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.