Lifehacks Literasi: Sejarah GPS

Banyak hal yang bisa kita lakukan melalui ponsel. Mencari restoran, memilih jalan yang tidak macet, mencatat jarak ketika berlari hingga memesan ojek online.

Tahukah anda bagaimana semua kegiatan yang nampak sederhana tersebut bekerja? Sistem di dalamnya dikembangkan melebihi batas logika. Seperti teknologi mobil tanpa pengemudi yang mulai banyak ditemui saat ini.

Global Positioning System atau GPS adalah rahasia di dalamnya. Teknologi ini sudah merasuk ke berbagai lini kehidupan sehingga kita sulit membayangkan hidup tanpanya.

Namun, sama seperti perkembangan teknologi lainnya (seperti sejarah smart lock atau sejarah remote control), sebenarnya pengembannya dimulai dari hal yang cukup sederhana. 

Kita akan bahas sejarah GPS disini dan belajar bagaimana hal sederhana tersebut membuat kehidupan manusia berubah.

Apa Itu GPS?

Sebelum membahas sejarah GPS, sebaiknya kita pahami terlebih dahulu apa itu GPS.

GPS adalah salah satu teknologi yang termasuk Global Navigation Satellite System atau GNSS. Pada intinya, memanfaatkan pemantauan dari satelit untuk pengukuran posisi, navigasi dan waktu.

Satelit yang digunakan untuk mengorbit bumi sebanyak lebih dari 30 satelit. Satelit-satelit tersebut mengorbit bumi sebanyak 2 kali dalam sehari dalam orbit yang sudah ditentukan.

Ketika mengelilingi bumi, setiap satelit mengirimkan sinyal unik dan parameter orbital. Perangkat di bumi kemudian memecahkan kode sinyal tersebut untuk menghitung waktu dan menentukan posisi satelit yang tepat.

Cara Kerja GPS

Perangkat seperti ponsel, jam tangan, dan apapun yang anda gunakan menerima sinyal dari satelit yang mengorbit bumi. Sinyal tersebut dikirim oleh minimal empat satelit.

Perangkat anda kemudian menghitung jarak ke setiap satelit berdasarkan waktu penerimaan sinyal. Setelah itu, perangkat menggunakan metode trilaterasi untuk menentukan lintang, bujur, dan ketinggian.

Trilaterasi sendiri merupakan metode untuk menentukan sebuah posisi berdasarkan titik tersebut ke minimal tiga titik referensi yang diketahui koordinatnya.

Tidak usah dibayangkan, in bakal pusing karena menggunakan rumus fisika yang rumit…

Pada intinya, metode inilah yang jadi kunci cara kerja GPS sehingga perangkat bisa dengan akurat menentukan lokasi dan waktu sebuah tempat.

Sejarah GPS

Sejarah GPS memang dimulai dari penemuan sederhana. Namun sebenarnya membutuhkan tingkat presisi yang tinggi. Kita simak berikut ini.

1. Penelitian Usai Satelit Pertama Sukses Mengorbit Bumi

Rusia (dulu Uni Soviet) menapaki langkah besar ketika sukses menerbangkan Satelit Sputnik 1 ke luar angkasa di tahun 1957. Tak hanya itu, satelit tersebut diketahui merupakan yang pertama sukses mengelilingi (mengorbit) bumi.

Waktu satelit mengorbit bumi cukup panjang, sekitar 12 jam hingga satu hari. Selama periode tersebut, para ilmuwan melakukan berbagai penelitian.

Salah satunya dilakukan oleh sekelompok ilmuwan Laboratorium Fisika Terapan dari Universitas John Hopkins Amerika Serikat.

Mereka menemukan fenomena aneh dimana sinyal radio yang dipancarkan Sputnik meningkat ketika mendekat bumi dan berkurang ketika menjauh.

Saat ini mungkin fenomena tersebut nampak biasa saja. Tapi di jaman itu, hal tersebut merupakan penemuan. Justru karena penemuan tersebut, kita bisa menganggapnya biasa saja.

Kembali ke topik…

Fenomena tersebut dikenal dengan nama Efek Doppler dalam dunia fisika. Intinya, penerima gelombang radio merasakan perubahan intensitas (frekuensi) seiring dengan pergerakan benda yang memancarkannya.

Pemanfaatan Efek Doppler Sputnik memungkinkan para ilmuwan menggunakan sinyal radio untuk melacak pergerakan satelit dari darat.

Para ilmuwan kemudian berpikir, kalau satelit bisa dilacak dari darat karena pergerakannya sendiri, penerima sinyal tentu juga bisa dilacak dari satelit. Caranya? mengukur jarak dari satelit. Inilah awal mula prinsip Trilaterasi dikembangkan dalam sistem kerja GPS.

2. Digunakan oleh Militer AS

Model yang ditemukan oleh ilmuwan Universitas John Hopkins tersebut kemudian dikembangkan kembali oleh Advanced Research Projects Agency (ARPA), sebuah agensi dari Departemen Pertahanan AS yang bertanggung jawab atas pengembangan teknologi baru untuk digunakan oleh militer AS.

Di tahun 1958, ARPA mengembangkan teknologi pemantauan melalui sinyal satelit dan diberi nama Transit. Di tahun 1960, ARPA meluncurkan satelitnya sendiri.

Seiring dengan semakin matangnya Transit, program ini sepenuhnya dialihkan ke Angkatan Laut AS sekitar tahun 1965. Dan pada tahun 1968, militer AS tersebut resmi memiliki 36 satelit yang mengorbit bumi untuk keperluan pertahanan negara mereka.

Teknologi Transit memberikan akurasi hingga puluhan meter dan dianggap telah meningkatkan akurasi peta wilayah daratan Bumi hampir dua kali lipat.

3. Penggunaan Jam Atom Satelit

Meski dianggap sudah mampu meningkatkan navigasi, penelitian tentang sistem navigasi sateit tersebut dikembangan.

Dr. Ivan Getting, Presiden sekaligus pendiri The Aerospace Corporation, mengembangkan sebuah sistem yang ia sebut lebih kuat dan akurat. Penelitian oleh para ilmuwan Aerospace dimulai pada tahun 1963 berdasarkan ide Getting tersebut.

Phillip Diamond yang memimpin penelitian tersebut merekomendasikan sebuah konsep yang disebut 621-B. Nama ini kemudian digunakan Angkatan Udara AS untuk membentuk program navigasi satelit baru.

Konsep 621-B kemudian diteliti lebih lanjut oleh para ilmuwan Aerospace yang dipimpin oleh James Woodford dan Hideyoshi Nakamura.

Penelitian tersebut merekomendasikan arsitektur di mana pengukuran dari empat satelit akan menghilangkan kebutuhan jam di sisi penerima.

Penggunaan jam kemudian dialihkan ke sisi satelit. Karena sebelumnya, semua perangkat yang berkomunikasi dengan satelit membutuhkan komponen. Komponen ini membuat bentuk perangkat tersebut lebih besar.

Tanpa perlu menyertakan jam di bumi, perangkat GPS dapat diperkecil bahkan hingga cukup muat di dalam ponsel.

Di sisi lain, setiap satelit akan dilengkapi dengan jamnya sendiri. Jam tersebut diperbarui secara berkala melalui sinyal dari stasiun bumi. Jam ini dikenal dengan nama jam atom.

Masalahnya, satelit yang sudah mengorbit masih menggunakan konsep lama. Butuh menerbangkan satelit lagi untuk bisa mewujudkan konsep baru tersebut.

Penelitian kemudian berlanjut untuk mengembangkan jam atom dalam satelit. Ini dilakukan oleh Pusat Teknologi Antariksa Angkatan Laut (Naval Center for Space Technology) milik Laboratorium Penelitian Angkatan Laut (NRL).

Penelitian ini sukses dan menghasilkan sistem bernama Timation (Time Navigation). Pada akhirnya, dua satelit Timation pertama diluncurkan pada tahun 1967 dan 1968, dilengkapi dengan jam osilator kristal.

Satelit ketiga, yang diluncurkan pada tahun 1974, menjadi satelit pertama yang dilengkapi dengan jam atom, yang sangat meningkatkan akurasi navigasi.

Dengan demikian, di periode waktu tersebut, militer AS,  khususnya Angkatan Laut mereka, memiliki dua program navigasi satelit: Transit dan Timation.

4. Awal Mula Nama GPS Muncul

Hingga tahun 1970, nama Global Positioning System belum dikenal dalam sistem navigasi berbasis satelit. Nama ini baru muncul di periode tahun 1972.

Awalnya, Kolonel Angkatan Udara Bradford Parkinson ditugaskan untuk mengawasi program navigasi satelit.

Parkinson memimpin sebuah tim dalam mengembangkan konsep yang mensintesis aspek terbaik dari Transit, Timation, dan Proyek 621-B.

Pengembangan konsep tersebut kemudian berwujud sebuah sistem bernama Navigation System for Timing and Ranging Global Positioning System (Navstar GPS). Inilah awal mula nama GPS dikenal.

Ini merupakan sistem pengukuran jarak satu arah pasif yang terdiri dari 24 satelit, menggunakan jam atom pada orbit Bumi menengah untuk memberikan periode 12 jam.

Pada Februari 1978, satelit Navstar bernama GPS Block I yang masih dalam tahap pengembangan diluncurkan.Tiga satelit Navstar lainnya diluncurkan pada akhir tahun 1978.

Sementara para insinyur Aerospace membantu mengkonfirmasi keakuratan sistem ruang angkasa, menara kontrol, dan perangkat pengguna di bumi.

5. GPS Diizinkan untuk Penggunaan Sipil

Dari sejarah GPS di atas kita bisa mengetahui bahwa penggunaan sistem ini awalnya untuk kebutuhan militer.

Namun di tahun 1983, Presiden AS saat itu, Ronald Reagan, mengizinkan penggunaan Navstar oleh maskapai penerbangan komersial sipil. Tujuannya untuk meningkatkan keselamatan perjalanan udara.

Ini menjadi tonggak awal GPS (masih dikenal dengan nama Navstar) bisa digunakan oleh sipil. Sejak saat itu, industri di luar militer berbondong-bondong mengembangkan perangkat GPS.

Pada tahun 1989, unit GPS genggam yang tersedia secara komersial resmi dirilis. Bernama Magellan NAV 1000 dari Magellan Corporation yang beratnya 1,5 pon.

Perangkat ini hanya menawarkan beberapa jam masa pakai baterai. Tapi harganya luar biasa, sekitar $3.000. Bisa dimaklumi karena keterbatasan teknologi saat itu membuat pengembangan perangkat GPS sangat suit.

Dengan dibukanya sistem GPS untuk sipil, kebutuhan satelit terus meningkat. Satelit GPS Block II kemudian diluncurkan dengan roket Delta II pada tahun 1989.

Namun, muncul kekhawatiran dari Pemerintah AS bahwa teknologi yang dikembangkan militer mereka justru jadi alat musuh melacak dan melawan AS.

Sebagai tanggapan, Departemen Pertahanan AS memutuskan untuk menyesuaikan sistem tersebut agar kurang akurat dalam aplikasi non-militer (dikenal sebagai “selective availability”).

6. Ponsel GPS Pertama dan Penerapannya dalam Berbagai Perangkat Sipil

Tak hanya pengembanga sistem, berbagai perusahaan perangkat eletronik di dunia pun berlomba-lomba mengembangkan produk dengan GPS.

Teknologi GPS dalam perangkat genggam ponsel diketahui pertama kali muncul tahun 1999 ketika Benefon merilis Benefon Esc!

Pada tahun 2000, pemerintah AS menyetujui rencana penambahan tiga sinyal GPS untuk penggunaan non-militer.

Lebih penting lagi, pemerintah AS mengakhiri program “selective availability” yang mengurangi akurasi yang dapat dicapai oleh pengguna GPS sipil. Imbasnya, sinyal GPS menjadi 10 kali lebih akurat untuk warga sipil.

Belum selesai, harga receiver GPS dan chip pemrosesan untuk disematkan dalam perangkat juga turun dari sekitar $3000 menjadi $1,50.

7. Pengembangan GPS Modern

Pada tahun 2000, AS menganggap sistem tersebut perlu dimodernisasi untuk memenuhi kebutuhan militer dan sipil sekaligus.

Sebuah strategi untuk menambahkan sinyal baru ke satelit dikembangkan. Program ini diberi nama GPS II.

Hasilnya, satelit yang diberi nama Blok II mencakup lima konfigurasi berbeda dengan kemampuan yang berbeda sukses dikembangkan.

Satelit II, IIA, dan IIR mengorbit di tahun 2005. Selanjutnya, delapan satelit IIR-M yang dimodernisasi juga mulai diluncurkan.

Tak hanya itu, 12 satelit IIF yang dimodernisasi juga sedang dalam pengembangan. Di tahun 2010, satelit IIF pertama diluncurkan. Sementara sisanya diluncurkan pada tahun 2017.

Di saat yang sama, pembicaraan tentang Program Satelit Blok III sebenarnya sudah dimulai. Departemen Pertahanan AS kemudian menyetujuinya di tahun 2008.

Satelit GPS III pertama diluncurkan menggunakan roket SpaceX Falcon 9 pada tahun 2018, diikuti oleh satelit kedua yang diluncurkan menggunakan roket ULA Delta IV pada tahun 2019.

Selanjutnya, satelit GPS III ketiga dan keempat diluncurkan menggunakan roket Falcon 9 pada tahun 2020. Lalu, enam satelit lainnya diluncurkan pada tahun 2023.

Manfaat GPS

Begitulah perjalanan sejarah GPS yang manfaatnya bisa kita rasakan hingga saat ini. Sebuah laporan memperkirakan bahwa sejak tahun 1980-an, satelit GPS telah membantu menghasilkan hampir $1,4 triliun manfaat ekonomi di seluruh dunia.

Sebuah studi tahun 2019 memperkirakan bahwa antara tahun 2007 dan 2017, layanan berbasis lokasi yang didukung GPS membantu warga AS menghemat 52 miliar galon bahan bakar.

Di luar aktivitas keseharian, kita bisa menggunakan teknologi berbasis GPS untuk studi ilmiah tentang gempa bumi, gunung berapi, dan pergerakan lempeng tektonik.

Navigasi berbasis ruang angkasa juga bisa digunakan untuk membantu konstruksi dan mengoptimalkan pertanian, termasuk penggunaan air dan pestisida. Dan masih banyak manfaat GPS lainnya.