliki profil suara yang unik yang membentuk acoustic signature kapal tersebut. Kapal selam itu sendiri dilengkapi dengan sistem sonar pasif, seperti untaian hidrofon yang digunakan untuk mendeteksi dan menentukan posisi relatif sumber akustik bawah air.
Kedua, sistem sonar aktif. Akustik aktif dapat digunakan untuk menemukan kapal selam dengan cara yang sama seperti orang menggunakan akustik aktif untuk mendeteksi kelompok ikan atau mamalia paus. Dengan mentransmisikan pulsa suara ke kolom air dan menerima pantulan dari kapal selam pada sebuah array receiver, sonar dapat menentukan arah pantulan yang kembali dari obyek yang terkena suara tersebut.
Peneliti atau operator juga dapat mengukur waktu yang dibutuhkan pantulan untuk kembali dan menghitung jarak ke obyek yang menyebabkan pantulan. Peneliti atau operator sonar yang terampil atau program komputer dapat membedakan pantulan kapal selam dari gema fitur dasar laut, kelompok paus, gerombolan ikan, ranjau, atau torpedo. Banyak penelitian terus dilakukan untuk mengklasifikasikan jenis pantulan yang dibuat oleh obyek yang berbeda.
Salah satu parameter sonar adalah target strength (TS) yang sering digunakan oleh peneliti akustik bawah air untuk membedakan obyek bawah laut, seperti ranjau dan torpedo. Target strength didefinisikan sebagai rasio besarnya energi yang direfleksikan oleh target, seperti kapal selam dengan energi yang dikirim dan mengenai target kapal selam tersebut.
Target strength (TS) dipengaruhi oleh banyak faktor, seperti frekuensi sonar, dimensi obyek yang dideteksi, sudut deteksi/orientasi target, dan material pembentuk obyek. Umumnya semakin keras material pembentuknya, seperti besi dan baja, akan memberikan nilai target strength yang besar.
Nilai target strength merupakan penciri obyek yang terdeteksi, apakah yang dideteksi obyek dasar perairan berupa pasir, lumpur, ikan, atau kapal selam. Untuk kapal selam dengan ukuran panjang 59,5 meter, lebar 6,3 meter, dan tinggi 5,5 meter didapat nilai TS sekitar 46 dB.
Hal ini berbeda untuk obyek lain, seperti ikan dengan nilai TS sebesar minus 40 dB sampai minus 30 dB yang disesuaikan dengan ukurannya. Penggunaan sistem sonar aktif terdapat pada instrument single beam echosounder, multibeam echo sounder, side scan sonar, sub bottom profiler, acoustic doppler current profile (ADCP), akustik tomography, dan seismik.
Teknologi multibeam echosounder yang memiliki banyak pancaran sinyal akustik (beam) akan mampu melakukan pengukuran kedalaman (batimetri) dengan resolusi tinggi sehingga mampu memetakan nilai acoustic backscattering obyek, termasuk kapal, secara detail di dasar perairan
Sonar frekuensi rendah digunakan untuk pengawasan jarak jauh dengan jarak deteksi ratusan kilometer. Owen Cote (2000) dalam ”Advances in antisubmarine warfare” yang diterbitkan dalam Scientific American mengatakan, kekuatan sumber (source level) tiap proyektor dari low frequency acoustic dapat mencapai 215 dB bawah air pada 1 m, bahkan ada yang mencapai 230 hingga 240 dB. Sonar yang beroperasi pada frekuensi 2-10 kHz digunakan untuk menemukan dan melacak target bawah air pada jarak puluhan kilometer.
Henry M Manik, Guru Besar Akustik Bawah Air dan Instrumentasi Kelautan Departemen Ilmu dan Teknologi Kelautan FPIK IPB
Henry M Manik (Sumber foto: https://itk.ipb.ac.id)
