Phoenix, un tributo

miércoles, 25 de enero de 2017

Los nuevos destinos Discovery

Hace unas semanas, la NASA descubría cuáles de las misiones Discovery finalistas había escogido. En la lista, había dos a Venus y tres con la mira puesta a los asteroides. Pues bien, la NASA deja abandonada a Venus de nuevo, para centrarse en los asteroides. Son dos las misiones las escogidas, con dos destinos novedosos: los asteroides troyanos de Júpiter, y el mayor de los asteroides metálicos. 

En la entrada que versaba sobre los asteroides en general, y los investigados de cerca en particular, comentamos algo acerca de los asteroides troyanos. ¿Qué son los troyanos? Bueno, son dos acumulaciones de rocas situados en (casi) la misma órbita de Júpiter, pero con la suficiente separación como para no impactar nunca. Se encuentran alrededor de dos de los puntos de libración orbitales predecidos por el matemático francés Joseph-Louis Lagrange, y que son conocidos como puntos de Lagrange L4 y L5, estando el primero situado a 60º delante de (en este caso) Júpiter, y el segundo, 60º por detrás. Aunque el primer troyano fue encontrado por Edward Barnard en 1904, lo confundió con otro descubrimiento suyo, el satélite de Saturno Febe. El primer troyano identificado como tal lo encontró Max Wolf, en torno al punto L4 Joviano. Hoy lo conocemos como 588 Achilles. Desde entonces hasta ahora, hay listados más de 6000 asteroides troyanos, estando el punto L4 más poblado que el L5. ¿Pero por qué llamarlos troyanos? La idea la tuvo Johann Palisa (descubridor de asteroides célebres como 243 Ida y 253 Mathilde) porque, como los asteroides del cinturón recibían nombres femeninos, y los que se situaban fuera de él, masculinos, se le ocurrió que cada grupo de asteroides en los puntos L4 y L5 recibieran nombres a partir de la historia de las Guerras de Troya. De esta forma, los situados alrededor del L4 son conocidos como los "griegos", mientras que el L5 son los "troyanos" propiamente dichos. Sin embargo, los primeros asteroides troyanos bautizados antes de la regla de Palissa provocaron problemas, pero el asunto se quedó como estaba, de manera que entre los "griegos" hay un espía troyano (624 Hektor), y entre los "troyanos" hay un espía griego (617 Patroclus). 

Las investigaciones realizadas a los troyanos muestran que son objetos oscuros, cayendo la mayoría en la categoría de los tipo D de asteroides carbonáceos, aunque los hay también de los tipos C y P. El problema es que de momento no podemos trazar su origen, ya que apenas tienen parecidos entre el cinturón de asteroides principal, y tampoco parecen tener parientes en el lejano cinturón de Kuiper. Las indagaciones espectrales realizadas desde observaciones basadas en Tierra parecen mostrar un mayor parecido con 
algunos cometas, así como con varios de los satélites irregulares de Júpiter. Por las líneas espectrales detectadas, parecen tener una mezcla de hielo de agua, elementos parecidos al carbón y, en algunos casos, silicatos de magnesio. Más recientemente, el telescopio de infrarrojos WISE los investigó, llegando a unas cuantas conclusiones. La primera confirma que los griegos son más que los troyanos (en torno a un 40% más), la segunda, la clasificación de ellos, y la tercera, que son viejos, tanto, que deben ser los restos más antiguos del sistema solar, o estar entre ellos. Todavía tenemos preguntas sin respuesta, siendo la principal de ellas la de su origen. ¿De dónde vienen?

Aquí es donde entra la misión Discovery número 13. Recibe el nombre de Lucy, y como el fósil del australopitecus encontrado en África, pretende averiguar los orígenes de los troyanos y trazar una historia del sistema solar partiendo de ellos, comprendiendo cómo eran las condiciones cuando se formaron. Para ello, llevará a cabo un tour viajando a los dos grupos de troyanos para investigar varios de ellos de cerca. Empleando asistencias gravitatorias, la sonda será lanzada en una trayectoria que le llevará a cruzar el grupo de los "griegos" primero, donde visitará cuatro de ellos (3548 Eurybates, del tipo C y 64 km. de diámetro, 15094 Polymele, del tipo P y 21 km. de diámetro, 11351 Leucus, del tipo D y 34 km. de diámetro, y 21900 Orus, del tipo D y 51 km. de diámetro), para después lanzarse al campo de los "troyanos", visitando allí al infiltrado griego: 617 Patroclus, que se da la circunstancia de que es un sistema binario de asteroides, con dos objetos de interesantes proporciones (113 km. de diámetro Patroclus, y 104 km. de diámetro su compañero Menoetius), y que orbitan alrededor de un baricentro, estando separados por 680 km. de distancia. Ambos son objetos tipo P, y dado que están muy próximos entre sí, se conoce que su densidad es inferior a la del agua, haciéndoles parecerse más a cometas que a asteroides. Pero será Lucy quien desvelará el misterio, observando todos estos asteroides con un potente equipo científico heredado de misiones anteriores, y que ha dado excelentes resultados, con dos de los instrumentos provenientes de New Horizons (los sistemas Ralph y LORRI) y un tercero de OSIRIS-REx (el OTES, con gran herencia a sus espaldas). Lucy tiene previsto su lanzamiento en el año 2021, y tiene por delante una misión enormemente larga, de al menos 12 años, ya que alcanzar a los troyanos no es nada sencillo. 

Como ya hemos dicho, la misión número 14 del programa Discovery tiene la vista fija en el mayor de los asteroides metálicos. Cualquiera podría pensar ¿qué tiene de especial este cuerpo? De acuerdo con los estudios realizados desde Tierra, es lo más parecido al núcleo de un planeta terrestre que existe allí arriba. Descubierto el 17 de marzo de 1852 desde Nápoles por Annibale de Gasparis, 16 Psyche es un objeto tipo M de forma elipsoidal, con un diámetro que puede ir entre los 253 y los 214 km. de diámetro, y parece estar inclinado sobre la eclíptica de unos 95º, un poco al estilo de 21 Lutetia. Más lejano al Sol que Vesta y Ceres (los destinos de Dawn), su distancia media a Helios es de 2.9 unidades astronómicas. La gran pista acerca de la teoría del posible núcleo terrestre la dio el radiotelescopio de Arecibo, ya que Psyche es el asteroide más reflectivo al radar, lo que parece demostrar una composición casi pura de hierro y níquel, que son los materiales que conforman los núcleos de planetas como la Tierra o Mercurio. Lo que sugiere la teoría es que los impactos asteroidales provocaron que se pelara como una cebolla, dejando inalterado el núcleo de lo que un día fue un protoplaneta o planetesimal. Otras investigaciones han probado la existencia de hasta un 10% de material silicatado, concretamente piroxeno, que seguramente sean los restos de los asteroides que han impactado contra él. Aún más reciente, parece que se ha localizado hielo de agua o hidróxilo, tal vez dejado por asteroides carbonáceos. 

Para resolver las dudas (o para crear nuevas) la misión Psyche pretente entrar en órbita del asteroide que le da nombre para investigarlo de forma similar a cómo está investigando Dawn a Ceres. Lo primero es despegar (algo que ocurrirá en octubre del 2023, si no antes), pero luego empleará impulsión iónica para viajar hacia su destino, entrar en su órbita con suavidad, y maniobrar en torno al asteroide. Decimos que Psyche es prima hermana de Dawn por cómo son ambas, con grandes paneles solares, motores iónicos y cuatro investigaciones científicas. Con su llegada prevista para el 2030 (si no antes) tras sobrevuelos a la Tierra y Marte, se pondrá a trabajar de inmediato. El instrumento principal de a bordo será un espectrómetro de rayos gamma y neutrones, que es el único de su tipo capaz de examinar este objeto con precisión. Lo hereda de MESSENGER, un aparato que ya demostró su sensibilidad en Mercurio. Su misión, averiguar qué materiales metálicos, más allá del hierro y el níquel, están presentes en su superficie, para teorizar sobre cómo se formó. El segundo en prioridad será el magnetómetro. Dada la teoría del núcleo 
enfriado, es muy posible que exista todavía allí un campo magnético remanente. Si existe, eso querrá decir que se ha enfriado de fuera hacia adentro, así como tratará de averiguar si todavía dispone de una dinamo interna que siga produciendo magnetismo. El tercero en importancia será la cámara multiespectral. Derivada de las MastCam de Curiosity, además de servir para las operaciones de navegación óptica (que le permitirán entrar en órbita), permitirá crear mapas geográficos, topográficos y geológicos de su superficie. Nadie ha visto de cerca un asteroide metálico de estas proporciones y tipo, por lo que se prevé un paisaje completamente distinto a todo lo que estamos acostumbrados. Además, con los filtros espectrales a su disposición, investigará en el poco material rocoso que existe en su superficie. Y por último, el habitual sistema de radio ciencia, para investigar por dentro el asteroide empleando la gravedad de Psyche y su señal de comunicaciones por radio usando el desplazamiento Doppler. Esta investigación durará dos años, o más si aguanta.

Ya hace tiempo que el programa Discovery no aprobaba dos misiones de una tacada, pero es sin duda bienvenida la selección. Lamentamos que no haya sonda a Venus, pero estos nuevos destinos sin duda que saciarán nuestro apetito por descubrir nuevos mundos.

sábado, 31 de diciembre de 2016

Ventana al Espacio (XC)

video

El asteroide 4 Vesta, desde Dawn

Resumen del año 2016

En fin, se acaba el año y toca resumir. Si un acontecimiento ha marcado el 2016 es el retorno al hermano mayor del sistema, Júpiter. Así es, ya que el 4 de julio la bella dama del espacio, la sonda Juno, entró en su órbita para una misión que nos llevará a intentar entender al mayor planeta del sistema solar por dentro, cómo funciona, y como afecta al entorno que le rodea. Todo hay que decirlo, tras esta llegada exitosa, un problema con las válvulas del sistema de propulsión principal han evitado que esté en la órbita que le diseñaron, y esperemos que el año que viene baje a ella. No importa, ya que la información que tenemos hasta ahora es tremenda, y nos sirve como aperitivo para lo que está por llegar. Marte ha sido otro centro de atención, porque ha recibido savia nueva. Lanzadas el mes de marzo, 
tanto ExoMars TGO como su aterrizador Schiaparelli alcanzaron el planeta rojo, y mientras el orbitador sigue en una forma excelente, su complemento de superficie nos narró su descenso, pero un problema evitó que nos contara su aterrizaje. A pesar de esta baja, ahora tenemos nueva cifra récord de vehículos funcionando allí, nada menos que ocho, y es más que seguro que en el 2018 llegue otro más que sumar a la cuenta. Sobre los que están allí, siguen trabajando, con Curiosity taladrando como nunca (y con pequeños problemas por el camino), con Opportunity abandonando el Marathon Valley para recorrer todavía más el borde del cráter Endeavour (y de paso tratar de estudiar unos
pequeños barrancos que hay allí), con Mars Odyssey y MRO cumpliendo años en Marte (15 el primero, 10 el segundo), y el resto sigue sin más problemas. Ya hace un año que Akatsuki alcanzó Venus a la segunda, y ya en misión principal, nos regala, de cuando en cuando, asombrosas postales desde la diosa de la belleza. Y mientras, por Saturno, nuestra cronista desde allá, la venerable sonda Cassini, cierra el que es su último año completo de indagación, y está ya en la penúltima fase de su tarea. Con tiempo aún hasta su reentrada el 15 de septiembre, todavía tiene mucho que hacer, con sus anillos, con sus satélites pequeños, con el propio planeta, etc., pero este año tampoco ha estado 
descansando, ya que nos ha intrigado con su exploración de los fondos de los lagos de Titán (embarrados), nuevos cañones que culminan en sus lagos, el fascinante cambio de tiempo en su polo norte del satélite gigante, nuevas intrigas sobre sus anillos, y otras cosas. Para sorpresa de todos, en el cinturón de asteroides sigue nuestra aventurera, la sonda Dawn que, tras observar Ceres desde más cerca que nunca, y con una misión extendida aprobada (tras entregar muchísimo más de lo que le pedimos originalmente) ha remontado el vuelo, y se encuentra a más de 7.000 km. de su superficie, para ampliar todo lo que nos ha enseñado hasta la fecha. No sabemos cuánto más durará, pero este tiempo será sin duda bienvenido. No nos olvidamos de la última gran aventurera del sistema solar: New Horizons. Ahora que ha vaciado el cofre del tesoro, se prepara para su nueva tarea, que es la de estudiar de lejos los objetos del Cinturón de Kuiper que pasen frente a su objetivo, y que culminará con el broche de oro de examinar uno de cerca, el 2014 MU69, el 1 de enero del 2019. Entre tanto, hemos sido testigos de cómo ese punto de luz llamado Plutón (y sus satélites) se convertían en astros fascinantes, 
demostrando que el planeta es un lugar vivo, y sus satélites, lugares a los que volver, como al propio Plutón. Y un acontecimiento ocurrió a mitad de año, y es la resurrección de un observatorio solar tras 22 meses de silencio: STEREO-Behind. A pesar de unos primeros esfuerzos de recuperarlo, esta sonda sigue más o menos como estaba en el momento del primero contacto, y van a esperar a que esté más cerca para hacer un nuevo intento serio para devolverla a la actividad. No nos podemos olvidar de los exoplanetas. A la nueva ristra de ellos confirmados a partir de los datos de Kepler (que elevan la cuenta a más de 2000) hay otros que en cierta medida reclaman atención, como el más cercano a nosotros, Proxima b, orbitando alrededor de la estrella más próxima al 
Sol, Proxima Centauri, y sobre el que se está debatiendo enormemente, o como el sistema TRAPPIST-1, tres planetas orbitando una pequeña y fría estrella, y con posibilidades de que alguno de ellos pueda ser tipo Tierra. Y en el resto de noticias del cosmos, mucho y variado, y posiblemente las que destaquemos sean la del descubrimiento de la primera estrella de neutrones en la galaxia de Andrómeda por parte de XMM-Newton, y sobre todo, el hallazgo, por primera vez, de ondas gravitacionales emitidas por la fusión de agujeros negros. Y hay que decirlo, tanto XMM-Newton como su hermano de la NASA Chandra han cumplido 17 años de trabajo impecable, y todo lo que les espera todavía. No tenemos recursos como ellos allí arriba. Y por aquí abajo, en la Tierra, la ciencia terrestre sigue en marcha, con un resultado sobre todo que enfada, que es la detección de emisiones contaminantes de dióxido de azufre no reconocidas, por parte de los satélites que hay en órbita. Por supuesto, se ha seguido monitorizando el dióxido de carbono, observando y cuantificando los desastres, vigilando el fenómeno de El Niño, ya acabado, y más cosas. Por supuesto, no nos olvidamos de la ISS, que este año ha recibido nuevo espacio habitable, en forma de módulo inflable, que no solo 
cumple las expectativas, las está superando. También este es el año del retorno al vuelo del cohete Antares, el que envía la nave de carga Cygnus al complejo, y tras dos vuelos en los que ha usado el veterano y fiable Atlas V, vuelve a los orígenes, aunque con calma. En cuanto a la lista de altas, mucha ciencia terrestre, en forma de Jason-3, Sentinel-3A y Sentinel-1B, GOES-R (ya GOES 16), CYGNSS y la misión japonesa a los cinturones de radiación ERG, ya conocida como Arase, pero al espacio profundo, además de ExoMars TGO y Schiaparelli, la misión de recogida de muestras de un asteroide OSIRIS-REx, elevada este mes de septiembre, cogiendo el billete de ida hacia el asteroide Bennu. La de bajas es más bien corta: el sensor de vientos ISS-RapidScat (un problema con el suministro de energía), el ya mencionado Schiaparelli (problemas en el descenso y colisión con la superficie), el breve y trágico vuelo del observatorio japonés Hitomi (problemas informáticos y mal manejo) y, por supuesto, la misión que nos ha mantenido en vilo estos últimos años: Rosetta y Philae, con ambas ya descansando al fin 
en la superficie del cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, enseñándonos cosas hasta el mismísimo fin de misión, y todo lo que queda por analizar, comprender, publicar y alucinar. Y lo que nos espera en el 2017: el aerofrenado de ExoMars TGO, el séquito marciano continuando sus tareas, el sobrevuelo de OSIRIS-REx a la Tierra en septiembre, nuevas misiones al planeta Tierra (dos o tres Sentinel más, la esperada ADM-Aeolus, el explorador de alta atmósfera ICON), y el fin de misión de dos misiones que se han hecho un hueco en la historia: Dawn en Ceres, y el más anunciado pero no menos doloroso, Cassini en Saturno, en el año en que cumplirá los 20 desde su lanzamiento. Las despediremos como merecen. Y estaremos aquí para relatarlo. 

lunes, 5 de diciembre de 2016

Misión al planeta Tierra: CYGNSS

¿Cómo os quedáis si os decimos que estamos a punto de medir los vientos oceánicos usando las señales GPS? Pues sí, ya que un proyecto está a punto de ser enviado allí arriba para ello, para proporcionarnos una nueva perspectiva de los ciclones tropicales, y sus sucedáneos.

La técnica para medir vientos desde el espacio se llama dispersometría o difusometría, y actualmente se basa en instrumentos activos similares a un radar, que emiten pulsos de microondas y reciben la reflexión de estos mismos pulsos cuando rebotan en la superficie marina, derivando con ello tanto la velocidad como la dirección del viento en la superficie oceánica. Esta técnica es una de las más necesarias en cuanto a predicción de tormentas grandes, y recientemente, la agencia hindú ISRO ha lanzado un nuevo satélite para continuar esta base de datos. Con el tiempo, están apareciendo otras técnicas que deben demostrarse, que serán complementarias a la de la dispersometría por radar. Actualmente, el punto débil de esta técnica es que la enorme precipitación que ocurre en las regiones alrededor del ojo de la tormenta evita que los pulsos de microondas alcancen la superficie oceánica, por lo que se necesita otro método. De ahí que se recurra al uso de las señales de los satélites GPS.

¿Qué es una señal GPS? Básicamente, se trata de una emisión de radio que lleva insertada un código de tiempo (procedente de un reloj atómico enormemente exacto) que se corresponde al momento en que esta señal fue transmitida. Para una determinación fiable y precisa de una localización, hacen falta como mínimo tres señales independientes de cuatro satélites independientes. Creado inicialmente con propósitos militares, el sistema de posicionamiento global (actualmente GNSS, Sistema Global de Navegación por Satélite) está compuesto de varias constelaciones: la estadounidense GPS, el sistema ruso GLONASS, el sistema chino BeiDou, el sistem regional hindú IRNSS y el europeo Galileo (el único 100% civil actualmente). En realidad, transporte lo que transporte, las señales GPS son lo que son: una emisión de radio, y como tal, está sujeta a los efectos atmosféricos, oceánicos, etc. Aunque el primer satélite en usar un receptor GPS para su geolocalización sobre la Tierra fue el oceánico TOPEX/Poseidon, el primero en usar científicamente estas señales fue el alemán CHAMP, en cuanto a sondeos de la alta atmósfera se refiere, algo que ha continuado el tándem GRACE desde el 2002 hasta la fecha. Tan rápida ha sido su implantación que los dos satélites meteorológicos europeos MetOp portan un sistema similar operacional. Con el tiempo, se ha investigado en nuevas formas de usar las emisiones GPS
para la ciencia, y la dispersometría fue uno de ellos. Dado que muchas de estas señales están desaprovechadas, las que rebotan en la superficie oceánica son distorsionadas por los efectos de la velocidad del viento y, como poseen una frecuencia distinta a la de los instrumentos activos, son capaces de atravesar las enormes concentraciones de precipitación en las zonas próximas a la pared del ojo de un huracán o similar. Tras mucho desarrollo, al fin hay una misión lista para llevar esta dispersometría por GNSS desde el espacio, pero… ¿con un satélite?, no, con ocho.

Encuadrado en el programa Earth System Science Pathfinder, que ha dado otras misiones como GRACE y OCO-2, es la primera de toda una serie de proyectos denominada Earth Venture, que usará tanto misiones completas como instrumentos para realizar ciencia innovadora. Como la primera de estas misiones, CYGNSS (Sistema Global de Navegación por Satélite para Ciclones) es una prueba de concepto para comprobar que este método de medición funciona, tomando por el camino datos imposibles de obtener usando otras técnicas. Como hemos dicho, son ocho los satélites, porque para tomar las mediciones necesarias un único satélite se quedaría corto, mientras una constelación ofrece una mayor oportunidad de muestreo en el dinámico ambiente de una tormenta tropical.

A diferencia de muchas de las misiones que hemos relatado en esta Crónica, los ocho satélites CYGNSS son pequeños microsatélites, con medidas de 51 centímetros de largo, 59 de ancho y 22 de alto, y una vez desplegados en el espacio, una envergadura de 160 centímetros. Tienen forma triangular, más estrecha en el lado terrestre, y más ancho en el espacial, contando en su interior con todo lo necesario para funcionar en un paquete completamente integrado. Todos los elementos son de amplia herencia, usados en muchas misiones, tanto de órbita terrestre como de espacio profundo. Eso sí, la redundancia es funciona o selectiva. El poco espacio obliga. Su ordenador está centralizado en el procesador de doble núcleo LEON3 FT, y a su alrededor se ha construido la arquitectura Centaur, para
ejercitar todas las operaciones de a bordo, y va acompañado por un grabador de datos de 4 GB empleando tecnología de memoria flash. Sus comunicaciones son mediante un sistema de banda-S, empleando un sistema bidireccional (emisión y recepción) conectado a dos antenas del tipo parche de microtiras, una en la parte inferior y otra en la superior. La energía la recibe del Sol, empleando las células solares colocadas por todas las superficies disponibles, tanto en los paneles frontal y trasero, inferiores, y sobre todo, los superiores, a los que van conectados los paneles desplegables. Estos
poseen tres secciones por panel, y emplean células de alta eficiencia, totalizando una superficie activa de 0.71 metros cuadrados, suficiente para alimentar los sistemas de a bordo, y al tiempo cargar las dos pequeñas baterías de ión-litio. Estabilizados en sus tres ejes, carecen de toda propulsión, empleando para ello un sistema de referencia inercial, un escáner estelar, tres ruedas de reacción acopladas a sistemas de descompensación magnética y un magnetómetro, además de sensores solares. En cuanto al control termal, emplea mantas multicapa, radiadores, y diversos tratamientos sobre varias de las superficies. La única carga útil de cada satélite se llama DDMI, Instrumento de Cartografía de Retraso Doppler. Está compuesto por el Receptor de Cartografía de Retraso, dos antenas receptoras GPS (en las superficies superior e inferior de cada satélite) y cinco receptores GPS, uno para la tarea habitual de posicionar el satélite alrededor de la Tierra, y otros cuatro para realizar el procesado de señal para las mediciones científicas. Cada receptor modificado generará un mapa de Retraso Doppler, y con los cuatro, se consigue extraer la velocidad del viento en superficie. Pero al ser una constelación, el resultado serán 32 de estos mapas de Retraso Doppler para conseguir mediciones de la velocidad del viento más exactas. Toda esta información será guardada en un grabador propio, con capacidad de 1 GB. La masa de cada satélite es de 24 kg.

Los ocho satélites serán elevados en un único vuelo, y dadas sus modestas dimensiones, pueden recurrir al célebre Pegasus-XL. Eso sí, para encajar, se ha construido un módulo dedespliegue en dos filas, cada una conteniendo cuatro de los microsatélites. Además, el viaje es de cuidado: de sus instalaciones de ensamblaje y pruebas han viajado a la base de la fuerza aérea de Vandenberg, para su integración con el cohete, y éste, en el avión de transporte Stargazer. Con todas las operaciones acabadas allí, volará a Cabo Cañaveral, a la espera del día de lanzamiento, fijado para el 12 de
diciembre. Ese día, el Stargazer despegará hacia la localización de lanzamiento, a unos 60 km. de la costa, y a una altitud de 11.800 metros. Tras esto, el Pegaus-XL será soltado, y tras cinco segundos de caída libre, arrancará el motor de su primera fase, iniciando su misión. La órbita para la constelación CYGNSS es una a 510 km. de altitud sobre la Tierra, con una inclinación de 35º con respecto al ecuador. Desde esta trayectoria tiene acceso a las regiones tropicales en las que surgen estos fenómenos meteorológicos. Tras la separación y despliegue, y después de 60 días de chequeos, su misión comenzará.

La separación de la constelación será de unos 45º entre cada satélite, aunque para cumplir sus requisitos puede ser mayor o igual a 20ª entre ellos. Con esta órbita y esta separación, la constelación cubrirá la superficie terrestre hasta una latitud de 38º, tanto norte como sur, y con un tiempo medio de regreso a una localización de siete horas, aunque con sobrevuelos próximos a esa misma zona cada tres horas. El objetivo es estudiar la relación entre las propiedades de la superficie oceánica (como el viento), la humedad atmosférica, la radiación solar entrante y saliente, y la dinámica del núcleo interno de la tormenta. Para ello, CYGNSS conseguirá medir la velocidad del viento en la superficie oceánica en todas las condiciones de
precipitación, y medirá esta misma velocidad del viento en superficie en la zona de los núcleos internos de los sistemas tropicales, con la suficiente frecuencia como para comprender su formación y rápida intensificación. El resultado final debe ser un mejor entendimiento de cómo se forman estas tormentas, si se refuerzan o no, y cuánto se refuerzan, para así contribuir a la mejora de los pronósticos meteorológicos acerca de los ciclones tropicales, y de el rumbo que éstos seguirán una vez formados.

Desde aquí celebramos las misiones innovadoras, solo que todavía estamos encadenados a la superficie oceánica. El año que viene, llega otro innovador al juego de la velocidad del viento, por parte de la ESA, y ya hablaremos de él. 

sábado, 12 de noviembre de 2016

Misión al planeta Tierra: GOES-R

Actualmente, el lanzamiento de satélites a órbitas geoestacionarias es el pan nuestro de cada día, de tal manera que no aparecen en los servicios de prensa, salvo por accidentes. Ahí arriba, la mayoría son de telecomunicaciones, aunque una pequeña parte están allí para otras tareas distintas: los estudios meteorológicos. Pronto se lanzará un satélite meteorológico de nueva generación, que trae nuevas prestaciones para proporcionar más y mejor información para las agencias que se encargan de este tema.

La idea de un satélite de órbita geoestacionaria la tuvo el escritor de ciencia-ficción Arthur C. Clarke. Cuando arrancó la época espacial, todavía se tardaron casi diez años en poner allí arriba el primer satélite geoestacionario. Se llamaba ATS-1, acrónimo de Satélite de Aplicaciones Tecnológicas, un nombre que delata que se trataba de un demostrador con la misión de probar allí arriba las tecnologías que serían necesarias una vez se empezara a usar ampliamente esta posición sobre la Tierra. Este primer satélite de la NASA portaba una cámara de demostración que fue el modelo de los que serían los primeros sistemas de imágenes de los satélites geoestacionarios para meteorología, que tuvo gran éxito. Tras varios experimentos más, la NASA encargó una serie de satélites innovadores, siendo los primeros diseñados específicamente para proporcionar servicios meteorológicos desde trayectoria geoestacionaria. Respondían al acrónimo de SMS, Satélites Meteorológicos Sincrónicos, y fueron lanzados entre 1974 y 1975. Se trataba
de un diseño simple, tipo tambor, estabilizados a una rotación de 100 rpm, y equipaban como instrumento principal el radiómetro VISSR, capaz de, cada 30 minutos, obtener imágenes en luz visible de día (resolución de 900 metros) e infrarrojas por la noche (resolución, 9 km.). Junto con esta cámara, también equipó un sistema de monitorización de entorno espacial, encargado de vigilar la actividad solar desde su percha a 36.357 km. Otro equipo de a bordo era un sistema de retransmisión de datos desde distintos tipos de plataformas meteorológicas basadas en Tierra. Una vez lanzados y puestos en su lugar, SMS-1 ocupó una posición a 75º Oeste, permitiéndole ver la costa este americana, el mar Caribe, y la mitad occidental del océano Atlántico, mientras que SMS-2 fue colocado en una posición 135º W, observando la costa oeste americana, parte del mar Caribe, y el océano Pacífico oriental. En realidad, estos satélites no eran más que partes de un programa mundial, el denominado GARP (Programa de Investigación Global de la Atmósfera) involucrando todo tipo de experimentos, y la joya eran los satélites meteorológicos geoestacionarios, que en 1977 serían seis: los dos SMS de la NASA, el primer Meteosat europeo (colocado para observar Europa, África, y el océano atlántico oriental), los primeros satélites meteorológicos geoestacionarios soviéticos (posicionados para observar gran parte de Asia y el océano Índico) y el primer GMS japonés, situado para vigilar extremo oriente, Australia, y el océano Pacífico occidental, proporcionando así una visión global de la meteorología terrestre. Tan importantes resultaron estos dos SMS que la agencia NOAA (Administración Nacional Oceánica y Atmosférica) recibió la misión de operar estos satélites, y los que les siguieran, para mantener un flujo continuo de datos meteorológicos desde órbita geoestacionaria, colocándolos al final a la altitud ya tradicional de 35.792 km. sobre la Tierra. Así, el que hubiera sido SMS-C se convirtió en GOES-A, el primer Satélite Medioambiental Operacional Geoestacionario. De esta forma arrancó toda una generación de satélites que siguen funcionando hoy. La NASA ha construido y lanzado para NOAA hasta la fecha cuatro series de satélites GOES. La primera (GOES-A, B y C) eran prácticamente idénticos a los
SMS, siendo lanzados entre 1975 y 1978. La segunda serie GOES (GOES-D, E, F, G y H) era similar en diseño, aunque incorporaba mejoras, entre ellas un nuevo instrumento principal: VAS, el Escáner Atmosférico VISSR, que combinaba las funciones de cámara de los instrumentos anteriores con un escáner capaz de obtener mediciones de temperatura y humedad atmosféricas mediante perfiles verticales. La pega era que estos dos tipos de mediciones no podían obtenerse de forma simultánea. A esta serie también pertenece el único (GOES-G) que no alcanzó la órbita, como consecuencia de una anomalía en su cohete. Estos satélites fueron lanzados entre 1980 y 1987. La siguiente serie GOES fue introducida en 1994, y se trataba de un diseño completamente nuevo, con un bus en forma de caja, un enorme panel solar articulado, y estabilizado por rotación. Como la serie GOES-I (GOES-I, J, K, L y M), disponía de más y mejor instrumentación, con cámara y escáner
separados, y con un sistema para obtener imágenes de pequeña escala. Además, incorporó receptores para el sistema de búsqueda y rescate COSPAS-SARSAT. El último de la serie, además, incorporó una cámara de rayos X dedicada exclusivamente para observar al Sol. Estos satélites fueron lanzados hasta el 2001. La última serie hasta ahora es la que está en operaciones, la GOES-N, con tres ejemplares (GOES-N, O y P), puestos en órbita entre el 2006 y el 2010, siendo apenas versiones mejoradas de la serie anterior. En vista que estos satélites GOES, aunque válidos, se van quedando obsoletos, y debido a los cambios producidos en la prioridad de los datos geoestacionarios, se hace necesaria toda una nueva generación de satélites, la serie GOES-R.

Este nuevo ejemplar es más grande, más pesado, con más y mejor instrumentación, y ofrece más servicios. Para su construcción se han basado en la plataforma A2100 de la firma Lockheed Martin, usada en decenas de satélites de telecomunicaciones y de GPS. Cuenta con unas dimensiones de 6.1 x 5.6 x 3.9 metros, divididos entre el módulo de carga útil y el de servicio. Todas las funciones están duplicadas para ofrecer redundancia y un máximo tiempo de servicio (al menos 15 años), y todos los elementos de hardware tienen sustancial herencia en proyectos anteriores, como el ordenador, o las comunicaciones, así como el sistema de control de actitud.
Una de las partes importantes del satélite es su motor de apogeo, del tipo LEROS, que lo usará para situarse en órbita geoestacionaria. No es su única propulsión, ya que empleará pequeños motores para maniobrar alrededor de la órbita geoestacionaria, y cambiar su posición. Por supuesto, el control termal es el habitual. Su instrumentación está formada por seis elementos. El principal para observación terrestre es ABI, la Cámara Base Avanzada. Supone una inmensa mejora respecto a anteriores cámaras de GOES, ya que puede combinar las funciones de la cámara y el escáner de satélites anteriores. Lo más importante es que ofrece una mayor capacidad de observación gracias a una mayor cobertura en longitud de onda, pasando de cinco en sensores anteriores a 16, desde el visible (bandas azul, verde y roja) hasta el infrarrojo desde 0.86
hasta 13.3 micrones, ofreciendo muchos más productos y servicios. No solo eso, también es capaz de ofrecer tres veces más resolución espectral, cuatro veces más resolución espacial, y cinco veces más resolución temporal. Cuenta con cuatro modos de funcionamiento: el modo por defecto es el modo de todo el disco, capaz de obtener imágenes de la Tierra cada cinco minutos, con resoluciones que van de los 500 metros a los dos km. El segundo modo es el de mesoescala. En él ofrece una cobertura en forma cuadrada cubriendo una franja de 1000 x 1000 km. cada 30 segundos, con una resolución idéntica al modo anterior. El tercer modo, el de Estados Unidos continental o CONUS, cubre un rectángulo de 5000 x 3000 km. sobre Estados Unidos, obteniendo una imagen cada 5 minutos, con idéntica resolución que en los modos anteriores. El último es el modo Flex, que combinará el uso de los tres anteriores ofreciendo un escaneo de todo el disco cada 15 minutos, uno de CONUS cada cinco minutos y dos de meso escala cada un minuto (o una sub-región cada 30 segundos). El segundo que observará la Tierra es GLM, el Cartógrafo de Rayos Geoestacionario. Es el
primer instrumento dedicado a observar rayos desde órbita geoestacionaria, y en cierta medida, deriva del sensor LIS que incorporó el satélite TRMM. GLM equipa un sistema óptico de alta calidad acoplado a un sensor CCD de 1372 x 1300 pixels. Sintonizado en una longitud de onda de 777.4 nm, es capaz de obtener imágenes a un ritmo de una cada dos milisegundos, de ahí su característica de ser un sistema de alta velocidad, con una resolución vertical de 8 km. El propósito es observar la cantidad de rayos total (dentro de una nube, entre nubes, y de nube a la superficie) de manera continua, permitiendo obtener información tal como frecuencia del evento o localización y extensión, midiendo así la extensión y potencia de tormentas o ciclones tropicales, información importante para los estudios meteorológicos, permitiendo así mejorar las predicciones de potentes eventos, potencialmente destructivos. Otros dos observarán continuamente al Sol, montados sobre el pivote del panel solar. EXIS, Sensores de Irradiación de ultravioleta Extremo y rayos X. Son en realidad dos sensores en un paquete único, diseñados para registrar la irradiación solar en estas dos longitudes de
onda. Esta irradiación se corresponde con la energía que se deposita en la alta atmósfera, capaz de bloquear las redes de comunicaciones, afectar a los sistemas de navegación por GPS o desconectar las redes de energía. Por ello, registrará eventos tales como llamaradas solares midiendo la cantidad de energía que emiten estos fenómenos. El Sensor de Rayos X (XRS, 0.05 - 0.8 nm) detectará eventos de protones solares capaces de atravesar el campo magnético terrestre, responsables de apagones en las emisiones de radio. Proporcionará más información para añadirla a las predicciones de la meteorología espacial. EUVS, el Sensor de Ultravioleta Extremo (5 – 127 nm), registrará la energía emitida por nuestra estrella que acaba depositada en la alta atmósfera, en capas como la ionosfera (poniendo en peligro las comunicaciones de alta frecuencia basadas en tierra) y la termosfera (causando la expansión de las capas altas atmosféricas, provocando un incremento en la fricción que sienten los satélites de órbita terrestre, lo que les lleva a perder altitud). Estos dos sensores son versiones mejoradas de algunos elevados anteriormente al espacio, continuando la serie temporal en estas longitudes de onda. SUVI, Cámara Solar Ultravioleta, sustituye la
cámara de rayos X montada en satélites GOES precedentes, pero proporcionará vistas globales de nuestra estrella, tratando de observar la actividad cuando ésta se produzca, permitiendo, por ejemplo, seguir la dirección de las erupciones solares. También se centrará en zonas activas en la superficie solar, como anticipo de los eventos explosivos que se dan en ellas. El propósito es proporcionar información sobre los eventos relacionados con la meteorología espacial, como tormentas geomagnéticas, capaces de provocar todo tipo de problemas como apagones de electricidad, bloqueos en las redes de comunicaciones, daños en los satélites, desactivación de los sistemas GPS, y otros efectos. Por las seis longitudes de onda que registrará esta cámara (30.4, 28.4, 17.1, 13.1 y 9.4 nm) se parece más a sistemas que ya llevan tiempo en el espacio, como el telescopio EIT de SOHO, EUVI de STEREO o AIA de SDO, y tiene el propósito de localizar agujeros coronales para pronosticar tormentas geomagnéticas, detectar y localizar llamaradas, generadores de eventos de partículas solares energéticas (que se depositan en los cinturones de Van Allen), monitorizar cambios en la corona solar como anticipo de eyecciones de masa coronal, detectar actividad más allá del limbo oriental para pronosticar la actividad solar, y analizar la complejidad de las regiones de llamaradas, para mejorar las predicciones de estos eventos. Los dos últimos son para estudios en el entorno
del satélite, o in situ. El Juego de sensores in-situ de Entorno Espacial SEISS está formado por cuatro instrumentos (EHIS, Sensor de Iones Pesados Energéticos; MPS-HI y MPS-LO, Sensores de Partículas Magnetosféricas, de alta y baja energía; y el Sensor de Protones Solares y Galácticos SGPS) con el propósito de medir los flujos de iones pesados, protones y electrones dentro de la magnetosfera, que pueden dañar satélites y herir a los astronautas, a través de descargas electrostáticas, además de alertar de altos flujos de partículas energéticas, para permitir reducir riesgos de daños a, entre otras cosas, las comunicaciones por radio. Y por último, el magnetómetro, o MAG, emplea un par de unidades de flujo saturado triaxiales, situados en un mástil desplegable, con el propósito de medir el entorno espacial para ver cómo el campo magnético terrestre controla la dinámica de las partículas cargadas en la zona externa de la magnetosfera, peligrosas para satélites y para astronautas. Proporcionará información sobre el nivel general de actividad geomagnética, permitiendo detectar repentinas tormentas magnéticas. Además de esta instrumentación, GOES-R ofrece otros servicios. Lo que llaman UPS, Servicios Únicos de Carga útil, se centra en cuatro tareas. La primera es GRB, la Re-retransmisión GOES, que reemplaza al anterior servicio GVAR (GOES Variable), y se ha diseñado para emitir los productos proporcionados por la instrumentación del satélite en casi tiempo real. Empleará un enlace de radio sintonizado en banda-L capaz de apoyar ratios de descarga de hasta 31 megabits por segundo, entregando imágenes de todos los canales de ABI comprimidos, así como lo producido por el resto de sensores. De esta manera se obtiene toda la información adquirida por el satélite prácticamente de manera instantánea, algo que los servicios meteorológicos agradecerán. DCS, Sistema de Recolección de Datos, es un enlace que se conecta con
plataformas basadas en Tierra (en la superficie, en el mar, o en globos aerostáticos) para retransmitir información medioambiental en los lugares en las que estas plataformas están ubicadas. El nuevo sistema de GOES-R es capaz de aceptar hasta 433 canales distintos, por los 266 anteriores, incrementando la cantidad de información a transmitir. EMWIN, la Red de Información Meteorológica para los Directores de las agencias de Emergencias, permite transmitir en casi tiempo real pronósticos meteorológicos, alertas, gráficos, y otra información directamente del Servicio Meteorológico Nacional estadounidense, y en lo que concierne a GOES-R, permite la transmisión de imágenes de baja resolución, junto con otros productos, mediante el servicio HRIT (Transmisión de Información de Alto Ratio) a terminales compatibles basadas en Tierra, equipo generalmente colocado en agencias
meteorológicas locales o regionales. Y por último, SARSAT, o Seguimiento de Búsqueda y Rescate Asistido por Satélite, es un sistema que detecta y localiza señales emitidas por balizas de emergencia a bordo de buques, aviones, o incluso equipos de mano para pequeños grupos de personas, retransmitiéndolas a estaciones de tierra, y de allí, al centro de control de SARSAT, que envía ayuda de manera inmediata. El de GOES-R funcionará a una frecuencia menor para así detectar señales más débiles. Sólo en el 2015 unas 250 personas fueron rescatadas por este servicio, que es parte del sistema internacional COSPAS-SARSAT. Una vez a plena carga en el momento del lanzamiento, dará un peso en báscula de 5.192 kg.

Si ha habido variedad en el diseño de los satélites GOES, también en el tipo de cohetes que los lanzaron. La serie GOES-A fue lanzada por los Delta 2914, para luego pasar al Delta 3914 en la serie GOES-D. La serie GOES-I empleó los Atlas I y Atlas IIA, y los últimos, los GOES-N han regresado a los Delta, en esta ocasión los Delta 4-M (4,2), también conocido como Delta 4-9240. Para la nueva serie de satélites, se ha optado por regresar a la familia Atlas, para utilizar la misma variante que elevó hacia Marte al rover Curiosity, el Atlas-541, con potencia de sobras para levantar una carga tan pesada a órbita de transferencia geoestacionaria, o GTO. El despegue está programado para el 19 de noviembre, desde la plataforma 41 de Cabo Cañaveral. Una vez acabe el papel del lanzador, será el propio GOES-R el que se posicionará en trayectoria geoestacionaria, empleando su motor LEROS, estacionándose inicialmente en la posición 89.5º Oeste.

Actualmente hay tres satélites GOES en servicio, dos proporcionando información meteorológica regular, y uno en almacenamiento en caso de que uno de ellos sufra alguna anomalía o avería. De esta manera, tenemos a GOES-N (como GOES 13) en la posición 75º Oeste, funcionando como GOES-East, a GOES-P (GOES 15) en la posición 135º Oeste como GOES-West, y a GOES-O (GOES 14) en almacenamiento en órbita en posición 105º Oeste. Cuando GOES-R llegue a la órbita, y renombrado como GOES 16, se establecerá en su posición temporal antes mencionada para recibir un periodo de chequeo y validación de un año de duración, tras lo cual se espera que entre en operación de manera inmediata, aunque es todavía pronto saber en qué posición operacional será situado.

GOES-R no será un modelo único en la serie, ya que en los próximos años serán elevados sus hermanos GOES-S (por el momento, para el 2018) GOES-T (2019) y GOES-U (2024), que están en producción. Todo para mejorar la ciencia de la meteorología y los pronósticos, aunque a veces no lo parezca.