Constelaciones de pequeños satélites de la NASA darán una nueva mirada a la Tierra

Desde Noviembre del 2016, la NASA ha está poniendo en marcha un conjunto de seis   misiones de satélites pequeños de la siguiente generación, que observarán la Tierra para demostrar (probar) nuevos e innovadores enfoques para estudiar a nuestro cambiante planeta.

Un conjunto de NanoRacks CubeSat es fotografiado por un miembro de la tripulación de la Expedición 38  después de la implantación por el NanoRacks Launcher unido al extremo del brazo robótico japonés. Los CubeSat son una clase de naves espaciales de investigación llamadas nanosatélites, que se construyen en dimensiones estándar (unidades o “U”) de 10x10x11(pulgadas; 1 pulgada son 2.54 cm). Pueden ser 1U, 2U, 3U o 6U en tamaño, y por lo general pesan menos de 1,33 kg (3 libras) por CubeSat U. Se despliegan a partir de un poli-picosatélite Orbital Deployer, o P-POD. Crédito: NASA.

Estos pequeños satélites varían en tamaño desde el de una barra de pan al de una pequeña lavadora y pesan desde unos pocas libras hasta 400 libras (181 Kg aprox.). Su pequeño tamaño hace que el costo de desarrollo y lanzamiento sea bajo ya que a menudo se suben al espacio como una “carga secundaria” en el cohete de otra misión – proporcionan una vía económica para el ensayo de nuevas tecnologías y la realización de estudios científicos. Ver video aquí.

“La NASA está utilizando cada vez más, pequeños satélites para abordar problemas científicos importantes en nuestro portafolio de misiónes”, dijo el Dr.  Thomas Zurbuchen, Administrador Asociado del Directorio de Misiones Científicas de la NASA en Washington. “También nos dan la oportunidad de probar las recientes innovaciones tecnológicas en el espacio y ampliar la participación de los estudiantes e investigadores para obtener experiencia práctica con los sistemas espaciales.”

La tecnología de los satélites pequeños ha dado lugar a innovaciones en cómo los científicos abordan las observaciones de la Tierra desde el espacio. Estas nuevas misiones, cinco de los cuales están programadas para ponerse en marcha durante los próximos meses, estrenarán nuevos métodos para medir los huracanes, el balance energético de la Tierra, los aerosoles, y el clima.

“La NASA está expandiendo las tecnologías  y el uso de satélites pequeños de bajo costo, los  instrumentos miniaturizados y las constelaciones robustas de estos satélites para avanzar en la Ciencia de la Tierra y proporcionar beneficios para la sociedad a través de aplicaciones,” dijo el Dr. Michael Freilich, Director de la División de Ciencias de la Tierra de la NASA en Washington.

La constelación de satélites ERB  (Sigla en Inglés de : Earth Radiation Budget, Balance de Radiación de la Tierra) que permiten la medida definitiva del ERI ( Earth Radiation Imbalance, Desbalance de Radiación Terrestre) y la variación diurna. Este es el cometido del proyecto RAVAN. Crédito: JHUAPL (Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory).

• Lanzada el 11 de Noviembre pasado, RAVAN (es la sigla en Inglés de: Radiometer Assessment using Vertically Aligned Nanotubes )la Evaluación  Radiometrica utilizando Nanotubos Alineados Verticalmente, es un CubeSat que demostrará la nueva tecnología para detectar pequeños cambios en el balance de energía de la Tierra en la parte superior de la atmósfera – mediciones esenciales para la comprensión de la incidencia de los gases de efecto invernadero en el clima. La misión RAVAN está dirigida por Bill Swartz en el Laboratorio de Física Aplicada de la Universidad Johns Hopkins (la sigla en Inglés es: JHUALP, Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory) en Laurel, Maryland.

En la primavera del 2017, dos CubeSat están programados para ser lanzados a la Estación Espacial Internacional para una visión detallada de las nubes. Los datos de los satélites ayudarán a mejorar la capacidad de los científicos para estudiar y comprender las nubes y su papel en el clima y el tiempo.

Las nubes llamadas Cirros que se ven en la foto, normalmente se encuentran a alturas superiores a los 20.000 pies (6.100 metros) estando compuestas de cristales de hielo, que IceCube medirá como primera misión Tierra-1 CubeSat de la Dirección de Misiones Científicas. Créditos: NOAA Photo Library.

• IceCube, desarrollado por el Dr. Dong Wu en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, utilizará un nuevo radiómetro de microondas, miniatura, de alta frecuencia  para medir las nubes de hielo.

HARP ( HyperAngular Rainbow Polarimeter) el Polarímetro  Hyper-angular del Arco iris , desarrollado por el Dr. Vanderlei Martins de la Universidad de Maryland en Baltimore, medirá las partículas y la distribución de tamaños de las gotas de las nubes con un nuevo método que mira hacia un blanco desde múltiples perspectivas.

 

A la izquierda una foto de las nubes sobre Baja California, Compuesta a partir de imágnes tomadas con 3 filtros y a la derecha la misma  escena en luz polarizada. De esa forma trabaja HARP. Crédito: Space Dynamic Laboratory, Utah State University.

 

 

• A principios del 2017, MiRaTA (Microwave Radiometer Technology Acceleration) Aceleración de la Tecnología del Radiómetro de Microondas  – está programada para lanzarse al espacio con el Joint Polar Satellite System-1 de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration). MiRaTA tiene  muchas de las capacidades de un gran satélite meteorológico en una nave espacial del tamaño de una caja de zapatos, de acuerdo con el investigador principal Dr. Kerri Cahoy del Instituto de Tecnología de Massachusetts en Cambridge. Los sensores en miniatura de MiRaTA recogerán datos sobre la temperatura, vapor de agua y hielo en las nubes, que se pueden utilizar en la predicción del tiempo y el seguimiento de  tormentas.

Las misiones RAVAN, HARP, IceCube, y MiRaTA  con satélites CubeSat son financiadas y administradas por la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra  de la NASA ( ESTO ) en la División de Ciencias de la Tierra. ESTO financia a los técnicos en los centros de la NASA , la industria y el mundo académico, para desarrollar y perfeccionar nuevos métodos para observar la Tierra desde el espacio, desde los sistemas de información a los nuevos componentes e instrumentos.

“La accesibilidad económica y el corto período de tiempo de construcción  de estos proyectos CubeSat permiten tomar más riesgos , y cuanto más riesgos  tomemos ahora  más capaces y fiables serán los instrumentos en el futuro”, dijo Pamela Millar, quien lidera la validación de vuelo en ESTO. “Estos pequeños satélites están cambiando la manera en que pensamos sobre la fabricación de instrumentos y la realización de mediciones. El “cubo” (se refiere a los cubesat) nos ha llevado a pensar más allá “.

La inversión temprana de la NASA en estas nuevas tecnologías de observación terrestre ha madurado para producir dos misiones científicas robustas, la primera de las cuales se lanzó este 12 de Diciembre (2016).

El avión Lockheed L-1011, Stargazer de Orbital ATK  lleva un cohete Pegasus XL con ocho mini satélites del Sistema  de Navegación Global por Satélite para Ciclones de la NASA , o CYGNSS. La  nave despegó desde el aeropuerto Skid Strip en la estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral, Florida. Una vez internado en el océano,  lejos de la costa,  el cohete Pegasus fue lanzado cinco segundos después de que el motor propulsor de combustible sólido se enciendiera para  impulsar los ocho observatorios de huracanes en órbita, (ver video aquí).   Los ocho satélites CYGNSS harán mediciones frecuentes y precisas de los vientos superficiales del océano a lo largo del ciclo de vida de las tormentas tropicales y huracanes. Ver video de CYNGSS aquí. Crédito: NASA.

• CYGNSS –Cyclone Global Navigation Satellite System , el Sistema  de Navegación Global por Satélite para Ciclones- será la primera constelación de satélites pequeños de Ciencias de la Tierra de la NASA. Ocho satélites idénticos volarán en formación para medir la intensidad del viento sobre el océano, proporcionando nuevos conocimientos sobre los ciclones tropicales. Su novedoso enfoque utiliza los reflejos de las señales GPS de la superficie del océano para controlar los vientos de superficie y las interacciones aire-mar en la rápida evolución de los ciclones, huracanes, tifones y en todo el trópico. CYGNSS, dirigido por el Dr. Chris Ruf en la Universidad de Michigan, Ann Arbor, fue lanzado el 12 de Diciembre (2016) desde la base de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida.

¿Cómo mide CYGNSS los vientos? La intensidad de la señal está relacionada a la velocidad del viento: cuando no hay viento y la superficie del océano está calma la intensidad de la señal es fuerte, disminuyendo a medida que la superficie se vuelve más “rugosa” cuando aumenta la velcidad del viento. Crédito: NASA.

• A principios de este año (2016), la NASA anunció el inicio de una nueva misión para estudiar el interior de los huracanes con una constelación de 12 CubeSat. TROPICS ( Time-Resolved Observations of Precipitation structure and storm Intensity with a Constellation of Smallsats) u Observaciones con Resolución Temporal de la estructura de Precipitación e Intensidad de tormenta con una constelación de Pequeños Satélites – hará uso de instrumentos basados en el radiómetro CubeSat de Mirata que hará mediciones frecuentes de perfiles de temperatura y vapor de agua durante todo el ciclo de vida de las tormentas individuales. El Dr. William Blackwell del Laboratorio Lincoln del Instituto de Tecnología de  Massachusetts (MIT) en Lexington dirige la misión.

La constelación de satélites TROPICS constará de 4 CubeSats  situados en órbitas con inclinaciones específicas. Los análisis han demostrado que la vida de estas órbitas es de 9 años, bien por encima del período de vida planeado de la misión de 1 año,  y con suficiente antelación a la exigencia de “de-órbita” de 25 años.   Esta configuración produce una mediana de 30 minutos como rango de revisita (de una posición sobre la Tierra), con una resolución espacial media mejor que la requerida para la precipitación, la humedad y temperatura  en cualquier clase de tiempo. Ver animación aquí. Crédito: MIT Lincoln Laboratory.

CYGNSS y TROPICS se beneficiaron ambas de las inversiones tempranas en tecnología de ESTO. Estos nuevos emprendimientos de misiones para estudiar la Tierra  son pequeñas investigaciones científicas, dirigidas a complementar las misiones de investigación de la Tierra más grandes de la NASA. Estos emprendimientos para el estudio de la Tierra, de costes limitados y de desarrollo rápido fueron seleccionados de forma competitiva y financiadas por el programa del Sistema de Ciencias de la Tierra Pathfinder de la NASA (Earth System Science Pathfinder (ESSP) Program) dentro de la División de Ciencias de la Tierra.

Las pequeñas naves espaciales y satélites de la NASA están ayudando a avanzar con la exploración científica y humana, reducir el costo de las nuevas misiones espaciales, y ampliar el acceso al espacio. A través de la innovación tecnológica, los pequeños satélites permiten  arquitecturas totalmente nuevas, para una amplia gama de actividades en el espacio, con la posibilidad de saltos exponenciales en la ciencia transformadora.

Para el vídeo y animaciones de proyectos de pequeña satélites de la NASA, visite:  https://svs.gsfc.nasa.gov/12411

Para obtener más información acerca de los pequeños proyectos de satélites de la NASA, visite:  https://www.nasa.gov/smallsats