Misión al planeta Tierra: JPSS-1

Los servicios meteorológicos se sirven actualmente de dos constelaciones de satélites. Los más famosos son los situados en órbita geoestacionaria, útiles porque están sobre el mismo lugar continuamente proporcionando datos en tiempo real de la evolución del tiempo y el clima. Pero hay otra, menos famosa, que también proporciona más información para poder ayudar a predecir el clima. Son los satélites en órbita polar, sincronizados con el Sol, cruzando siempre el ecuador en el mismo momento del día. Estos proporcionan otra vista, también necesaria, sobre lo que acontece en la atmósfera, obteniendo resultados de una indudable mejor resolución, con la pega de que pueden tardar hasta dos semanas en regresar a un mismo punto del planeta. Sea como fuere, la combinación de los satélites geoestacionarios y los polares proporcionan todo un surtido de datos que ayudan a una mejor toma de decisiones. Como anteriormente con GOES-R (ya GOES 16, y a punto de entrar en servicio como GOES East) hace falta modernizar la constelación de satélites meteorológicos polares.

Todo comenzó, sin embargo, con el lanzamiento del primer satélite cargado con una cámara: TIROS-1, elevado el 1 de abril de 1960. Aunque solo funcionó dos meses y medio, las imágenes transmitidas mostraron por primera vez detalles nunca vistos de las nubes. Esto motivó la preparación y lanzamiento de más satélites de este tipo que, a diferencia de los actuales, eran vehículos estabilizados por rotación a 136 rpm. Pocos años después, en agosto de 1964, la NASA empezó a lanzar la serie de satélites Nimbus, diseñados inicialmente como demostradores de tecnología para probar si una plataforma estabilizada en sus tres ejes también servía para observaciones precisas de la Tierra. Si bien Nimbus 1 no duró mucho, demostró que el concepto era valioso, y más tarde los satélites de esta serie pasaron a demostrar otros tipos de instrumentos, los herederos de ellos todavía andan volando hoy. Los satélites TIROS resultaron ser plataformas interesantes, de manera que la Administración de Servicios Científicos Medioambientales, la ESSA, decidió tener sus propios satélites. Mediante una serie de acuerdos, se tomó la decisión de adquirir los satélites siguiendo esta fórmula: La NASA los ordenaría y diseñaría, para luego lanzarlos y ponerlos a punto una vez en el espacio y en su órbita operacional. Una vez verificados, los satélites entonces pasaban a la ESSA para así proporcionar la información sobre el tiempo. Al tiempo, la NASA inició el desarrollo de una nueva serie de satélites TIROS, esta vez estabilizados inercialmente en vez de por rotación. El primero de ellos, TIROS-M, fue un éxito, no solo en la plataforma, sino en el añadido de más instrumentación. Los siguientes lanzamientos ya fueron bajo los auspicios de la NOAA, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. Al tiempo, la NASA seguía investigando, para acabar en el diseño de los satélites meteorológicos polares que ha ido lanzando a lo largo de 31 años, comenzando con TIROS-N. Este satélite utilizaba una plataforma modular, 

ampliable para incluir más y mejores instrumentos, además de recibir mejoras tecnológicas en sus sistemas. De esta serie se lanzaron 16 satélites desde octubre de 1978 hasta febrero del 2009. Durante todo este tiempo, los satélites de esta serie (el último de ellos, NOAA-19) fueron organizados en dos órbitas: la de la mañana (cruce del ecuador, 9:30 horas de la mañana), a 833 km. de altitud, y la de la tarde (cruce del ecuador a las 2 de la tarde), a 870 km. En los últimos tiempos se empezó a notar la edad del diseño de los satélites, por lo que se decidió comenzar una nueva serie de satélites, y entre medias, se llegó a un acuerdo con EUMETSAT (la organización europea responsable de la gestión de los satélites meteorológicos y similares) y la ESA para compartir recursos. De esta manera, la ESA y EUMETSAT explotarían la órbita de la mañana y NASA y NOAA se quedarían la de la tarde. Este acuerdo es a largo plazo, extendiéndose hasta la actualidad. Con la NASA encargada de diseñar y lanzar la nueva serie de satélites, se formó el programa NPOESS, el Sistema de Satélites Medioambientales Operacionales Nacionales de Órbita Polar, en el que estaban también metidos la NOAA y el Departamento de Defensa estadounidense, ya que tienen su propia serie de satélites meteorológicos. El caso es que en mitad del proceso de diseño y desarrollo, pronto se vio que los costes se disparaban, al tiempo que el calendario de los satélites se retrasaba. Esto provocó una reestructuración del programa, estando en él solo la NASA y NOAA. Este programa reestructurado se llamó JPSS, Sistema de Satélites Polares Conjunto, y el satélite que se construyó como prueba de concepto de NPOESS fue finalmente lanzado en octubre del 2011, conocido hoy como Suomi-NPP. Así andan las cosas.

El nuevo satélite meteorológico polar de NASA/NOAA es conocido como JPSS-1, y básicamente es una repetición de Suomi-NPP, que se promocionó como un puente entre las misiones anteriores y la nueva generación de observadores. JPSS-1 ha sido construido partiendo de una plataforma común, la BCP-2000 de la firma Ball, y una vez en el espacio, sus medidas son de 4.03 x 2.61 x 2.21 metros. No ofrece nada nuevo en funcionalidad con respecto a misiones anteriores. Sus sistemas son redundantes para así reducir el riesgo de avería. Conecta con Tierra ya sea a través de un sistema de radio de banda-S y banda-Ka (ya sea a través de las estaciones de 

seguimiento o de los satélites TDRS) o  uno para transmitir todo lo almacenado en su grabador de más de 200 Gb de capacidad en banda-X. Estabilizado en sus tres ejes, recurre a lo de siempre (escáneres estelares, unidades de referencia inerciales, sensores solares, y ruedas de reacción) y maniobra mediante un juego de propulsores. Un panel solar de tres secciones proporciona la energía necesaria para funcionar, y va acompañado por una batería para funcionar en el lado nocturno. En cuanto a su protección termal, la habitual, estando recubierto con mantas multicapa con una capa exterior dorada. La carga útil es la misma que la de Suomi-NPP. El principal es VIIRS, el Juego de Radiometría de Imágenes 

Visible e Infrarrojo. Deriva de muchos instrumentos anteriores, principalmente del veterano sistema MODIS de los satélites Terra y Aqua. Su concepto es muy distinto de instrumentos como la cámara OLI de Landsat 8. VIIRS recurre a un telescopio móvil que se mueve lateralmente para barrer completamente el campo de visión, al tiempo que el satélite va avanzando. En otros instrumentos, como MODIS, el dispositivo móvil es un espejo. El telescopio completo de VIIRS está dentro de un ensamblaje llamado Ensamblaje de Telescopio Rotatorio, que conjuga un conjunto fuera de ejes con un espejo primario y otros tres que sacan la luz del ensamblaje, llevándola a un Espejo de Medio Ángulo (también móvil) que lleva la luz a otro espejo (este fijo) que a su vez transporta la luz a un ensamblaje de ópticas fijas, y de allí, a los tres planos focales: de Visible e infrarrojo cercano, de infrarrojo de onda corta e infrarrojo medio, y uno de infrarrojo de onda larga. En total son 22 bandas espectrales, pero especialmente es la banda Día-Noche, cubriendo una longitud de onda de 

entre 0.5 y 0.9 micrones usando cuatro detectores CCD con tres etapas de ganancia y recurriendo a un proceso informático llamado TDI, o Integración por Retraso de Tiempo, algo empleado en sistemas espaciales como la cámara HiRISE de MRO o el sistema Ralph de New Horizons. El instrumento barre 3000 km. de la superficie terrestre con una resolución vertical máxima de 375 metros (750 metros en la banda Día-Noche), cubriendo con ello toda la Tierra en un solo día. Sus imágenes serán usadas para vigilar el hielo marino, los nutrientes en los océanos, observar inundaciones (cuando se produzcan) o la de hacer un inventario de las distintas cosechas en grandes extensiones de terreno, entre otras cosas.  El 

segundo instrumento es CrIS, el Sondeador Infrarrojo Cross-Track. Se encarga de estudiar la atmósfera mediante secciones verticales. Un escáner barre un campo de visión de 2200 km. de anchura a partir de una apertura de 8 cm. de diámetro, de forma similar a como el telescopio de VIIRS barre su campo de visión. Dentro del instrumento hay un interferómetro en el corazón de un espectrómetro de transformación Fourier (similar al sistema TES a bordo del satélite Aura), registrando 2111 bandas espectrales infrarrojas entre 3.92 y 15.38 micrones. Su resolución es de 14 km. en horizontal y 1 km. en vertical. Sus datos se usarán para estudiar la química atmosférica, registrando los gases importantes para el efecto invernadero. Otros datos permitirán observar las nubes, el vapor de agua atmosférico, así como obtener mapas globales de 

temperatura y humedad atmosférica. ATMS, Sondeador de Microondas de Tecnología Avanzada, es un sistema que escaneará la atmósfera en 22 bandas de microondas entre 23.8 y 190 gigahercios, con un ciclo de escaneo sincronizado con el de CrIS. Se basa en radiómetros de microondas anteriores, y ayudará a mejorar los pronósticos meteorológicos a corto plazo sobre tormentas, además de proporcionar datos para la mejora de los pronósticos a largo plazo. Básicamente, un sistema como ATMS proporciona información sobre la cantidad de precipitación (tanto lluvia como nieve) que cae en los diversos lugares del mundo, junto con la cantidad de hielo que hay tanto en las nubes como en el suelo. OMPS, el Juego de Cartografía y Perfilado de Ozono, es un sistema que observa la atmósfera en luz ultravioleta usando un telescopio común, el cual sirve 

simultáneamente a ambos sistemas. El primero es el Cartógrafo Vertical, y emplea una rejilla de difracción que sirve a un CCD sensible al rango de 300 a 380 nanómetros, mientras que el segundo es el Perfilador Vertical, con una arquitectura similar, con el CCD registrando longitudes de onda de entre 250 y 310 nm. El primer sensor examinará columnas verticales de 50 x 50 km., mientras el segundo seccionará la atmósfera en segmentos de 250 x 250 km., barriendo el cartógrafo 2800 km. La misión principal es el estudio continuado del ozono atmosférico, especialmente el estratosférico, siguiendo la base de datos que lleva más de 30 años acumulándose, tomando el testigo del sensor OMI de Aura o el propio OMPS de Suomi-NPP. También será útil para la detección de otros gases atmosféricos como el dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, y otros, además de mejorar la predicción acerca de la radiación ultravioleta entrante, generando alertas sobre el exceso de esta radiación en la superficie. Y CERES, el Sistema de Energía Radiante de las Nubes y de la Tierra. Este aparato ya 

lleva volando al espacio bastante tiempo, con la primera unidad funcionando en el satélite TRMM, las cuatro siguientes en Terra y Aqua, y la penúltima en Suomi-NPP. La unidad de JPSS-1 es la séptima y última, ya que en los siguientes satélites de la serie será sustituido por una herramienta de nuevo diseño. Basado en el sistema ERBE que voló tres veces (el satélite ERBS entre 1984 y el 2005, y dos satélites NOAA) se trata de un sistema de escaneo infrarrojo con un sistema de detección detrás de un sistema de escaneo capaz de rotar 360º o de hacer mediciones de la misma forma que VIIRS y CrIS. Registra tres bandas espectrales: el canal de infrarrojo de onda corta (0.3-5 micrones), canal de onda larga (5-35 micrones) y canal total (0.3-200 micrones). La misión del aparato es estudiar la radiación solar que llega a la Tierra y la que sale (radiación absorbida y radiación reflejada) para cuantificar la cantidad de radiación terrestre, la energía que nuestro planeta almacena y expulsa, combinándola con los datos de instrumentos de monitorización de la irradiación solar, como los del veterano satélite SORCE. Como es sabido, una superficie brillante (hielo) refleja más radiación solar, mientras que una oscura (cemento) la absorbe durante el día, para reemitirla por la noche. Una vez completamente cargado, el peso en báscula de este satélite será de 2200 kg.

Será lanzado el próximo día 10 de noviembre en dirección a una órbita polar, sincrónica solar, a 824 km. de altitud. Estará situado  50 minutos por delante de Suomi-NPP (y una hora delante de Sentinel-5P) para desde ahí ser puesto a punto antes de entrar en servicio operacional. Para elevarlo desde Vandenberg, California, el encargado de hacerlo será el penúltimo de los Delta 2, un Delta 2-7920, con 9 aceleradores sólidos y sin tercera etapa.

La tarea es mitad operacional (meteorológico) y mitad científica, continuando allí donde lo dejen Terra, Aqua y Aura. En cuanto a pronósticos meteorológicos, supondrá toda una nueva era en este sentido, con más y mejor información. En el ámbito científico, continuará con los exámenes de la atmósfera, los océanos, la tierra y el ciclo del agua, en esencia, investigar el sistema terrestre en su conjunto. Una vez sea declarado operacional, será renombrado como NOAA-20.

El lanzamiento de este pequeño ya iba con retraso, y está bien verle ya en la plataforma de lanzamiento. Además, a este pronto le seguirán al menos otros dos a partir del año 2021, que en diseño no tendrán nada que ver con este, pero que llevará lo mismo, o mejor, en cuestión de instrumentación.