El díóxido de carbono, aunque es uno de los gases de menor concentración en la atmósfera terrestre, tiene un muy fuerte impacto en la climatología. Por pequeña que sea la concentración, provoca efectos profundos sobre lo que ocurre en todo el planeta. Deberíamos estarle eternamente agradecidos todo el mundo porque sin su presencia, nuestro planeta sería una esfera congelada. Pero eso teniendo una concentración adecuada. Pero si nos pasamos un poco, en vez de convertir la Tierra en un témpano, provocaríamos que fuera un abrasador erial. Su poder de retener la energía infrarroja emitida desde Helios y reflejada por la superficie terrestre se incrementa de manera proporcional a la concentración existente en la atmósfera. En esta época en la que se habla de calentamiento global, cambio climático, y otros eventos similares, conocer la concentración de este gas es posiblemente más importante que nunca, y ahora que tenemos los medios a nuestro alcance, no hay que dejar escapar la oportunidad.
Este gas, formado por dos moléculas de oxígeno y una de carbono (su representación química es O=C=O), es emitido de manera natural por una amplia cantidad de fuentes: actividad volcánica, respiración de plantas y animales, la descomposición de los restos orgánicos (véase los seres vivos muertos). Pero además, existen en nuestro planeta formas de controlar la concentración emitida naturalmente: por meteorización en las rocas (la lluvia o el agua marina absorbe el dióxido de carbono y reacciona con los minerales de la corteza terrestre) que acaba formando minerales carbonatados, por la fotosíntesis de las plantas, que lo convierten en oxígeno, y por el consumo de componentes orgánicos por parte de la vida animal. Cuando existe un exceso de material orgánico, a lo largo del tiempo acaba formando carbón o petróleo y se acumulan en depósitos. Allí queda encerrado gran parte del dióxido de carbono para así mantener la concentración atmosférica en niveles aceptables. El problema empezó cuando se inició la revolución industrial a mediados del siglo XVIII. Pronto las fábricas crecieron, y para cambiar la mano de obra manual por otra mecánica, hacía falta combustible, y éste vino principalmente del carbón. A medida que pasaban las décadas las fábricas se ampliaban, la población aumentaba, y sus necesidades también. Actualmente muchas actividades emiten grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera: la generación de energía, la fabricación de productos de consumo, los sistemas de calefacción de los edificios (tanto aires acondicionados para dar frío como las estufas para proporcionar calor), la fabricación de cementos para construcción, y en menor medida, el transporte. Después se han añadido otros, tales como la deforestación, los incendios forestales, quemado de biomasa, así como otros procesos. De esta manera, y a través de los estudios realizados, se sabe que la concentración de dióxido de carbono ha aumentado de 280 partes por millón a 400 desde el comienzo de la revolución industrial, un incremento brutal. Lo peor no es eso, es que la inmensa mayoría del carbono emitido es de una variante de un peso isotópico muy pesado, lo que significa que es muy difícil de eliminar. De esta manera, aunque el dióxido de carbono emitido naturalmente se disipa con facilidad, el producido por las actividades humanas es altamente complicado de expulsar. Con ello, se ha podido ver que durante todo el siglo XX, la temperatura global ha aumentado en 0.6º C por causa del efecto invernadero. Por todo esto, y otras cosas, se hacía necesaria una misión espacial cien por cien dedicada a estudiar todo lo relacionado con el dióxido de carbono atmosférico.
Actualmente, tenemos muchas misiones que están observando el sistema terrestre de diversas formas para completar una imagen global de nuestro planeta. Así, satélites como Terra o Landsat 7 son capaces de adquirir imágenes en las que se muestra la extensión de las masas de vegetación sobre la superficie, para observar cambios estacionales en la masa vegetal por causas naturales o provocadas por el ser humano, para luego juntarlas con la información de los sensores MOPITT de Terra, AIRS de Aqua y TES de Aura, y con ellos, saber la concentración existente y relacionarlo con los cambios en la superficie. En especial los instrumentos AIRS y TES son bastante adecuados para la detección del dióxido de carbono, pero como también monitorizan otros gases de escasa concentración (monóxido de carbono, metano, etc.) que suponen solo un 1% de la composición total atmosférica, no se puede extraer la información necesaria para crear una imagen global de lo que ocurre con el dióxido de carbono.
Perteneciente al programa Earth Science System Pathfinder de la NASA (que maneja misiones como
GRACE o Aquarius), una combinación de misiones tanto científicas como tecnológicas con objetivos científicos muy concretos usando vehículos de tamaño pequeño o medio, el satélite OCO (Observatorio Orbital del Carbono) es una herramienta muy especializada dedicada en exclusiva a la tarea de seguir allá a donde vaya el dióxido de carbono. Aunque es un satélite pequeño, se encuentra perfectamente equipado para la labor, y desde la órbita prevista, es capaz de completar una visión global de la Tierra cada 16 días. Seleccionado en julio del año 2002, recorrió un largo camino hasta que pudo colocarse en la punta de su lanzador. Especialmente, su único instrumento resulta ser de nueva concepción, con una aproximación inédita, aunque usando componentes ya probados y fiables en el espacio. En el 2008 llegó a su base de lanzamiento, y estaba listo para ser enviado el 23 de febrero del 2009.
OCO-2 es el reemplazo del satélite original, perdido en el despegue cuando la cofia protectora no se separó, impidiendo así a la última fase del lanzador colocar al satélite en su órbita a causa de la masa extra añadida, provocando así la reentrada y posterior colisión con el océano Índico cerca de la Antártida. Tres días después de la pérdida del vehículo, el equipo científico solicitó a la NASA el presupuesto necesario para construir un segundo satélite. Si esta financiación llegaba inmediatamente, el nuevo observatorio del carbono estaría en el espacio al final del 2011. No fue hasta casi un año después que recibieron la autorización y la liquidez necesaria para ello, y como el programa resultaba idéntico, incluyendo el mismo tipo de lanzador, si subsanaba los problemas, se esperaba lanzar a OCO-2 en febrero del 2013. Por desgracia, tras dos años en Tierra, el cohete Taurus XL 3110 de la empresa Orbital, es decir, el mismo modelo que falló en el 2009 y que debía elevar al segundo satélite en el 2013, volvió a fracasar, y por el mismo motivo (la no expulsión de la cofia), provocando la pérdida del satélite de monitorización de partículas de aerosol Glory el 4 de marzo del 2011. A causa de la falta de información sobre el por qué de este fallo en dos misiones consecutivas (tras dos años de margen) la NASA y la empresa Orbital decidieron poner fin al contrato de lanzamiento. Esto provocó un nuevo retraso en el lanzamiento de OCO-2, esta vez hasta el 2014. Entre las posibilidades para lanzarlo estaba el Pegasus XL, el Falcon 9 de SpaceX, el Delta 2 (cuyo último lanzamiento fue a finales del 2011) o el potente Atlas V. La decisión final se tomó en el verano del 2012, y el 16 de julio se anunció el seleccionado.
OCO-2 supone un ejemplar prácticamente clónico del perdido en el 2009, de manera que sus características son idénticas, aunque dispone de elementos mejorados y a la última. Emplea la plataforma LEOStar-2 de Orbital, usada para dar forma a satélites terrestres como SORCE, AIM o Glory, para construir observatorios astronómicos como GALEX o NuSTAR, o la de momento única sonda de espacio profundo desarrollada por la compañía, la asteroidal Dawn. Es un bus de forma hexagonal altamente configurable, pudiendo acomodar todo tipo de hardware a petición del cliente. Así mismo, los componentes vitales para su funcionamiento también son customizables. Puede tener capacidad de propulsión o no, y puede disponer de redundancia completa, selectiva, o sin redundancia. Para el caso de OCO-2, se ha elegido esta última, junto con la capacidad propia de propulsión. La plataforma LEOStar-2 suele ser una caja de medidas contenidas, aunque para esta misión se tomó la decisión de prolongar la estructura para incorporar en su interior su único instrumento científico. Con 2.12 metros de largo y 0.94 de ancho, está fabricado usando secciones en panal de abeja elaboradas en aluminio, almacenando en su interior casi todo el hardware del satélite. En el exterior se sitúan las antenas,
algunos elementos del sistema de control de actitud y elementos del sistema de protección termal. El ordenador se basa en el extremadamente fiable procesador RAD6000 (empleado en numerosas misiones espaciales como orbitadores y aterrizadores marcianos, y en este caso reformado para incorporar una nueva memoria RAM estática), y maneja todas las operaciones de a bordo, utilizando un software de vuelo altamente flexible y casi autónomo del control de Tierra, siendo capaz de monitorizar el estado de sus sistemas, resuelve algunos problemas de a bordo, recopila la información científica, mantiene la actitud apropiada, distribuye los comandos recibidos de las estaciones de control, etc. La unidad de electrónica central posee una memoria RAM de 1 GB, junto con 3 MB de memoria no volátil para almacenar información sensible a pesar de perder la energía. Dos tarjetas independientes se encargan del manejo del flujo de órdenes y datos por todo el sistema informático. Una tarjeta de carga, que opera de manera independiente a la unidad central se encarga de recibir, validar y descodificar los comandos enviados por el control para después dirigirlos a las secciones apropiadas, mientras que una tarjeta de descarga prepara los datos guardados tanto de mantenimiento como del instrumento para su posterior transmisión hacia las antenas terrestres. Además, a través de ella se controla el continuo almacenado tanto de datos científicos como de información de telemetría de los sistemas de a bordo en un grabador de estado sólido con capacidad de guardar hasta 128 gigabits de información (por 96 del primer satélite). El sistema de comunicaciones empleaba dos sistemas. Por una parte usa receptores redundantes (de lo poco en el satélite) en banda-S digitales (analógicos en el primer OCO) para recibir comandos del control de Tierra mediante dos antenas helicoidales omnidireccionales colocadas en las secciones exteriores superior e inferior de la estructura. La transmisión de datos científicos y telemetría de mantenimiento se realiza vía transmisor de banda-X conectada a una antena de tipo parche fijada a la estructura y apuntada en dirección hacia la Tierra, a un ratio de 150 megabits por minuto. Si falla, dispone de un transmisor de banda-S, con capacidad para enlazar con las estaciones terrestres o con el control de misión por medio de la red de satélites TDRS. Está estabilizado en sus tres ejes de manera totalmente autónoma, de manera que no necesita intervención de los técnicos. Para controlarlo, usa un escáner estelar (de nuevo modelo con respecto al satélite original), una unidad de medición inercial, trece sensores solares digitales (emplea células de arseniuro de galio en vez de las de silicio de la misión anterior), un receptor GPS, ruedas de reacción (para reorientar al satélite sin necesidad de usar combustible, de nuevo tipo para asegurar un largo tiempo de funcionamiento) y sistemas de descompensación electromagnéticos unidos a un magnetómetro triaxial. Se complementa además con el sistema de propulsión consistente en cuatro pequeños propulsores, con la misión de colocar al observatorio en su órbita prevista, y una vez allí, de mantenerla en los parámetros específicos para el satélite. En total carga 45 kg. de hidracina para los propulsores. Obtiene su energía a través de dos paneles solares situados en zonas opuestas de la estructura del vehículo, y cada uno está formado por dos secciones de 0.66 por 1.47 metros. En total, la superficie activa es de 3.88 metros cuadrados, y proporcionan una envergadura de 9 metros una vez en su lugar. Cada panel es plenamente orientable para seguir al Sol el máximo tiempo posible a lo largo de su órbita, y una vez OCO-2 en la zona de sombra obtiene la energía necesaria mediante una batería de níquel hidrógeno. El control termal se garantiza mediante calentadores, radiadores termales, mantas multicapa y pinturas especiales. El instrumento tiene su propio control termal. Aunque es un satélite de cuerda única, aún dispone de cierta redundancia tanto física como funcional. De esta manera existe una segunda unidad del receptor de banda-S, una cuarta rueda de reacción, electrónicas de los mecanismos de despliegue de los paneles solares o propulsores. Entre la redundancia funcional está la del sistema de control de actitud, ya que si el único escáner estelar del vehículo falla, la función de mantenerse en su posición se puede conseguir usando los sensores solares y el receptor GPS. Solo dispone de un instrumento científico, que consiste en tres
espectrómetros de infrarrojo cercano paralelos que reciben la luz solar reflejada por la superficie terrestre de un único telescopio Cassegrain f/1.8, todo enclaustrado en una estructura de 1.6 x 0.4 x 0.6 metros, que pesa 140 kg., consume aproximadamente 105 vatios y utiliza componentes basados en los instrumentos AIRS de Aqua y TES de Aura. Para cumplir los requisitos de la misión adopta un diseño de óptica rápida para permitir que los espectrómetros realicen 12 sondeos por segundo. Por su parte, cada espectrómetro, de alta resolución, utiliza rejillas holográficas y un conjunto de detectores de plano focal bidimensional de 1024 x 1024 pixels, derivados de los que se usan para la astronomía. Dos de los espectrómetros están sintonizados para captar dióxido de carbono (uno para absorción débil, otro para absorción fuerte) y el tercero para la detección del oxígeno molecular, llamado espectrómetro de banda-A. Un sistema especial permite entregar la luz recogida por el telescopio a los tres espectrómetros a la vez, de manera que analizan la misma secuencia. Con esta combinación, y un campo de visión estrecho de 10 km., puede hacer barridos estrechos de 3 km. cuadrados en el hemisferio iluminado de la Tierra. A través de su ciclo de repetición será capaz de completar una imagen completa de la Tierra en 16 días. Respecto al instrumento del satélite original, el de OCO-2 ha sido retocado para corregir algún problema descubierto en las pruebas del primero, tales como anomalías del alineamiento de la rejilla, o para mitigar un problema de imagen residual. Como instrumento de infrarrojos que es, necesita estar bien refrigerado para adquirir mediciones precisas. De esta manera, las ópticas se mantienen a -6º C por medio de un radiador pasivo, los detectores del plano focal para los espectrómetros sintonizados para el dióxido de carbono (fabricados mediante la combinación mercurio-cadmio-telurio) deben estar a -150º C, que lo consigue usando un crio refrigerador (de nuevo diseño respecto al original), y los detectores del plano focal del espectrómetro de banda-A (elaborados en silicio) a -91º C utilizando un crio refrigerador de tubo por pulsos, consistente en un radiador pasivo enganchado a una especie de chimenea colocada debajo del escáner estelar. El satélite da un peso en Tierra, a plena carga, de 455 kg. (por los 441.4 kg. del primero)
Como su desdichado hermano, será lanzado desde la Base de la Fuerza Aérea de Vandenberg,
California, aunque esta vez en dentro de un Delta 2-7320. Será lanzado el 1 de julio del 2014, y una vez en torno a la Tierra, comenzará a realizar las maniobras orbitales correspondientes para colocarle en la posición correcta, en una trayectoria casi polar, sincrónica solar a 705 km. de altitud, cruzando el ecuador de sur a norte a eso de la 1:15 de la tarde. De esta manera, tras 30 días después del lanzamiento, OCO-2 se convertirá en el satélite líder de la Constelación de la Tarde, también conocido como Tren-A. De esta manera, las mediciones que obtenga se podrán unir a las que hagan el resto de satélites de la constelación.
Los objetivos de OCO-2 son muy importantes, divididos en tres secciones: 1º, adquirir las mediciones necesarias para conseguir estimaciones de concentración de dióxido de carbono con un margen de error de 0.3% en zonas de 1000 x 1000 km. sobre los continentes y los océanos en el hemisferio iluminado por el Sol, 2º, grabar, calibrar, validar, publicar y archivar registros de datos científicos y productos de datos geofísicos para su uso por la comunidad científica, y 3º, validar esta aproximación de medición para, con la experiencia acumulada, ser utilizada en misiones futuras de monitorización sistemática del dióxido de carbono. Sin duda, el más importante es el primero, ya que a partir de la información que proporcione podrán detectarse las fuentes de dióxido de carbono, las regiones de máximo “hundimiento” (es decir, las zonas de absorción y almacenamiento de este gas atmosférico), medir la eficiencia de estos dos procesos, así como otras investigaciones, tales como: la dinámica en la que el océano intercambia carbono, la dinámica estacional de los ecosistemas del hemisferio norte, el intercambio de carbono en las regiones tropicales entre la atmósfera y el ecosistema debido al crecimiento de las plantas, la respiración y los incendios, el movimiento de plumas de combustibles fósiles por el hemisferio norte, el efecto de los frentes de tormenta y huracanes en el intercambio de dióxido de carbono entre diferentes regiones geológicas y ecológicas, y la mezcla de gases atmosféricos entre hemisferios. Su período de misión principal es de dos años.
El instrumento funcionará en esencia en tres modos de operación. El primero es el modo vertical, de manera que OCO-2 mantiene apuntado el telescopio directamente en la vertical del planeta en el hemisferio diurno de la Tierra, para adquirir información de alta calidad y alta resolución espacial, obteniendo hasta 35.500 mediciones en cada órbita. Eso sí, este modo no permite hacer mediciones sobre zonas cubiertas de nieve o sobre superficies oceánicas oscuras. El segundo modo es el llamado modo de destello, mediante el cual el observatorio apunta su telescopio al punto más brillante, es decir, a la zona superficial en el que la reflexión de la luz solar es más brillante, y es adecuado para obtener la información precisa sobre las superficies oceánicas oscuras gracias a que en este modo recoge 100 veces más señal que en el modo de apuntamiento vertical. El tercer y último modo es el de seguimiento de objetivo, con el cual, durante al menos 9 minutos, fijará su vista sobre una región específica de la superficie, y coincidirá frecuentemente con zonas en las que existen instrumentos basados en Tierra aptos para calibrar los tres espectrómetros. Además, el instrumento ha sido optimizado para compensar y mitigar los efectos tanto de las nubes como de las partículas de aerosol (humo, niebla y polvo desértico) realizando mediciones muy densamente espaciadas, con los que se espera tener, en regiones libres de nubes, mediciones muy precisas con un margen de error de entre un 0.3% y 0.5%, lo que significa de una a dos partes por millón de concentración. El efecto de las nubes puede llegar a ser tal en el espectrómetro de banda-A que solo existe un aparato todavía más sensible, el CALIOP de CALIPSO. La información tomada por OCO-2 se complementará más tarde con OCO-3, que no será más que una unidad idéntica a la transportada en el satélite, pero que se instalará en la ISS, para así obtener el doble de datos desde dos posiciones distintas, y además podrá hacer mediciones coordinadas con el satélite japonés Ibuki (GOSAT, Satélite de Observación de Gases de efecto Invernadero), que fue lanzado un mes antes que el OCO original y que se esperaba que funcionaran en coordinación.
Si la NASA ha apostado por reconstruir la misión, es por lo sumamente importante que es. Muchos de los indicadores existentes muestran una cada vez más alta concentración, con unos niveles que no se habían visto en este planeta hace más de seiscientos mil años. El efecto invernadero es algo muy serio, y cuanto más dióxido de carbono haya en la atmósfera, más se elevará la temperatura. Si queréis un planeta como Venus, vosotros mismos.
GRACE o Aquarius), una combinación de misiones tanto científicas como tecnológicas con objetivos científicos muy concretos usando vehículos de tamaño pequeño o medio, el satélite OCO (Observatorio Orbital del Carbono) es una herramienta muy especializada dedicada en exclusiva a la tarea de seguir allá a donde vaya el dióxido de carbono. Aunque es un satélite pequeño, se encuentra perfectamente equipado para la labor, y desde la órbita prevista, es capaz de completar una visión global de la Tierra cada 16 días. Seleccionado en julio del año 2002, recorrió un largo camino hasta que pudo colocarse en la punta de su lanzador. Especialmente, su único instrumento resulta ser de nueva concepción, con una aproximación inédita, aunque usando componentes ya probados y fiables en el espacio. En el 2008 llegó a su base de lanzamiento, y estaba listo para ser enviado el 23 de febrero del 2009.
California, aunque esta vez en dentro de un Delta 2-7320. Será lanzado el 1 de julio del 2014, y una vez en torno a la Tierra, comenzará a realizar las maniobras orbitales correspondientes para colocarle en la posición correcta, en una trayectoria casi polar, sincrónica solar a 705 km. de altitud, cruzando el ecuador de sur a norte a eso de la 1:15 de la tarde. De esta manera, tras 30 días después del lanzamiento, OCO-2 se convertirá en el satélite líder de la Constelación de la Tarde, también conocido como Tren-A. De esta manera, las mediciones que obtenga se podrán unir a las que hagan el resto de satélites de la constelación.
