Ventana al Espacio (LXXIX)

La Tierra desde la Luna, desde LRO

Misión al planeta Tierra: Jason 3

Todo comenzó cuando la NASA, en 1979, empezó a preparar su misión TOPEX, el Experimento de Topografía Oceánica, cuyo objetivo era estudiar los océanos mediante la medición de la altitud de la superficie de las masas acuáticas. Casi al mismo tiempo, la agencia francesa CNES, comenzó los preparativos de su misión Poseidon, dedicada a la oceanografía, compartiendo  objetivos con el proyecto de la NASA. Pronto, ambas agencias se dieron cuenta de que estaban diseñando misiones para lo mismo, de manera que decidieron fusionar los proyectos, para así crear el satélite TOPEX/Poseidon. De esta manera, la NASA ponía el satélite (del mismo diseño empleado para los Landsat 4 y 5), el altímetro radar primario, un radiómetro de microondas, un receptor GPS y las antenas de Tierra, mientras que Francia proporcionó un segundo radar altimétrico a modo de prueba, un sistema de radiolocalización, y los servicios de lanzamiento. Lanzado el 10 de agosto de 1992 desde Kourou dentro de un Ariane 42P, con una misión primaria de unos tres años, TOPEX/Poseidon se convirtió en uno de los satélites más prolíficos y útiles jamás lanzados, trabajando sin problemas hasta que un fallo de hardware lo dejó inactivo en octubre del 2005. Los resultados fueron tan fantásticos, que la NASA y CNES se dieron cuenta que para comprender ciertos aspectos sobre los océanos necesitaban más información y durante escalas temporales mucho mayores, hasta de décadas. De esta manera, empezaron a preparar un satélite de nueva generación que sustituyera al veterano TOPEX/Poseidon. Así, el 7 de diciembre del 2001 la NASA puso en órbita a Jason 1. Elevado mediante un Delta 2-

7920 desde California, era un satélite que desplazaba casi dos toneladas menos que su antecesor. En esta ocasión CNES ponía el satélite, el altímetro y el sistema de radiolocalización, mientras que la NASA proporcionó el radiómetro, receptor GPS y un sistema de localización por láser. Desde los días después del lanzamiento hasta el fin de TOPEX/Poseidon, ambos satélites trabajaron a dúo, obteniendo así el doble de datos que con una única misión. Tras quedarse solo, continuó la labor, a la espera de que se lanzara un nuevo compañero. Eso ocurrió el 20 de junio del 2008, cuando se elevó OSTM/Jason 2 (también desde California, a través de un Delta 2-7320). Debido a la gran importancia de los datos adquiridos en los años anteriores, y aplicados a la predicción meteorológica, las agencias NOAA estadounidense y EUMETSAT europea solicitaron juntarse con la NASA y el CNES para poder hacer uso inmediato de los datos adquiridos y transmitidos por este satélite y así incorporarlo a los pronósticos del tiempo. Con estos cuatro 

compañeros de viaje, se formó la Misión de Topografía de la Superficie Oceánica (OSTM) centrada en el segundo satélite Jason. Es visualmente idéntico a su hermano, solo que con instrumentos más avanzados. Al igual que con TOPEX/Poseidon y Jason 1, solo que más largo en el tiempo, los dos Jason han estado trabajando a dúo recogiendo información sobre la topografía de los océanos, hasta que el transmisor superviviente de Jason 1 falló en el verano del 2013 y tuvo que ser desactivado. Tras 6 años desde el lanzamiento de OSTM/Jason 2, es el momento de situar un nuevo satélite allí arriba.

La necesidad de Jason 3 fue vista un año antes de la colocación en torno a la Tierra de OSTM/Jason 2, en el año 2007, para dar aún más continuidad al registro de datos sobre la topografía oceánica. Los 22 años continuados de toma de mediciones han tenido amplios beneficios que se han puesto en práctica en varios sectores: navegación marítima e industrias radicadas en el mar, predicción de huracanes, predicción de los fenómenos de El Niño y La Niña, monitorización de ríos y lagos, administración de la industria pesquera, investigación de los mamíferos marinos y de los arrecifes de coral, seguimiento de la basura echada al mar, y desde luego, los pronósticos meteorológicos y climatológicos, motivo por el cual NOAA y EUMETSAT son los líderes para esta misión. Sin embargo, existen otros temas científicos que con el tiempo han ido ganando en conocimiento, pero necesitan muchos más datos, tanto con mejor resolución como con una escala temporal mucho mayor. De esta manera, el lanzamiento sucesivo de misiones como Jason 3 proporcionarán nuevos productos de datos que serán incorporados a los ya obtenidos. La clave de esto es la continuidad. Si durante un mes se dejara de adquirir información, la pérdida sería irreparable.

Jason 3 es prácticamente idéntico a su antecesor en todo, de manera que su construcción es más sencilla y más barata. Con unas medidas de 1 x 1 x 3.7 metros, es un rectángulo construido en aluminio formado por dos secciones separadas: el bus, y el módulo del instrumental. El bus se basa en la plataforma PROTEUS (Plataforma Reconfigurable para la Observación, las Telecomunicaciones, y los usos Científicos), construida en Francia por Thales Alenia Space, y supone un cubo de 1 metro de lado, e incorpora los elementos esenciales de funcionamiento, tales como la computación, generación de energía, comunicaciones, control de actitud y termal. El ordenador se centra en un procesador MA 31750, con 128 kilo-palabras de 16 bits como memoria no volátil, 256 para la memoria RAM, y 3 gigabits en una RAM de almacenamiento masivo. Maneja todas las operaciones de a bordo, desde la recepción y distribución de comandos, hasta el envio de los datos científicos, pasando por la detección y recuperación de problemas. El sistema se complementa con grabadores de estado sólido. Contacta con los centros de control usando banda-S, mediante un transpondedor y dos antenas de media ganancia espirales. Estabilizado en sus tres ejes, utiliza una unidad de referencia inercial, dos escáneres estelares, sensores solares, ruedas de reacción unidas a un magnetómetro triaxial y sistemas de descompensación magnéticos, junto con el sistema de propulsión, que utiliza cuatro pequeños propulsores para elevar y mantener su órbita de trabajo. La energía, naturalmente, la recoge del Sol, mediante paneles solares simétricos. Cada panel dispone de cuatro secciones de 1.5 x 0.8 metros, consiguiendo una superficie activa total de 9.5 metros cuadrados. Una vez extendidos, le proporcionan a Jason 3 una envergadura de 9.7 metros, y la energía generada la almacena en baterías de níquel-cadmio. El control termal es el habitual en las misiones terrestres, es decir, mantas multicapa, radiadores y calentadores eléctricos. Todos los sistemas de la plataforma PROTEUS son plenamente redundantes, y este diseño se ha usado, además de en los anteriores Jason, en las misiones CALIPSO (NASA/CNES), SMOS (ESA) o COROT (CNES). En el módulo del instrumental, obviamente, se concentra todo el equipo científico. El principal es el Poseidon 3B, que es un 

altímetro radar de estado sólido que supone la cuarta actualización de este aparato, montado por vez primera en TOPEX/Poseidon. Con respecto a los anteriores sistemas, es más pequeño, consume menos energía, y es además más sensible y preciso. Unido a una antena emisora y receptora de 1.2 metros de diámetro que siempre apunta directamente hacia la Tierra, este sistema emite pulsos de microondas para que la superficie marina le devuelva el eco del haz emitido, en el que están reflejadas las irregularidades en la zona escaneada. Dispone de dos frecuencias. La primaria usa banda-Ku, y es la necesaria para las mediciones de la variabilidad de la topografía oceánica, mientras que la segunda, de banda-C está especializada para calcular la cantidad de electrones que pudiera alterar las mediciones realizadas por la banda primaria. A su vez, ambos sistemas en combinación son capaces de medir la cantidad de lluvia existente en la atmósfera. Gracias a estas mediciones es capaz de calcular la distancia entre el satélite y la superficie marina con un margen de error de apenas 2 centímetros. Este sistema es proporcionado por CNES. El segundo en importancia es el AMR-2, Radiómetro de Microondas Avanzado-2. Este sistema de tres canales tiene la misión de detectar la cantidad de vapor de agua atmosférica en la misma zona de visión del altímetro, debido a que este gas tiene la propiedad de interferir y dispersar las señales de radar emitidas y reflejadas, empeorando así las precisas mediciones (aumentando el margen de error de 10 centímetros en zonas de aire seco y frío a casi 50 centímetros en condiciones calurosas y húmedas). Es un instrumento mejorado del equipado en OSTM/Jason 2, que ya era una muy importante mejora sobre los sistemas anteriores, ya que incorpora toda la electrónica en un único paquete, reduciendo así el volumen, masa y consumo energético. Conectado a una antena situada en la sección frontal del satélite, utiliza sus tres frecuencias para distintos usos: una para detección y cálculo de vapor de agua, otra para estimar el contenido de líquido en las nubes, y la última para detectar las variaciones provocadas por el viento desde la misma superficie marina. Una vez unido a los datos del altímetro, es capaz de ver cómo y cuánta de la señal de radar es ralentizada por la atmósfera. El JPL es quien ha construido este aparato. Los tres siguientes están dedicados a determinar la posición exacta del satélite para dar contexto a los datos recogidos por el altímetro. El principal es DORIS, Orbitografía Doppler y Radio-posicionamiento Integrado por Satélite, es un sistema receptor (acoplado directamente al altímetro) que se dedica a sentir las emisiones de 60 radiobalizas colocadas en Tierra y, sintiendo las variaciones en la señal producidas por el efecto Doppler, el sistema es capaz de indicar, con un margen de error de 10 centímetros, la posición exacta. Es capaz de recibir dos señales a la vez, y los cálculos realizados por DORIS son transmitidos al Centro Espacial de Toulouse, donde la señal es procesada y la posición del satélite calculada. CNES se encarga de fabricar este sistema, y supone un nuevo diseño basado en lo aprendido en las misiones anteriores. El segundo es el GPSP, Equipo receptor del Sistema de Posicionamiento Global, y consiste en una antena de frecuencia dual tipo Blackjack (de nuevo diseño) de alto rendimiento capaz de captar 16 señales a la vez emitidas por la red de satélites GPS, consiguiendo un cálculo de la posición del satélite con un margen de error de 20 metros. Posteriormente, la información recogida por el receptor es transmitida al control de misión, donde un procesado a fondo consigue mejorar la precisión del cálculo permitiendo una precisión de entre 1 y 2 centímetros. Esta información además sirve para estudiar los efectos del campo gravitatorio terrestre sobre Jason 3 y así ayudar a caracterizarlo. Fabricado por Spectrum Astro Space Systems, es proporcionado por el JPL. Y el tercero es el LRA, Conjunto de Retroreflectores Láser, que está formado por nueve cristales de cuarzo conjuntados en una estructura circular situada en la cara del satélite que ofrece a la Tierra, y es sensible a los haces láser en la longitud de onda verde del espectro visible. Este instrumento se utiliza para servir de objetivo para las estaciones de seguimiento por láser, para después calcular el tiempo que tarda el haz de luz entre la emisión y la recepción, y a través de esto, posicionar de manera muy precisa el satélite en un punto muy concreto de su órbita. Este elemento solo se usa como calibración para los otros dos sistemas debido a la escasez de estaciones terrestres equipadas con emisores láser. Fue construido para el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA por la firma ITE Inc. Además de esta instrumentación básica, como OSTM/Jason 2, dispone de cargas de pasajero, dos en este caso. Así, CARMEN3 (Caracterización y Modelización del Entorno, proporcionado por CNES), es un aparato para estudiar los efectos de la radiación que rodea al satélite en sus componentes electrónicos, mientras que el LPT (Telescopio de Partículas Ligeras, proporcionado por el Japón) cuantificará el nivel de radiación alrededor de Jason 3. Una vez preparado para el lanzamiento da un peso en Tierra de 505 kg.

Tiene previsto su lanzamiento desde la plataforma SLC-4E de la Base de la Fuerza Aérea en Vandenberg, California, el 17 de enero. Esta vez el lanzador escogido supone una alegre novedad, ya que es el ya famoso Falcon 9 v1.1 de SpaceX, célebre por (y especialmente diseñado para) lanzar a la ISS las naves de carga Dragon. Este lanzador, que ha dado muestras muy interesantes de fiabilidad, es un cohete de dos fases construidas de manera idéntica para ahorrar costes. La primera fase usa nueve motores Merlin 1D que consumen combustible líquido encerrado en un cilindro de 3.6 metros de diámetro. Respecto a la primera versión de este cohete, la adopción de una primera fase más alta y motores más potentes proporcionan una superior capacidad de elevar cargas a órbita baja terrestre, de 8.500 kg. a más de 13.000. El diseño de esta primera fase está influenciado directamente por los colosales Saturn V, por lo cual si un motor se apaga, el resto pueden continuar la misión sin afectar gravemente su rendimiento. La segunda fase solo dispone de un motor, del mismo tipo que los usados en la primera, salvo que con capacidad de encendido en el espacio. El lanzador se completa con una cofia protectora de 5.22 metros de diámetro y 13.9 de altura, más que de sobras para acomodar a Jason 3. El Falcon 9 ha sido construido con dos objetivos en mente: ser lo más fiable posible (lo que no quiere decir que renuncie a ser muy avanzado tecnológicamente), y sobre todo, para ser lo más económico posible. Así, es de de los pocos lanzadores del inventario de la NASA que se ensambla en horizontal (el método tradicional ruso), y luego se sitúa en posición vertical ya en la plataforma. Aunque es un cohete que puede competir en capacidad con los Atlas V y Delta 4, este es más barato.

Si el lanzamiento finaliza con éxito, Jason 3 estará casi en su órbita de trabajo, a 1336 km. de altitud, inclinada 66.05º con respecto al ecuador terrestre. Para alcanzarla, usará su propio sistema de maniobra para situarse en ella, y acabar justo detrás de OSTM/Jason 2, sesenta segundos por detrás de él. Allí estará durante seis meses, en el que pondrá a punto su instrumental para igualar la precisión de las mediciones que consigue su antecesor, a la vez que harán observaciones de la misma región del océano. Una vez finalizada esta calibración cruzada, OSTM/Jason 2 se moverá a una órbita paralela, dejando la que ocupaba al recién llegado, para así seguir la tarea incrementando y duplicando la cobertura de datos globales, de la misma manera que en las veces anteriores.

En realidad, esto comenzó en 1975 con la misión GEOS-3, para continuar con los proyectos Seasat en 1978 y Geosat en 1985. Aunque la información proporcionada por estos vehículos fue de una muy alta calidad, el escaso tiempo de funcionamiento no permitió sacar conclusiones destacadas. Los 

oceanógrafos, desde el comienzo de la era espacial, se agolpaban en la puerta de las sedes de las agencias espaciales con la petición de una misión que estudiara desde la órbita los océanos de manera global, ya que ellos, dentro de sus pequeños barcos, se volvían micos a la hora de conseguir la información necesaria, y encima, en regiones diminutas. Realmente una plataforma en torno a la Tierra permitiría llevar estos estudios a una escala nunca antes conseguida. Ahora, tras más de dos décadas de información continua, tenemos una cantidad ingente de datos sobre cómo funcionan los océanos, y los efectos sobre ellos a causa del cambio climático. Así, a la pregunta: ¿por qué estudiar la topografía de la superficie oceánica? Principalmente, para hacer un seguimiento de las corrientes oceánicas, el almacenamiento y transporte de la energía solar almacenada en los mares, la influencia de los océanos en el clima, mareas oceánicas y costeras, cambios de tendencia en la circulación oceánica, junto con lo ya comentado arriba. Además, gracias a la información recolectada, además tenemos otras cosas inesperadas e igualmente interesantes: dinámicas de los remolinos oceánicos (regiones en las que chocan las corrientes frías y calientes), así como la observación de los efectos sobre el mar de los tsunamis (principalmente el ocurrido en diciembre del 2004 en el océano Índico), que ha dado información muy valiosa para poder modelar y predecir 

futuros fenómenos como éste. Para ayudar en la continuidad de la toma de información sobre la topografía oceánica, a finales de octubre del 2013 se lanzó el satélite SARAL, un proyecto conjunto entre CNES y la agencia hindú ISRO, que equipa un novedoso altímetro radar sintonizado en banda-Ka, lo que hace innecesaria la ayuda de un radiómetro de microondas, aunque quedará bastante afectado por la precipitación, lo que probablemente lleve a perder un 10% de los datos. Situado en órbita polar, está suponiendo una continuidad para la información que estuvo obteniendo el altímetro de Envisat hasta que perdimos el gran satélite europeo en el 2012.

¿Qué por qué es tan importante el océano? Bueno, sencillamente, porque en su juego con la atmósfera, en cuanto al transporte de la energía solar se refiere, provoca en gran medida que el ecuador sea cálido y los polos estén congelados. A medida que la atmósfera, movida por los vientos, libera calor, éste último se almacena en los océanos, que es movido por las corrientes. Como las corrientes se mueven lentamente, y liberan el calor almacenado también muy despacio, su influencia sobre el clima es menor a corto plazo, pero muy importante a largo plazo. Así, las aguas ecuatoriales se cargan de calor, lo que las vuelve más ligeras y menos densas, luego empiezan a dirigirse hacia los polos, perdiendo el calor almacenado por el camino, hasta acabar transformadas en aguas más frías y densas, hundiéndose más profundamente en el océano, para hacer el camino inverso hasta el ecuador. Todo este efecto de almacenamiento y liberación a lo largo del espacio y el tiempo (hasta 1.000 años puede llegar a durar este proceso) es lo que maneja en gran medida el clima. Por esto es necesario ampliar lo máximo posible la escala temporal de las mediciones, para así conseguir conclusiones y modelos más precisos sobre los efectos que tuvo y va a tener sobre el planeta.

El programa de estudio de la topografía oceánica es uno de los más importantes que hay, y cuanto más en el tiempo se extienda, mejor conoceremos como funciona nuestro planeta. Y que conste en acta, Jason 3 no es la última misión con este objetivo. Todo lo contrario: la misión posterior a ésta irá un paso más allá en el conocimiento de la mayor característica de nuestro planeta. Como se suele decir, cuanto más, mejor.