Misión al planeta Tierra: MTG-I1

Cuántas veces habremos escuchado eso de: “las imágenes del satélite Meteosat”, que damos tan por sentado. Pero, ¿qué es Meteosat? ¿Dónde está Meteosat? ¿Cómo es Meteosat? ¿No habéis sentido nunca una pizca de curiosidad? Si tenéis unas pequeñas dudas sobre estos satélites, vamos a resolveros algunas.

La idea de un satélite de aplicaciones surgió en la antecesora de la Agencia Europea del Espacio, el ESRO, a comienzos de la década de 1970, y aprobado en 1972. Todo coincidió con la idea global de formar una red de satélites meteorológicos ubicados en órbita geoestacionaria. ¿Por qué esta trayectoria es tan interesante? Ya lo habremos mencionado alguna vez, y lo repetiremos: por la posibilidad de situar un satélite allí porque estará fijo sobre una localización específica de la Tierra. El resultado fue una serie de satélites que producirían la NASA, Europa. (ESA desde 1975), la Unión Soviética y Japón, con un total de cinco unidades creando una visión global de nuestro planeta, llamado Programa Global de Investigación Atmosférica o GARP. Desconocemos como era la unidad producida por la Unión Soviética, pero el resto usó un diseño básico de un satélite estabilizado por rotación y un instrumento básico de imágenes en luz visible e infrarroja. Si bien las unidades de la NASA y de Japón fueron producidos por la misma firma, el satélite europeo fue construido por un consorcio liderado por el Contratista Principal Aerospatiale de Francia,  mientras el instrumento era desarrollado por la inglesa Matra Marconi. El primer Meteosat fue el único lanzado por un cohete ajeno a la familia Ariane, con el Delta 2914 siendo quien lo hizo, el 23 de septiembre de 1977, para ocupar su posición sobre la latitud 0º, observando Europa, África y el océano Atlántico oriental el siete de diciembre, adquiriendo

su primera imagen dos días después. Desgraciadamente, un fallo en el diseño a bordo de los sistemas energéticos averió sin remisión su cámara y sus sistemas de diseminación de datos, casi dos años después de entrar en funciones. Hubo que esperar que el reemplazo, Meteosat-2 fuera lanzado el 19 de junio de 1981, ya en un Ariane 1 desde Kourou. El siguiente, Meteosat-3, no lo hizo hasta junio de 1988, en el primer vuelo del Ariane 4. Éste fue particular porque era un prototipo de desarrollo que fue modificado para volar. Esto se hizo porque los dos vuelos anteriores (el original fue apagado en 1984 cuando se agotó su combustible) eran vuelos de demostración y desarrollo. Los siguientes formaban parte ya del Programa Operativo Meteosat (MOP), lo que significaba ser construidos para servir a la organización europea de diseminación de datos meteorológicos por satélite EUMETSAT. El primero bajo MOP, Meteosat-4, llegó a la órbita ni un año después de su hermano, en marzo de 1989, con las unidades quinta y sexta siendo enviadas en marzo de 1991 y noviembre de 1993. A medida que los nuevos volaban, los viejos eran retirados, con el segundo siendo desactivado (fuera de órbita geoestacionaria) en 1991, el tercero en 1995, el cuarto en 1996, el quinto en el 2005, y el sexto en el 2011, acabando como servicio de retransmisión de datos de plataformas marítimas y terrestres. Entre tanto, se tuvo que construir una séptima unidad (como Programa de Transición Meteosat) para servir de puente entre la primera generación y sus relevos, conocidos como MSG, Meteosat Second Generation.

Para los nuevos Meteosat, se optó por la barata decisión de ser continuistas en su diseño, mientras que satélites como los GOES pasaban a plataformas modernas estabilizadas en sus tres ejes en vez de usar tambores rotatorios. Su instrumento principal, SEVIRI, es una versión mejorada de la original, y el mismo consorcio desarrolló cuatro satélites MSG, todos lanzados por los Ariane 5, con MSG-1 elevado en agosto del 2002 (y recientemente retirado como Meteosat-8), y las tres siguientes en diciembre del 2005 (MSG-2, Meteosat-9), julio del 2012 (MSG-3, Meteosat-10) y julio del 2015 (MSG-4, Meteosat-11), siendo estos tres aún los activos, mientras que la séptima unidad del programa no fue retirado hasta abril del 2017.

Actualmente, las cosas están del siguiente modo: Meteosat-11 es, desde el 2018, el satélite primario para EUMETSAT en 0º (cadencia, una imagen cada quince minutos), mientras que su hermano mayor funciona como Servicio de Escaneo Rápido (una imagen cada cinco minutos) en posición 9.5º este, situado sobre el continente africano, y el más antiguo está reposicionado desde junio de este año como satélite primario en el océano Índico en 45.5º E. Obviamente, el servicio necesita renovarse por completo, sobre todo por la aparición de nuevas prioridades de observación, pronóstico y alerta. Y esta renovación está a punto de empezar.

La idea para una tercera generación de satélites Meteosat surgió hacia el año 2000. Era cierto que aún no se había lanzado el primero de los MSG, sin embargo, ya había que plantear esas preguntas: ¿hacia dónde tenían que ir los satélites? ¿Qué capacidades mantener? ¿Qué otras aumentar, o incorporar? En línea con lo que se iba proponiendo en otras agencias, la ESA y EUMETSAT fueron perfilando el proyecto, para optar por un diseño radicalmente nuevo, completamente distinto a lo que ya tenían. Entre los años 2008 y 2012 formularon los planes definitivos de la que sería la continuación del servicio.

Meteosat, todo hay que decirlo, es el programa de observación terrestre más longevo en el que la ESA ha formado parte, con el primer ejemplar convirtiéndose en el primer satélite europeo en capturar imágenes de nuestro planeta. Desde 1981 hasta la fecha, el servicio no ha sido interrumpido. Esto significa un flujo constante de imágenes de la Tierra desde su percha en los 0º del que se sirven los servicios meteorológicos no sólo de Europa, sino de toda la región que observa. La nueva serie, MTG (Meteosat Third Generation) avanzará el sistema hacia lo profundo del siglo XXI, incrementando lo que ya se tiene, e introduciendo alguna que otra nueva prestación que mejorará los pronósticos aquí abajo. Vamos a conocerles.

Estamos a pocos días del lanzamiento de la primera unidad. Es un gran satélite, con unas medidas, plegado para el lanzamiento, de 2.3 x 2.8 x 5.2 metros. Su bus tiene forma rectangular, alojando, por supuesto, todo lo necesario para funcionar. Un ordenador de vuelo gestionará todas las funciones de a bordo mediante la Unidad de Administración del Satélite, donde todo se procesa y en donde todo se conecta, incluyendo la instrumentación. Un módulo importantísimo será el PDD (descarga de datos de la carga útil) la cual, como su propio nombre indica, es la responsable de amasar la información generada por los elementos de observación de a bordo y su transmisión. Y para transmitirlo, usará un sistema de frecuencia dual, usando

banda-S para recepción de comandos y transmisión de telemetría del hardware de a bordo, y banda-Ka para la descarga de toda la información recopilada por los sistemas de abordo, empleando una antena desplegable. Estabilizado en sus tres ejes como forma de control de actitud, cuenta con unidades de referencia inercial, sensores solares, escáneres estelares, cinco ruedas de reacción, y sus propulsores que conforman el módulo de propulsión llamado UPS, Sistema de Propulsión Unificado, con dieciséis propulsores pequeños para maniobras y control de actitud, y el potente motor LAE (Motor de Apogeo Líquido), empleando un sistema bipropelente, es decir, usa combustible y oxidante (hidracina y tetróxido de nitrógeno, concretamente) para crear la propulsión. LAE sólo se usará una vez, para la inserción en órbita geoestacionaria. Para su generación de energía, dos paneles solares, uno por lateral, plenamente rotatorios que producen suficiente cantidad como para alimentar los sistemas de a bordo y cargar las baterías del satélite. En cuanto a su protección termal, recurre a lo básico, como mantas multicapa, radiadores, calentadores eléctricos, mientras que cada instrumento cuenta con su propio sistema de refrigeración. Y ahora, la carga útil. Uno de los requisitos durante la planificación era la de poder tener dos funciones de observación: imágenes de todo el disco terrestre en alta resolución espectral era una, e imágenes de alta resolución en alta cadencia otra. ¿Y si

fundirlas en un único paquete? Os presentamos FCI, la Cámara Flexible Combinada. Un enorme bafle dirige la luz a un espejo plano, de carburo de silicio con un recubrimiento de plata, pivotante en dos ejes, lo que permitirá al sistema conseguir una imagen de todo el disco terrestre. Este espejo entregará la luz al telescopio del sistema, una unidad reflectora tipo Korsch fuera de ejes y tres espejos de Zerodur, también con recubrimientos de plata (diámetro de entrada treinta centímetros, longitud focal 1650 milímetros), que a su vez la lleva a un espejo que sirve al Ensamblaje de Separación Espectral, que separa la luz recibida mediante divisores de haz dicróticos en cinco grupos espectrales, uno para longitud de onda visible (sensores tipo CMOS registrando cinco bandas espectrales a 444, 510 640, 865 y 914 nm) y el resto para infrarrojo cercano e infrarrojo. Éstos están aislados dentro de una carcasa de titanio, en el interior de un criostato. Cada camino óptico tiene unas llamadas ópticas frías, que separan y concentran el resto de longitudes de onda diseñadas para observar nuestro planeta. Son sensores que exigen refrigeración

activa, de ahí que estén dentro de un criostato, con su propio camino óptico aislado del resto. Usa criorefrigeradores activos y radiadores para desechar el calor al espacio. Detectan el infrarrojo cercano en 1.38, 1.61, 2.25 micrones, en infrarrojo en 3.8, 6.3, 7.35, 8.7 y 9.66 micrones, e infrarrojo termal en 10.5, 12.3 y 13.3 micrones. Esto hace que FCI registre dieciséis bandas espectrales, con resoluciones de uno a dos kilómetros, con las bandas espectrales de 640 nm, 2.25, 3.8 y 10.5 micrones usadas en ambos modos de imágenes soportado por FCI. Todo para un voluminoso instrumento que posee unas medidas de 1.57 x 1.72 x 2.2 metros, desplaza una masa de casi cuatrocientos kilogramos, y necesita 495 vatios para funcionar, generando un volumen de datos de 68 Mbps. El segundo instrumento introduce una capacidad nueva en el sistema Meteosat. El deseo era ser capaz de detectar rayos en la atmósfera, una tarea que, durante años, llevó a cabo el satélite TRMM con su instrumento LIS, y llevada a órbita geoestacionaria con el

sensor GLM de los satélites de la serie GOES-R. Para Meteosat, el aparato se llama LI, Cámara de Rayos. Se ha optado por una sencilla configuración de cuatro telescopios tipo refractor que usan cinco lentes y, antes, dos filtros especiales: la ventana de rechazo solar, y el filtro de banda estrecha. Cada telescopio cuenta con una apertura de 110 milímetros y una longitud focal de 190.8 mm., entregando la luz a sensores tipo CMOS de 1000 x 1170 pixels. El sistema registrará una única longitud focal sintonizada específicamente en los 777.4 nm y, combinando los cuatro telescopios, cubrirá casi toda la Tierra (más del 80% de su superficie) con una resolución básica de 10 km, que puede reducirse a 4.5 para los eventos de tormentas. Es un instrumento tirando a caprichoso, porque puede generar un volumen de datos superior a lo que el satélite puede admitir. Para ello cuenta con herramientas de software que limitan esta característica. Será una cámara de alta velocidad, porque detectar rayos lo exige, además de contar con un procesado de a bordo que hará la detección. Estos dos son los sistemas principales, pero no los únicos, ya que cuenta con una Unidad de Monitorización de Radiación, o RMU, que tomará datos del nivel de radiación que experimentará el satélite en órbita geoestacionaria, un sistema de adquisición y retransmisión de datos (DCU, con su antena asociada) para plataformas meteorológicas situadas en lugares remotos, y el receptor GEOSAR de retransmisión de señales emitidas por las balizas de Búsqueda y Rescate, como parte del sistema COSPAS/SARSAT. Su vida de servicio se cifra en ocho años y medio, pero tendrá consumibles para superar los diez. Con todo su combustible cargado (un total de 1.9 toneladas) desplazará una masa de 3800 kg.

Su lanzamiento se ha fijado para el día 13, y será elevado por un Ariane 5-ECA desde el CSG de Kourou, Guayana Francesa. Pero no lo hará solo, porque este satélite, MTG-I1, ocupará la posición inferior dentro de la cofia. Es más, estará dentro de una cofia secundaria. Sobre él se sitúan dos satélites de telecomunicaciones, los Galaxy 35 y Galaxy 36. Así se aprovecha el viaje. En cuanto el lanzador termine su tarea, los tres estarán en la órbita elíptica conocida como GTO, es decir, órbita de transferencia geoestacionaria. Así, en el punto más elevado, MTG-I1 usará el motor LAE para insertarse en GEO, la órbita geoestacionaria, a 36000 km. de la superficie. A pesar de gastar una cantidad muy importante de combustible, aún poseerá el 20% de la cantidad original, suficiente para aguantar años.

Una vez en órbita, ya como Meteosat-12, ocupará la posición 0º para iniciar su servicio, tras sus pruebas en órbita, por supuesto. Pero MTG-I1 será sólo el inicio. Cuando se planificó la tercera generación, se decidió separar funciones. El que está a punto de volar, es el que posee instrumentos de imágenes, de ahí la I en su nombre. Hay un segundo tipo que es el MTG-S, que portará sensores de sondeo atmosférico. La ESA producirá un total de seis satélites, cuatro MTG-I y dos MTG-S, con tres de ellos funcionando en constelación: dos de imágenes y uno de sondeo. El concepto es el siguiente: habrá un satélite de imágenes que escaneará el globo terráqueo entero cada diez minutos, con un segundo centrado únicamente sobre el continente europeo a una cadencia superior, de dos minutos y medio. Entre medias, el sondeador capturará datos del globo terráqueo cada sesenta minutos, y de área local cada quince. De esta otra serie, no esperamos su lanzamiento hasta el 2024.

Pues ya veis, cambio de guardia en la vigilancia meteorológica geoestacionaria. Pero no desfallezcáis, con los satélites meteorológicos polares pronto pasará lo mismo, con una segunda generación de satélites MetOp en producción. Horizontes despejados.