Terminologi dan karakterisitik senjata mikrowave

Militer telah lama mengeksploitasi spektrum frekuensi elektromagnetik, pertama kali dengan teknologi nirkabel pada akhir 1800-an, dan kemudian dengan penemuan radar pada tahun 1930-an. Teknologi-teknologi tersebut secara cepat menjalar dalam berbagai aplikasi dalam militer termasuk peringatan dini, pendeteksian, dan kontrol penembakan senjata jarak jauh. Saintis dan teknisi terus melanjutkan penyelidikan dan eksplorasi spektrum frekuensi untuk meningkatkan energi keluaran (power level) dan untuk menemukan aplikasi-aplikasi tambahan.

Dalam film-film fiksi telah lama diperlihatkan senjata-senjata semacam sinar atau gelombang terpancar, dalam istilah sainsnya dikenal sebagai directed energy weapon. Tetapi hal tersebut sekarang telah menjadi kenyataan dalam kehidupan sehari-hari seperti senter laser, pager, mesin faximili, scanner pada pintu-pintu keluar supermarket. Umumnya menggunakan laser atau spektrum sinar lain. Akan tetapi satu bidang yang agak dilupakan dan kurang mendapat perhatian adalah penggunaan senjata gelombang elektromagnetik berenergi tinggi (high power microwaves, disingkat HPM). HPM telah lama digunakan oleh para saintis dalam aktifitas riset seperti pada pemanasan plasma untuk reaktor listrik masa depan FUSI dan sumber radiasi pada akselerator-akselerator elektron, juga pada riset-riset high energy physics lainnya. Sumber-sumber mikrowave sudah tersedia mulai dari rentang frekuensi rendah sampai pada frekuensi yang sangat tinggi juga dengan keluaran dari mikrowatt sampai gigawatt. Sumber-sumber tersebut sudah tersedia baik dalam skala riset maupun dalam skala komersial dalam berbagai karakteristik, tergantung pada aplikasi apa penggunaannya. Capaian-capain pada riset mikrowave sudah menunjukkan bahwa rankaian dan komponen elektronik juga dapat diganggu oleh mikrowave dengan frekuensi dan energi tinggi.

Asumsi umum berlaku bahwa sistem senjata mikrowave mirip dengan sistem perang elektronik (electronic warfare). Hubungan keduanya adalah bahwa keduanya sama-sama menggunakan sepektrum frekuensi untuk menyerang peralatan elektronik musuh, akan tetapi senjata mikrowave berbeda dalam beberapa hal dengan perang elektronik yang dikenal saat ini.

Sistem perang elektronik dikenal saat ini terbatas pada jamming, dan akan mempengaruhi peralatan elektronik musuh hanya jika peralatan tersebut sedang beroperasi atau 'on'. Ketika peralatan elektronik dimatikan peralatan elektronik kembali menjadi normal. Perang elektronik juga membutuhkan pengetahuan atau informasi mendetail tentang sistem elektronik musuh misalnya kisaran frekuensinya, lebar pitanya, dan sistem filternya, karena fungsi jamming akan bekerja hanya pada sistem frekuensi dan modulasi. Sistem elektronik musuh juga harus dalam keadaan beroperasi agar proses jamming efektif. Ada banyak cara menangkal serangan elektronik tersebut. Pertahanan terhadap serangan elektronik dapat dilakukan dengan mendesain ulang sistem kontrol sinyal internalnya atau meningkatkan lebar pita frekuensinya. Sistem perang elektronik didesain untuk menyerang peralatan musuh pada suatu frekuensi tertentu, tetapi tak dapat menyerang semua frekuensi. Dengan memperlebar pita frekuensi maka serangan elektronik dapat diperlemah karena serangan hanya efektif pada frekuensi tertentu.

Tak seperti perang elektronik (electronic warfare), senjata mikrowave (senjata HPM) didesain untuk melindas kemampuan target (musuh) untuk menolak, menyebarkan atau bertahan terhadap energi yang datang. Dengan kata lain senjata mikrowave secara alamiah akan menghasilkan pengaruh yang sangat serius dan bahkan fatal pada target elektroniknya.

Ada empat karakteristik utama yang membedakan senjata mikrowave (microwave weapon) dari sistem perang elektronik (electronic warfare) yaitu

• senjata mikrowave tidak membutuhkan informasi atau pengetahuan secara mendetail terhadap peralatan elektronik musuh.
• senjata mirowave akan meninggalkan kerusakan permanen pada target melalui kerusakan dan kehancuran pada rangkaian, komponen, dan modul-modul elektronik,
• senjata mikrowave menyerang target meski peralatan elektroniknya sedang dimatikan ('off'),
• untuk menghindari atau bertahan terhadap serangan senjata mikrowave, musuh harus memperkuat seluruh sistemnya (hardening), bukan hanya pada komponen-komponen atau rangkain elektroniknya secara terpisah-pisah.

Demi kepentingan pertahanan negara, adalah sangat penting untuk mengetahui karakteristik yang membedakan high power microwaves (HPM) tersebut dengan sistem senjata lainnya, agar dapat dapat menggunakan karakteristik tersebut dalam mendesain sistem senjata dan pertahanan. Karena senjata HPM menawarkan metoda yang benar-benar baru dalam peperangan, maka kemampuan untuk mengidentifikasikan dan menjelaskan karakteristik khusus tersebut akan membantu lembaga pertahanan lebih akrab dengan teknologi ini dan juga aplikasi-aplikasinya pada abad 21. Sebagaimana sudah ditulis sebelumnya bahwa teknologi HPM sudah tersedia untuk digunakan secara mandiri atau dikombinasikan dengan sistem senjata konvensional, bahkan dapat dimuat pada pesawat-pesawat tempur, sipil, maupun pesawat tak berawak. Pada abad 21 ini, sistem pertahanan negara sudah harus menyesuaikan diri dengan munculnya teknologi senjata HPM yang tak hanya melumpuhkan sistem pertahanan yang berhubungan dengan peralatan militer tetapi semua sistem komunikasi, komputer, sensor, dan peralatan-peralatan lain yang menggunakan semikonduktor. Bisa dibayangkan kerugian yang diderita jika sistem komunikasi, transfer data, komputerisasi, pengarsipan secara elektronik, perbankan, dll tak beroperasi meski dalam jangka waktu tak terlalu lama, oleh serangan dengan gelombang elektromagnetik berenergi tinggi (HPM) hanya kurang dari satu kedipan mata.

Berikut ini beberapa terminologi dalam sistem senjata mikrowave.

Titik masuk (entry points). Ada beberapa jalan dan titik masuk dimana emisi mikrowave menembus peralatan elektronik. Jika emisi mikrowave melalui antena, kubah, atau sensor yang terbuka, maka jalan ini disebut "pintu depan" (front door). Jika emisi mikrowave menjalar melalui retakan, klem, ujung kabel, pipa logam, atau segel dari target, jalan ini disebut "pintu belakang" (back door).

Efek mikrowave (microwave effects). Emisi mikrowave menyerang target dari dalam ke luar berbeda dengan sumber konvensional seperti panas yang merambat dari luar ke dalam. Mikrowave tidak merusak target secara fisik. Mikrowave menembus peralatan elektronik dan merusak atau mengacaukan komponen-komponen, termasuk IC, kartu antarmuka, dan switch relay. Sistem senjata mikrowave mampu menghasilkan efek mendalam dalam perangkat elektronik target, bergantung pada jumlah energi yang terkopel dengan target. Energi terkopel ini artinya energi yang diterima dan diteruskan ke dalam perangkat elektronik melalui jalan (pathways) yang ada dalam target tersebut.

Daya hancur mikrowave. Komponen elektronik sangat sensitif terhadap emisi mikrowave khususnya IC, mikroelektronik, and komponen-komponen yang ditemukan dalam sistem-sistem elektronik moderen. Daya hancur pada perangkat elektronik bervariasi dari meniadakan (deny) atau jamming, menurunkan kemampuan sistem, merusak atau menghancurkan sistemnya. Kerapatan energy yang diterima target akan bervariasi antara mikrowatt centimeter kuadrat (10^-3 watt/cm,sup>2), bergantung pada jarak antara sistem senjata mikrowave dan target musuh. Efeknya bergantung pada jumlah tenaga yang dibangkitkan oleh senjata, jarak senjata-target, karakteristik emisi mikrowave (frekuensi, laju ledakan, lebar pulsa, dll), dan sensitifitas target.

Meniadakan (deny) didefinisikan sebagai kemampuan untuk mengeliminasi kemampuan musuh untuk beroperasi tanpa menimbulkan kerusakan pada sistem. Senjata mikrowave dapat menghasilkan ini dengan menimbulkan kegagalan fungsi antara relai dan rangkain processing dalam sistem target. Sebagai contoh gangguan pada radio ketika berada di bawah kabel bertegangan tinggi tidak meninggalkan gangguan permanen. Radio berfungsi kembali dengan baik ketika menjauh dari kabel tegangan tinggi tersebut. Jadi istilah 'deny' tidak permanen.

Menurunkan kemampuan (degrade) adalah menghilangkan kemampuan musuh untuk beroperasi dan menghasilkan kerusakan minimal pada perangkat-perangkat keras elektronik. Contoh dari kemampuan ini termasuk penutupan sinyal atau penyisipan, power cycling (sistem on/off secara bergantian dalam interval tertentu), dan menyebabkan sinyal menjadi tak jelas. Efek tersebut tak permanen sebab sistem tersebut dapat kembali normal dalam suatu rentang waktu tertentu bergantung pada senjatanya. Dalam banyak kasus, sistem dari target harus dimatikan dan dihidupkan kembali, dan mungkin membutuhkan sedikit perbaikan sebelum beroperasi normal kembali.

Merusak (damage) adalah menyebabkan kerusakan tingkat menengah pada fasilitas komunikasi musuh, sestem persenjataan, modul-modul hardware, dan dilakukan untuk melemahkan musuh untuk sementara waktu. Contoh-contohnya meliputi kerusakan komponen-komponen tertentu, kartu elektronik, atau mother board. Kerusakan ini bisa permanen tergantung pada kekuatan serangan dan kemampuan musuh mendiagnosa, mengganti, atau memperbaiki sistem-sistem yang diserang.

Menghancurkan (destroy) adalah kemampuan untuk menimbulkan kerusakan parah dan permanen pada fungsi-fungsi dan sistem musuh. Pada kasus ini, musuh diharuskan mengganti total keseluruhan sistem, fasilitas, dan hardware jika ingin kondisi sistem seperti semula.

Perbaikan (Target repair). Setiap target akan dipengaruhi oleh sistem senjata mikrowave jika berada dalam cakupan berbahaya dari daerah sapuan senjata mikrowave. Kemampuan mendiagnosa dan memperbaiki komponen-komponen atau rangkaian yang rusak atau hancur memerlukan teknisi dan enginer bidang elektronik yang berpengalaman. Boleh jadi proses pendeteksian kerusakan termasuk penyelidikan yang njlimet terhadap bagian-bagian yang rusak dan hancur membutuhkan waktu beberapa minggu, demi memperbaiki sistemnya. Sekali penyebannya telah didiagnosa dan ditententukan, secara teori bagian yang rusak dapat diperbaiki atau diganti jika ada suku cadang yang tersedia dan juga jika ada fasilitas perbaikan sistemnya. Kenyataannya bahwa karena mikrowave masuk ke dalam sistem melalui banyak titik masuk, nampaknya akan banyak sekali rangkaian-rangkaian dan komponen yang rusak. Pekerjaan teknisi menjadi lebih sulit sebab meski setelah seluruh sistem dievaluasi, perbaikan-perbaikan dan penggantian komponen atau rangkaian mungkin kemampuan sistem tidak kembali beroperasi secara sempurna seperti sebelumnya. Seluruh sistem harus diuji dan kerusakan terparah mungkin sangat sulit untuk didiagnosa.

Kerentanan dan Kelemahan. Secara alamiah senjata mikrowave tidak membedakan antara perangkat elektronik sendiri dan musuh. Untuk memproteksi kekuatan sendiri dari emisi mikrowave musuh, selanjutnya sistem-sistem sendiri harus diperkuat melawan frekuensi-frekuensi mikrowave. Amerika Serikat saat ini terdepan dalam pengembangan senjata mikrowave, dan ancaman dari senjata mikrowave musuh masih kecil, persoalan mendesak adalah potensi bunuh diri dari senjata mikrowave sendiri. Di saat teknik penangkal dan penguatan sedang dikembangkan untuk memproteksi kekuatan dan sistem sendiri atau sistem-sistem baru yang masih dalam pengembangan. Sistem sendiri saat ini akan memerlukan modifikasi-modifikasi untuk mencapai level proteksi yang diinginkan.

High power microwave dalam operasi kemiliteran

Pengantar

High power microwave (HPM) adalah istilah untuk merujuk pada sumber microwave dengan keluaran sangat tinggi ratusan kilowatt bahkan sampai gigawatt saat ini. Saya belum menemukan istilah standarnya dalam bahasa indonesia. Di sini kita menggunakan istilah aslinya saja agar pembaca dapat mencari sendiri literatur yang berhubungan. High power microwave awalnya banya digunakan sebagai sumber gelombang pada radar. Frequensi spektrum elektromagnetnya antara 1 MHz sampai dengan 100 GHz. Dalam perkembangan selanjutnya, medan pertempuran pada perang modern sudah diperkaya dengan peralatan-peralatan berbasis mikrowave maupun peralatan-peralatan untuk mengirim maupun menerima sinyal seperti mulai dari radio sampai GPS (global positioning system), yang digunakan untuk komunikasi antar pasukan dengan pimpinan atau pasukan lain maupun untuk menyediakan informasi tentang medan pertempuran. Nah untuk melumpuhkan lawan, seluruh perangkat komunikasi tsb mesti dilumpuhkan untuk memutus garis komando, mengacaukan kordinasi serangan, melumpuhkan sistem anti persawat atau sistem pertahanan lainnya yang biasanya dipandu oleh radar dan GPS, maka diperlukan gelombang dengan frekuensi yang bersesuaian dengan frekuensi yang digunakan oleh perlatan-peralatan tersebut tetapi dengan keluaran (power) yang sangat tinggi biasanya dalam orde megawatt sampai gigawatt. Receiver atau detektor akan jebol karena biasanya reseiver mempunyai lingkup operasi (suhu, tekanan, voltase, arus, power) yang terbatas. HPM dapat mengganggu perlatan-peralatan tersebut baik secara sementara (jamming) maupun bersifat permanen.Tak mengherankan sehingga, dalam beberapa dekade terakhir riset tentang HPM cukup intensif. Secara teoritik, tidak terlalu sulit untuk menghasilkan keluaran dalam orde ratusan megawatt bahkan gigawatt karena frekuensinya tidak terlalu besar. Dengan frekuensi 2 sampai 10 gigahertz sudah cukup memadai karena perangkat komunikasi militer juga dalam rentang tersebut. Yang sulit justru bagaimana menangani power yang besar tersebut karena setiap sisa energinya akan terkonversi menjadi panas pada kerangka/badan alat tsb, juga bagaimana menghasilkan sumber yang cukup compact (kecil, sederhana) dan mobile (mudah dibawa).


Prinsip dasar sumber-sumber HPM

Semua sumber HPM memiliki tiga komponen dasar yaitu

• Sumber tenaga dari listrik atau ledakan (explosive primer)
• Pebangkit gelombang (Radio frequency (RF) generator)
• Antena

Sumber pemasok tenaga untuk pembangkit gelombang elektromagnetik dapat berupa tenaga listrik atau dari tekanan yang dihasilkan oleh ledakan. Mekanisme pembangkitan gelombang elektromagnetik dapat dikelompokkan menjadi dua yaitu sumber-sumber impulsif (impulsive sources) dan sumber beam linear (linear beam sources).

Pada sumber impulsif, sumber gelombang dihasilkan dengan memuati secara langsung antena, jaringan transmisi, atau suatu rangkaian dan memicu satu atau beberapa pulsa setelah saklarnya disambungkan. Contoh dari sumber jenis ini adalah berbagai jenis sumber UWB (ultrawideband sources) dan Osilator LC (LC oscillator).

Pada sumber beam linear, pembangkit gelombangnya meliputi sumber berkas elektron (electron gun) , kanal saluran elektron (beam transport/channel, dan media interaksi antara elektron dan medan elektromagnet (wave structure atau interaction structure). Sumber-sumber jenis ini bekerja dengan memindahkan energi kinetik dari elektron kepada energi elektromagnetik dari maikrowave.

Kualitas berkas electron yang dihasilkan dan desain dari media interaksinya (biasa disebut cavity) menentukan efisiensi alat. Kualitas berkas elektronya bergantung pada kualitas desain dan pabrikasi dari electron gun. Ini adalah masalah tersendiri bahkan menjadi salah satu riset tersendiri, bagaimana menghasilkan arus elektron dengan tingkat homogenitas tinggi baik kecepatan (velocity) maupun lintasannya (trajectory). Tentu saja sangat mustahil menghasilkan sumber radiasi dengan efisiensi 100 persen yang berarti seluruh energi kinetik elektron diberikan kepada mikrowave. Katakanlah efisiensi alat sebesar 40 persen, untuk suatu nilai moderat. Efisiensi adalah

Energi mikrowave keluaran alat/Energi total elektron sebagai input

Sisa energy elektronnya terkumpul pada badan dari alat yang biasa disebut kolektor (electron collector). Biasanya kolektor dan cavity dipisahkan dengan isolator seperti keramik agar mudah mengontrol atau mendinginkan kolektor sebagai efek panas dari sisa energi elektron. Menangani panas dari sisa energi tersebut juga suatu masalah tersendiri.

Hal lain bahwa interaksi elektron dan medan elektromagnetik tadi berlangsung dalam kondisi hampa (vacuum). Karena jika tidak dalam keadaan hampa, maka keberadaan gas dalam alat akan memicu voltage breakdown atau munculnya emisi sekunder dalam alat yang akan mengganggu efektifitas interaksi dengan medan elektromagnetik bahkan elektron tak mengalir menuju daerah interaksi tetapi akan terpantul kembali ke katoda dari electron gun (merusak elektron gun). Untuk mejaga kondisi vakum tersebut maka sebagai penghubung dengan lingkungan, alat tersebut ditutup dengan bahan yang transparan terhadap gelombang elektromagnetik tetapi dapat menjaga kondisi vakum, biasa disebut output window. Output window ini dipilih dari bahan dielektrik yang dapat melewatkan sebagian besar energi dari mikrowave keluar, dengan koefisien pantulan sekecil mungkin. Bahan-bahan output window seperti Boron Nitride (BN), AlN, BeO, CaF2, Quartz, gelas Silica, Silicon, Saphire, Alumina (Al2O3), intan sintesis (diamond window), dan jenis-jenis keramik lain yang transparan pada rentang frekuensi 1 MHz sampai 100 GHz. Sebagian energi mikrowave yang terserap oleh output window akan meningkatkan suhunya sehingga perlu didinginkan agar window tidak retak. Sebagian mikrowave yang terpantul akan kembali berinteraksi dengan elektron yang berpotensi dapat meningkatkan efisiensi atau bahkan dapat menurunkan efisiensi secara drastis, lebih buruk lagi jika mikrowave terpantul tadi dapat menjangkau katoda dari elektron gun yang bisa menurunkan kualitas elektron atau merusak electron gun. Biasanya dalam desain alat semua hal tersebut perlu diperhitungkan memprediksi kinerja alat secara lebih akurat.

Katakanlah efisiensi yang paling moderat adalah 40 persen. Jika target keluarannya adalah 1 gigawatt, maka energi yang dibutuhkan paling tidak sebesar 2.5 gigawatt. Dengan power supply yang cukup kompak misalnya 100 kilovolt, alat tersebut membutuhkan berkas elektron dengan arus totalnya sebesar 25 kiloampere. Bagaimana menangani arus yang sedemikian besar dalam suatu sumber gelombang yang dituntut untuk berukuran sekecil mungkin agar mudah dibawa dalam operasi militer, membutuhkan design alat dengan efisiensi setinggi mungkin.

Sumber-sumber gelombang Senjata HPM ini dapat terealisasi dengan berhasilnya juga riset yang berhubungan dengan pulsed power generator. Pulsed power generator memungkinkan tersedianya power supply bervoltase tinggi. Kebutuhan untuk HPM ini biasanya dari ratusan nanosecond sampai beberapa mikrosecond. Sumber energynya dapat disuplai dari baterai kemudian diubah menjadi pulsa voltase tinggi oleh pulse generator.

Sumber radiasi elektromagnetik yang cocok untuk HPM adalah dari kelas ini adalah

• magnetron
• klystron
• backward wave oscillator (BWO)
• traveling wave tubes (TWT)
• split-cavity oscillator
• virtual cathode oscillators
• gyrotrons
• free-electron lasers
• dan orbitron microwave masers.

Apakah sumber-sumber HPM sudah tersedia?

Sumber-sumber HPM tersebut telah mampu menghasilkan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi pada kisaran 1 kHz sampai 100 GHz dan tenaga mikrowave dalam orde gigawatt.

1. Sumber-sumber kejutan/impulsif

Sumber ini mengubah energi dari power suplai menjadi pulsa radiasi dengan menyimpan energi listriknya dalam kapasitor kemudian melepaskannya secara cepat. Sumber ini tak melibatkan sumber elektron, murni dari potensial listrik yang dilepaskan. Untuk sumber HPM dari kelas ini, kelompok riset pada Sandia National Laboratories, Amerika melaporkan beberapa sumbernya seperti [1]

• SNIPER (Sub-Nanosecond ImPulsE Radiator) beroperasi dengan sumber 290 kV menghasilkan puncak tenaga 1.25 gigawatt dengan lebar pulsa 3.5 nanosecond.
  

• EMBL (EnantioMorphic BLumlein, ie., mirror-image Blumlein) menggunakan sumber power suplai 750 kV, menghasilkan tenaga mikrowave 11 gigawatt dan pulsa 285 picosecond.
• Yang terbesar dimiliki oleh Sandia adalah Bipolar TLO (transmission line oscillator) beroperasi pada voltase 1.4 MV menghasilkan tenaga 20 gigawatt pada frekuensi 50 MHz. Persoalan yang dihadapi sumber jenis ini adalah ukuran sistemnya keseluruhan terlalu besar, sulit untuk terbawa dalam operasi pesawat intai atau pesawat tempur. Alat ini lebih cocok untuk operasi angkatan laut, karena memungkinkan memuat bank kapasitor yang sedemikian besarnya.

2. Magnetron

HPM dari kelas magnetron biasanya menggunakan sumber relativistik elektron beam dengan cold cathode. Cold cathode adalah salah satu mekanisme emisi elektron dengan menggunakan voltase tinggi untuk membuat elektron keluar dari ikatannya. Sebagaimana diketahui bahwa dua cara elektron keluar dari ikatannya yaitu

(a) Thermionic emission, dengan memanaskan emiter melalui rangkaian pemanas pemanasan. Secara keseluruhan disebut thermionic electron gun.

(b) Field emission, yaitu dengan memberikan medan listrik sangat tinggi pada emiter. Secara keseluruhan disebut cold cathode atau cold electron gun karena tak ada peningkatan signifikan suhu katoda. Jenis ini dipilih pada kasus dimana dibutuhkan arus elektron yang dibutuhkan sangat besar, biasanya dalam skala kiloampere.

Magnetron dikenal dengan efisiensi relatif tinggi dengan ukuran cukup kompak (compact). Modulator dan power suplainya sederhana dan tak terlalu mahal dibandingkan dengan sumber lain seperti klystron atau gyrotron. Oh yah istilah relativistik merujuk pada penggunaan voltase diatas 200 kV. Berbeda dengan magnetron yang menjadi sumber gelombang pada open mikrowave di rumah kita. Relativistic magnetron telah mencapai efisiensi 10-30% pada frekuensi antara 0.5 to 10 GHz dan tenaga keluaran kira-kira 5 gigawatts [2]. Lebar pulsenya biasanya sekitar 100 nanosecond.

3. Linear beam tube

HPM yang termasuk kelas linear beam tubes adalah backward wave oscillators (BWO), travelling wave tube (TWT), dan relativistic klystron amplifiers (RKA).

BWO mempunyai efisiensi setara 35% telah dilaporkan tetapi dengan tenaga keluaran lebih rendah, tetapi begitu keluaran ditingkatkan bentuk pulsa keluarannya tersaturasi dan spektrum frekuensinya melebar. Hal ini disebabkan oleh menurunnya kualitas berkas elektronnya juga munculnya turbulensi akibat penggunaak arus elektron yang besar. Untuk menjaga kualitas elektronnya, medan magnet cukup besar diperlukan, kira-kira 25 sampai 50 kilogauss [3]. Medan magnet tambahan tersebut membutuhkan kumparan beserta sumber energinya berupa bank kapasitor. Ini menambah komponen berat alat.

Oh yah disebut backward oscillator karena elektron berinteraksi dengan medan elektromagnetik yang terpantul berlawanan (backward wave) dengan arah elektron. Sehingga biasanya keluaran BWO berada dekat sumber elektronnya. Media interaksinya berupa struktur berombak. Periode ombakan dan kedalaman celahnya menentukan frekuensinya.

TWT dibuat dengan teknik yang hampir sama dengan BWO tetapi elektro sacan be made with many of the same techniques as BWOs. Juga menggunakan struktur ombakan untuk media interaksinya (cavity), tetapi elektron berinteraksi dengan gelombang maju (forward wave). Karenanya BWO dan TWT mempunyai masalah yang sama jika beroperasi pada frekuensi tinggi di atas 100 GHz. Periodisasi ombakannya setara dengan frekuensi sehingga pada frekuensi tinggi ukuran obakannya menjadi sangat kecil dan jika keluaran besar diinginkan maka arus elektron besar yang diberikan akan merusak struktur obakan tersebut.

RKA menggunakan dua cavity yaitu yang pertama untuk membentuk bunching pada elektron dan setelah elektron melewati cavity kedua terjadi pertukaran energi dari elektron ke mikrowave (power extraction). RKA juga mengalami masalah pada frekuensi tinggi, tetapi pada cavity keduanya strukturnya bisa diperpanjang agar struktur tersebut aman dari kerusakan akibat arus elektron yang besar. Biasanya klytron jenis ini disebut Extended Klytsron.

Ada dua pendekatan untuk meningkatkan kinerja RKA sebagai sumber HPM. Pertama pembuatan high power RKA dengan arus beam lebih rendah tapi dengan voltase sangat tinggi 350 kV seperti klystron yang digunakan pada Stanford Linear Accelerator (SLAC): 2.856 GHz, 67 megawatt, 3.5 mikrosecond. Arus elektron yang digunakan yaitu sekitar beberapa ratus ampere [4].

Pendekatan kedua dengan menggunakan arus elektron yang sangat besar. Klystron telah dibuat pada level 10 gigawatt menggunakan elektron dengan voltase 0.5 sampai 1 MV, dipandu dengan medan magnet kira-kira 10 kilogauss. Efisiensinya dilaporkan mencapai 50% [4].

Keunggulan HPM

HPM mempunyai keunggulan dibanding sumber HPM lain dari kelas laser yaitu

• sangat cepat mencapai target musuh
• dapat menjangkau berbagai macam target tanpa harus mempunyai informasi detail karakteristik target
• dapat menjangkau target-target kecil di bawah tanah
• teknik serangan dapat diatur beberapa level (pembersihan, perusakan atau hanya menolak aktivitas elektronik target) sesuai kemampuan alat
• menimbulkan kerusakan minimum secara fisik sangat membantu dalam proses negosiasi pada suatu konflik yang sensitif atau serangan HPM dapat digunakan akhir dari operasi militer atau masa damai
• mengurangi aktivitas mata-mata untuk mengumpulkan informasi karena serangan HPM dalam suatu sapuan dapat melumpuhkan target-target elektronik yang tidak terproteksi (shielding)

Daftar bacaan

1. Rinehart L. F., M. T. Buttram, G. L. Denison, J. M. Lundstrom, W. R. Crowe, and P. E.
   Patterson. 1994. Sandia National Laboratories' High Power Electromagnetic
   Impulse Sources. Proceedings of EUROEM International Symposium on
   Electromagnetic Environments and Consequences. May 30 - June 3.
2. Florig, H. 1988. The Future Battlefield: A Blast of Gigawatts. IEEE Spectrum, 25 no. 3
   (March) : 50-54.
   
3. Granatstein, V. L., and Igor Alexeff, eds. 1987. High-power microwaves sources. Narwood, Mass.: Artech House. pp. 564.
4. Benford, James, and John A. Swegle. 1992. High-power microwaves. Norwood, Mass.: Artech House.
5. Taylor, Clayborne D., and D. V. Giri. 1994. High-power microwave systems and effects. Washington, D. C.: Taylor & Francis. pp 203.
6. Barker, J. R., J. H. Booske, N. C. Luhmann Jr., and G. S. Nusinovich. 2005. Modern microwave and millimeter-wave power electronics. New Jersey: IEEE Press.
7. http://infoserve.sandia.gov/cgi-bin/techlib/access-control.pl/2001/011155.pdf
   

Selayang pandang sumber elektromagnetik

Semua orang sudah mahfum bahwa kita sedang berada pada era teknologi inforamasi dimana telekomunikasi menjadi ujung tombak era ini. Dunia serasa telah menjadi sedemikian sempitnya untuk dijelajahi. Dibalik semua kemajuan tersebut, kita lupa bahwa salah satu pemicu kemajuan informasi disamping oleh kemajuan bidang teknologi komputer adalah tersedianya sumber gelombang elektromagnetik yang membawa informasi tersebut. Besaran arus data yang terkirim dari satu titik ke titik lain di permukaan bumi kemudian menjadi salah satu bagian yang terus ditingkatkan. Dan ini bergantung pada frekuensi dari gelombang pembawanya. Semakin tinggi frekuensinya, makin banyak informasi yang terkirim dalam setiap detiknya. Nah, makin tinggi frekuensi sumber tersebut, tingkat kompleksitas pembuatan sumber elektromagnetiknya juga makin tinggi. Perangkat teknologi dalam mengirim, menyalurkan dan menerima gelombang tsb makin kecil, dan menimbulkan kesulitan tersendiri demi menjaga agar operasinya tetap stabil, rendah noise, tahan terhadap gangguan, dll.

Tapi di sini, saya tidak akan bercerita secara mendetail tentang teknologi informasi itu sendiri karena di luar kemampuan saya. Saya yakin sudah begitu banyak blog maupun komunitas-komunitas yang membicarakannya. Saya hanya akan menyoroti sumber radiasi elektromagnetiknya, seluk beluknya, berbagai jenis sumbernya, peluang dan tantangan bidang ini, aplikasinya, bahkan bagaimana bidang-bidang tertentu dapat mengalami revolusi karena adanya temuan-temuan baru di bidang mikrowave. Oh yah sebetulnya mikrowave ini hanyalah merujuk pada frekuensi tertentu dari spektrum elektromagnetik itu sendiri (300 megahertz sampai 300 gigahertz). Tapi karena mikrowave sudah sedemikian dikenal telah menjadi bahasa pasaran juga komersil sehingga dalam kasus tertetu telah mewakili seluruh rentang frekuensi. Ketika membahas area frekuensi tinggi barulah muncul istilah-istilah lain seperti inframerah jauh (far infrared, frekuensi 300 gigahertz -430 terahertz), gelombang tampak (visible, frekuensi 430 terahertz - 750 terahertz), ultraviolet, sinar X, dan sinar gamma untuk rentang frekuensi yang sangat tinggi. Dalam banyak kasus, mikrowave akan digunakan sebagai istilah untuk mewakili semua rentang tersebut, kecuali pada aplikasi tertentu.

Blog ini saya dedikasikan untuk membagi pengetahuan/informasi tentang teknologi mikrowave dan aplikasinya. Sebagai gambaran begitu atraktifnya riset ini, hampir semua peralatan yang ada di sekitar kita berbasis mikrowave. Artinya prinsip kerjanya adalah memanfaatkan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi tertentu. Coba kita tengok di sekitar kita betapa kita sangat tergantung pada sumber elektromagnetik ini. Bagaimana radio, televisi, telepon, remot kontrol, open mikrowave, handphone, wireless, satelit, dll yang keseluruhannya bekerja karena ada gelombang elektromagnet yang terkirim. Jadi salah satu inti dari teknologi ini adalah sumbernya. Alat-alat tersebut telah menjadi bagian penting kehidupan kita, bahkan kepanikan luar biasa bisa terjadi jika alat-alat tersebut tidak berfungsi. Oleh karena itu sepatutnyalah banyak peneliti muda, mahasiswa, pelajar yang belajar dan menekuni bidang ini. Bahkan pemerintah mesti paham seluk beluk bidang ini, karena sebagian revolusi teknologi justru dipicu oleh kemajuan di bidang ini.

Pemerintah negara-negara maju begitu menaruh perhatian pada raihan-raihan riset bidang ini. Sebagai ilustrasi betapa pentingnya riset bidang mikrowave bagi negara-negara maju, coba kita lihat dari sisi keamanan negara. Semua bentuk komunikasi baik sipil maupun militer, pengiriman data, bahkan administrasi pemerintahan sudah mengandalkan jaringan komunikasi sebagai alat utamanya. Pendataan dan pengarsipan sudah menuju ke sana (digital). Nah karena inti dari komunikasi adalah gelombang elektromagnetik sebagai pembawa informasi digital maka salah satu serangan paling vital adalah datangnya dalam bentuk gelombang elektromagnetik untuk melumpuhkan sistem tadi baik sementara maupun secara permanen. Dan serangan dalam bentuk elektromangetik tidak kasat mata dan boleh jadi tanpa suara atau ledakan fisik. Bahkan periode serangannya sangat singkat dalam rentang ratusan nanosecond. Oleh karenanya riset bidang ini tidak hanya melulu pada bagaimana menemukan sumber-sumber baru untuk meningkatkan kemampuan teknologi informasi tapi juga bagaimana mengantisipasi temuan-temuan baru yang dapat melahirkan serangan-serangan yang bersifat fatal pada sistem yang telah digunakan secara masal. Sebagian gangguan keamanan di masa depan adalah dari serangan mikrowave.

Hal di atas baru satu sisi saja di bidang pertahanan yang menjadikan riset bidang ini mejadi sangat menantang dan penting. Masih banyak hal lain yang akan coba ditulis pada postingan selanjutnya. Juga jika ada tambahan dari pembaca sekalian

Demikian pengatar awal dari saya. Komentar dan saran pembaca sangat penting dan berarti bagi saya.