Phoenix, un tributo

jueves, 22 de enero de 2015

Misión al Planeta Tierra: SMAP

Imaginamos que habréis paseado por el campo. ¡Qué pregunta más tonta! Por supuesto, lo habréis hecho. Pero, ¿alguna vez habéis tocado el suelo, la tierra? Seguramente sí, y la habréis encontrado seca y basta, o arenosa, todo depende del lugar. Claro, da que pensar. Si el suelo está seco, pero lo que te rodea está lleno de árboles, ¿cómo obtienen éstos todo lo que necesitan para crecer y florecer? Para eso tendríamos que coger una pala y escavar, y mucho. Entre los muchos ingredientes que toda vida vegetal necesita para prosperar está, obviamente el agua, pero a no ser que estés cerca de un rio, será difícil que consigas saber de dónde viene para que las plantas crezcan y den fruto. Porque, aunque la propia superficie esté completamente seca (a no ser que haya llovido, claro está), el agua que se precipita tiene que ir por obligación a algún lugar. Lo que ocurre es que ese líquido elemento acaba finalmente absorbido por la propia tierra, quedando almacenada bajo el suelo a varios centímetros o metros bajo la superficie, de ahí que las plantas necesiten raíces para llegar a esa zona húmeda del subsuelo.

Una presentación simple y tonta que todo el mundo conocerá sin duda, pero era necesario empezar así. Un suelo húmedo es la clave para el crecimiento vegetal, y es uno de los parámetros que, de conocerse, posibilitará mejores cosechas, o incluso evitar catástrofes naturales. Por supuesto, el ser humano ya es bastante catástrofe, pero cuando trabajamos bien somos capaces de conseguir cosas muy importantes. Cuando empezamos a lanzar chismes al espacio, pronto nos dimos cuenta que un satélite en órbita es una potentísima herramienta para monitorizar distintos aspectos del sistema terrestre, desde la atmósfera, los océanos o la propia superficie. Se han desarrollado todo tipo de instrumentos científicos: cámaras visibles, sensores infrarrojos o ultravioletas, y también detectores de microondas y potentes sistemas de radar. Todo esto junto proporciona una visión global de lo que acontece día a día, hora a hora, en cualquier parte de la Tierra. Para obtener información de los distintos elementos que forman el sistema terrestre hay sistemas específicos, pero hasta recientemente no había ninguno capaz de detectar y calcular la cantidad de humedad del suelo de forma global. Solo la inversión en tecnología y la inventiva fue necesaria, en el 2009, para colocar en órbita la primera misión con la dura tarea de extraer la cantidad de humedad del suelo por toda la superficie emergida 
de nuestro planeta. El satélite europeo SMOS lleva haciendo desde entonces un trabajo increíble, aunque en sus primeros meses las excesivas emisiones de radar procedentes de la Tierra interferían en su detector, lo que llevó a la ESA a obligar a reducir la potencia de esos radares. Su instrumento, el radiómetro de microondas MIRAS, emplea una nueva aproximación similar a la usada en los sistemas SAR para simular una antena de enorme tamaño con una estructura lo suficientemente compacta como para plegarse y caber en una cofia de cohete. En vez de situar una única gran antena, se dispusieron 69 pequeñas antenas en una estructura similar al aspa de un helicóptero. Sintonizado en banda-L, no solo es capaz de extraer la humedad del suelo, también fue diseñado para conseguir calcular la salinidad de los océanos. En su modalidad de humedad del suelo, es capaz de registrar la cantidad de agua en un volumen de tierra dado con una exactitud del 4% con una resolución espacial de 50 km, el equivalente a detectar una cucharada de agua en un puñado de tierra. Este curioso satélite continúa funcionando sin problemas, y ya se encuentra en misión extendida, tras superar su encargo primario de tres años.

¿Acaso es tan importante el estudio de la humedad del suelo? Lo es más aún, tanto, que el sensor Aquarius de la NASA aportado al satélite argentino SAC-D, encargado de calcular la salinidad oceánica, también está siendo capaz de obtener información acerca de esta humedad. No solo las plantas obtienen parte de lo que necesitan para su alimentación y crecimiento, sino que la atmósfera, cumpliendo a rajatabla el ciclo del agua, obtiene de la humedad del suelo (cuando hay una gran concentración), mediante la evaporación, la cantidad necesaria para equilibrarse. Claro, como en todo, demasiado poca humedad no es bueno, y demasiada concentración puede ser todavía peor. De esta forma, los científicos terrestres, en una de sus reuniones con las agencias espaciales, dieron forma a una hoja de ruta sobre las misiones que más hacían falta, y le dijeron a la NASA que pusiera, en el plazo de tiempo más breve posible, una misión exclusiva para la medición de la humedad del suelo.

La respuesta está a punto de enviarse al espacio, y responde al acrónimo de SMAP, Humedad del
Suelo por medios Activos y Pasivos. Su propósito es estudiar la concentración de humedad globalmente, con una alta resolución espacial y con una gran capacidad de retorno sobre áreas de interés. El resultado final es uno de los satélites más inusuales que hayamos visto. A diferencia de la mayoría de satélites lanzados por la NASA en los últimos tiempos, la construcción de todo el conjunto se ha hecho en el propio JPL. El satélite en sí es una caja de aluminio de 1.5 x 0.9 x 0.9 metros, que almacena en torno a ella todo lo que necesita para funcionar. Gran parte del hardware es herencia de proyectos anteriores, por lo que son sistemas más que fiables y probados, como su ordenador (controlado por un procesador RAD750, complementado por un grabador de datos de enorme capacidad), sistema de comunicaciones (transmisor-receptor de banda-S para la recepción de comandos y envío de telemetría de los sistemas del satélite, más un transmisor de banda-X para la transmisión de la información científica generada por la instrumentación), control termal (calentadores, radiadores y mantas multicapa) o el sistema de control de actitud. Estabilizado en sus tres ejes, mantiene su orientación usando una unidad de referencia inercial, un escáner estelar, propulsores, sensores solares, unas ruedas de reacción especiales y sistemas de desaturación magnéticos, mientras que carece de los cada vez más habituales receptores GPS, usando el sistema de banda-S para realizar seguimiento Doppler para conocer su posición y órbita exactas. La generación energética depende de un panel solar fijo de tres secciones y 7 metros cuadrados de superficie activa, que genera lo suficiente como para alimentar todos los sistemas de a bordo, y se encuentra apoyado por una batería de ion-litio. El 
sistema científico está dominado por tres elementos: los dos sensores y la característica principal de SMAP. El satélite dispone de una enorme antena de rejilla de 6 metros de diámetro, inclinada 35.5º con respecto a la vertical, unida por un mástil a la estructura. Acoplado al Ensamblaje de Plataforma Rotatoria o SPA, este sistema está diseñado para rotar entre 13 y 14.6 rpm, proporcionando un ancho de escaneo de aproximadamente 1.000 km., lo suficiente como para cubrir toda la Tierra en dos o tres días. Esta estructura estará plegada y fijada al resto del satélite durante el lanzamiento para después liberarse en órbita y adoptar su forma y posición. La propia estructura de la antena es la que ha motivado en gran parte el diseño del propio satélite. Dada la posición de esta, en la zona superior de la estructura, la utilización de receptores GPS quedaría severamente degradada al impedir la recepción de estas señales. También las ruedas de reacción son específicas para SMAP para compensar la enorme inercia que la rotación de la antena generará. Esta antena sirve a los dos sensores. El elemento pasivo en un radiómetro de microondas que está sintonizado en banda-L. Está colocado en el centro de la plataforma rotatoria que comparte con la antena, de manera que se mantiene constantemente enfocado sobre ella. Dispone de cuatro canales para obtener sus mediciones, consiguiendo una resolución espacial de 40 km. En cuanto al elemento activo, se trata de un Radar de Apertura Sintética, o SAR. También sintonizado en banda-L, se encuentra localizado en la estructura del satélite, en un lateral que nunca ofrecerá al Sol para evitar un sobrecalentamiento al sistema. A pesar de estar desenfocado de la antena (aunque comparte el receptor cónico que también sirve al radiómetro), la utilizará para enviar su señal a la superficie y para luego recibir la señal rebotada de ella. Emplea tres canales de polarización con un amplificador de alta potencia que consume el solo 500 W. Su resolución espacial varía de 1 a 3 km. en el 70% exterior del escaneo de la antena. El peso en báscula de todo el conjunto en el momento del lanzamiento será de 944 kg.

Su lanzamiento está previsto para el 5 de noviembre, y el encargado será uno de los últimos Delta 2-7320 que quedan. Los requisitos de su órbita (sincrónica solar, casi polar, a 685 km. de altitud, cruzando el ecuador a las 18 horas) obliga a que el despegue se produzca desde la base de Vandenberg, en California. Tras separarse del lanzador el satélite seguirá una coreografía bastante compleja hasta que todos los apéndices, sobre todo la importantísima antena reflectora, estén en su sitio. Tras esto habrá un periodo de tres meses en el que el satélite estará a prueba antes de dar por empezada la tarea primaria, de 3 años de duración.

El objetivo de SMAP, como hemos dejado claro, es el cálculo de la humedad del suelo en todas las superficies emergidas de la Tierra, y para lograrlo empleará la combinación del radiómetro de microondas (en concreto su exactitud en la detección de la energía emitida naturalmente) y el sistema SAR (concretamente su alta resolución espacial), juntando la información adquirida por ambos sistemas, consiguiendo penetrar hasta un metro bajo la superficie y obteniendo mapas de humedad con una resolución de 10 km. A partir de la información enviada al centro de control, se podrán hacer los siguientes estudios: comprender los procesos que unen los ciclos del agua terrestre, de la energía y del carbono; estimar los flujos globales de agua y energía en las tierras emergidas de nuestro planeta; cuantificar el flujo neto de carbono en las regiones boreales; mejorar la capacidad de realizar mejores pronósticos meteorológicos y climatológicos; y mejorar la capacidad de monitorización de sequías y predicción de inundaciones.

Entre las aplicaciones prácticas de sus resultados, SMAP permitirá lo siguiente: la información acerca de la humedad del suelo se introducirá en los modelos numéricos de predicción meteorológica, permitiendo pronósticos más exactos y una mayor rapidez en la emisión de estos; detectará cuando un área superficial se está acercando a una condición de grave sequía, lo que permitirá tomar las decisiones más apropiadas con mayor antelación; a partir del estado congelación-descongelación del hielo y la nieve se podrá pronosticar el riesgo de inundaciones graves, así como el de corrimientos de tierra provocados por una excesiva saturación de humedad en el subsuelo; ayudará a una mejor producción agrícola al indicar cuándo es el mejor momento para iniciar una plantación o una cosecha, así como evitar la pérdida de una cosecha por un exceso de humedad; además, con el exceso de humedad en diversas áreas, vigilará el riesgo de aparición de enfermedades, tratará de evitar problemas de hambrunas, u otras catástrofes asociadas al ciclo del agua.

De todas las misiones de la NASA declaradas como urgentes por la comunidad científica, esta será la primera en ser lanzada. Su misión corre prisa, ya que como este es uno de los elementos del sistema terrestre menos entendidos, cuanto antes se tenga información de alta calidad y resolución mucho mejor. Cuanto mayor sea la utilidad de los satélites que tenemos allí arriba, la forma en que observaremos nuestro planeta sin duda mejorará. Mucha suerte.

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