Ventana al Espacio (CXIV)

La nebulosa Espiral Cygnus, desde GALEX

Ventana al Espacio (CXIII)

Autorretrato de Opportunity, Sol 5000

Opportunity's Selfie, Sol 5000

Misión al planeta Tierra: ICESat-2

En la década de 1990, la comunidad de ciencia terrestre se reunió para discutir sobre las prioridades futuras en la investigación del sistema terrestre. El informe que publicaron enumeraba las ramas de investigación que

más se necesitaba, en lo más alto de la lista, se urgía la realización de una misión que investigara el problema del hielo en los polos terrestres, así como glaciares y otras acumulaciones heladas. Ya las imágenes de satélite indicaban una reducción, pero se especificaba un satélite que, en concreto, cuantificara cuánto hielo se perdía cada año. La NASA se puso manos a la obra, y en enero del 2003 lanzó a la órbita su ICESat. En funciones hasta el año 2009 (cuando el último de los tres láser redundantes de su altímetro dejó de funcionar, debido a problemas de diseño en el instrumento), gracias a él se obtuvieron las primeras conclusiones sobre el asunto, alarmantes. Sin embargo, el problema de los emisores provocó una actividad limitada, limitando así las mediciones que se tomaban. Pero fue importante, muy importante.

No solo la NASA trabajó en un satélite especializado en el hielo, también la ESA desarrolló su propia solución: CryoSat, elevado en el 2005. Empleando una táctica distinta (altímetro radar en vez de láser), su sistema científico incorporaba novedades, como tecnología SAR, y dos antenas para la realización de

mediciones de interferometría, buscando una mejor cobertura de barrido y un mejor cálculo sobre el hielo marino a flote. Por desgracia, la segunda etapa de su lanzador Rockot no se apagó, por lo que se cree que, cuando agotó su combustible, reentró en la atmósfera. La ESA no se lo pensó, e inmediatamente se puso a fabricar un reemplazo, que no despegó hasta el 2010. Actualmente, CryoSat-2 es la fuente más precisa en el cálculo de la pérdida de hielo marino, y sus ocho años en servicio han dado resultados no esperados antes de su puesta en órbita. ¿Y la NASA? No, no estuvo con los brazos cruzados. Cuando la comunidad de ciencia terrestre se volvió a reunir, en la lista volvía a estar como máxima prioridad una misión de estudio del hielo, que continuara los trabajos de ICESat. Como no estaría lista en un tiempo, la agencia americana ha estado realizando campañas de medición aerotransportadas, la conocida Operación IceBridge, alternando entre Groenlandia y la Antártida cada seis meses, y empleando herramientas como altímetros láser o cámaras.

Todo lo bueno se hace esperar, y el reemplazo de ICESat ha tardado, pero al fin le tenemos listo para despegar. La tarea encargada a este nuevo satélite es básicamente la misma: estudiar cuánto hielo se pierde en las capas de hielo polares,  así como en glaciares y otras acumulaciones heladas. El saber la cantidad de hielo perdida en esas remotas zonas es importante porque el hielo actúa como un espejo para la luz solar, reflejando al espacio la que llega desde nuestra estrella. Cuanto menos hielo haya, menos reflejo habrá, y más calor absorberá el océano, cambiando los patrones de movimiento de las corrientes oceánicas, entre otras cosas.

Ahora, hablemos de interfecto. Estamos ante el segundo Satélite de Hielo, Nubes y Elevación del suelo, o ICESat-2, y en muchos sentidos, es muy parecido a su antecesor, aunque en otros es muy diferente. Ambos son dos satélites de un único instrumento (altímetro láser), emplean plataformas comunes, y serán elevados

por un mismo tipo de cohete. Por lo demás no pueden ser más diferentes. El satélite original medía 2 x 2 x 3.1 metros, mientras que ICESat-2 tiene unas dimensiones de 3.75 metros de alto, y una base de 2.46 x 1.86 metros, y su panel solar le da una envergadura de 9.84 metros. Como su antecesor, su base se basa en un bus común. Así, mientras ICESat empleaba la BCP-2000 de la empresa Ball, el actual recurre a la plataforma LEOStar-3 de Northrop Grumman (que absorbió Orbital-ATK a mediados de este año), que ha demostrado su valía en muchos satélites terrestres. Para ahorrar tiempo y costes, se decidió recurrir a las mismas características empleadas para la construcción de la de Landsat 8, pero con algunas modificaciones obligatorias debido a las características de su carga útil. Se trata de una base hexagonal construida en aluminio, con gran parte de su hardware colocado en su exterior. El ordenador de a bordo controla todas las funciones de a bordo, funcionando en su mayor parte de forma autónoma, y cuenta con un enorme grabador digital de estado sólido, con una capacidad de almacenamiento superior a los 580 gigabits de datos (el anterior, solo 56). Para transmitir tanta información, dispone de un sistema de alto rendimiento. Si bien el elemento bidireccional emplea banda-S para recepción de comandos y transmisión de telemetría, el de envío de información científica usa un transmisor de banda-X con una capacidad de 220 megabits por segundo, por los apenas 40 de su antecesor. ICESat-2 necesita, más que ningún otro, un muy preciso control de actitud triaxial y capacidad de saber sobre dónde está volando

alrededor de nuestro planeta. Para ello cuenta con unidades de referencia inercial, un par de escáneres estelares (colocados sobre el instrumento), sensores solares, receptores GPS muy sensibles, ruedas de reacción y sistemas de descompensación magnética, así como un sistema de propulsión con dos tipos de motores, todo para tener, sobre todo, un conocimiento exacto de su centro de gravedad. Por su parte, emplea células solares para su generación de energía, en esta ocasión, un único panel de cuatro secciones, por los dos del original, que proporciona energía suficiente para los sistemas de a bordo, y carga un par de baterías de ion-litio. Hay una particularidad con el panel solar, y es que puede cambiar su posición. Normalmente, estará desplegado en la dirección de la órbita, para rotar siguiendo al Sol, pero en casos especiales, puede desplazarse hacia atrás, quedándose fijo apoyado en la plataforma, un modo denominado de “velero”. Las razones, las desconocemos. En cuanto al control termal, el normal: mantas multicapa, calentadores eléctricos y radiadores. Solo porta un instrumento, como ICESat. Su nombre es ATLAS, el Sistema Avanzado de Altímetro Láser Topográfico. En lo básico, es como el GLAS de su antecesor: transmisor láser, telescopio receptor, y detectores. Pero en lo interno, no puede ser más

diferente. El sistema láser emplea dos láser redundantes, no tres, y solo emiten en una longitud de onda, en longitud de onda verde (532 nm). Cuando el haz de láser es disparado, no sale inmediatamente, sino que pasa por lo que se conoce como DOE, Elemento Óptico Difractivo, una compleja serie de lentes y espejos cuyo trabajo es dividir este haz en seis, tres haces débiles y tres fuertes, lo que permite cubrir más superficie. Solo un par de haces ya cubren más que lo que hacía el láser de ICESat, pero más importante es la cadencia de transmisión. Mientras que GLAS transmitía 40 pulsos por segundo, ATLAS transmite 10.000 por segundo, lo que supone una separación de 70 centímetros entre pulsos, por los 170 metros de la misión anterior. La transmisión láser inicia un cronómetro, por llamarlo así, que cuenta el tiempo que tardan en regresar los fotones láser. El sistema receptor está compuesto por un

telescopio reflector de berilio de 0.8 metros de diámetro. La luz que recoge este telescopio pasa por seis cables de fibra óptica, atraviesan distintos filtros hasta quedar solo la longitud de onda específica a la que se transmitió, para acabar alcanzando tubos fotomultiplicadores, que actúan como señal para detener los cronómetros. En esencia, se trata de un sistema de conteo de fotones, que cronometran el tiempo que tardan en llegar tras su emisión. En caso de problemas, cuenta con sistema de detectores de reserva. Se ha puesto mucho interés en mantener el telescopio alineado perfectamente, por ello cuenta con un sistema de referencia que emplea los propios lásers para corregir su alineamiento antes de ser disparado, y corregir su alineación. Para refrigerar los emisores láser, dispone de una placa que irradia todo el calor generado al espacio, en un lado que nunca da al Sol.  ATLAS es uno de los sistemas de su tipo más complejos jamás elevados al espacio. A plena carga en el momento del lanzamiento, declara una masa de 1514 kg., por los 970 de su antecesor.

ICESat-2 también es especial por su lanzador, porque supone el último vuelo de un vector ya prácticamente legendario. el Delta 2. Cohete de dos o tres etapas, ha lanzado desde su introducción antes de 1990 centenares de satélites, tanto comerciales como de ciencia terrestre, observatorios espaciales (como Spitzer, Swift o Fermi) y, durante varios años, fue el principal lanzador de misiones interplanetarias. Desde 1996 hasta el 2011, ha enviado al espacio, en distintas configuraciones, las sondas NEAR-Shoemaker, Mars Global Surveyor, Mars Pathfinder, Deep Space 1, Mars Climate Orbiter, Mars Polar Lander/Deep Space 2, Stardust, Mars Odyssey, CONTOUR, los dos MER, MESSENGER, Deep Impact, STEREO, Phoenix, Dawn, Kepler y GRAIL. Casi nada. Para el último lanzamiento, se ha optado por una variante intermedia, el Delta 2-7420-10, de dos etapas, cofia de tres metros de diámetro y cuatro motores aceleradores expulsables. El lanzamiento está previsto para el 15 de septiembre desde la base de Vandenberg, California. Cuando el lanzador termine su trabajo, ICESat-2 usará su propulsión para situarse en su órbita de trabajo, a 481 km. de altitud, con una inclinación sobre el ecuador de 92º. En esta trayectoria le permitirá regresar al punto de partida cada 91 días, o después de haber dado 1387 órbitas, siguiendo un patrón estacional.

Patrón de los láser de ATLAS en superficie

Después del periodo de activación y puesta a punto, que puede durar aproximadamente 60 días, el satélite estará en funciones, para una misión mínima de tres años, aunque tiene consumibles para aguantar un mínimo de siete, o más si se estira bien el combustible. La misión principal de ICESat-2 es el de calcular la

reducción de los hielos del mundo, no sólo cuánto, sino también a qué ritmo, muy útil sobre todo si se trata de glaciares. Estos datos complementarán los tomados por los satélites oceanográficos Jason, a los gravitatorios GRACE-FO, y sumarán los que continúe obteniendo CryoSat-2. Pero como su propio nombre indica, no solo está dedicado al hielo. Sobre las nubes, hará una misión parecida a la que está haciendo el satélite CALIPSO, estudiar los aerosoles existentes en las nubes que provocan la formación de nubes y la generación de precipitaciones. Y en cuanto a la elevación del suelo, la información ayudará a la creación de mapas topográficos más exactos,

estudiará la deforestación en zonas boscosas, así como la frondosidad de las copas de los árboles, para ayudar al estudio del carbono terrestre, y más aplicaciones. Su misión, en esencia, se resume en cuatro objetivos científicos: medir la masa que las capas de hielo ganan o pierden a nivel regional; medir la contribución de la fusión del hielo antártico o de Groenlandia al ascenso del nivel del mar; estimar el grosor del hielo marino y monitorizar cambios; y medir la altitud de los bosques para calcular la cantidad de carbono almacenado por la vegetación.

Muchos pueden pensar que ICESat-2 se ha hecho de rogar demasiado desde el fin de la misión original, pero para poder calcular con mayor exactitud lo que ocurre en las capas de hielo polar se necesita un salto tecnológico, y estos saltos no suelen ser fáciles de conseguir. La promesa de la ciencia exacta que dará recompensará, consiguiendo así doblar los datos que actualmente se recogen en este sentido. Desde aquí, buena suerte.