Misión al planeta Tierra: TEMPO

Uno de los mayores problemas del día a día lo puede ver cualquiera a simple vista. Con alejarse de las ciudades, es difícil de ignorar la boina de contaminación que cuelga sobre las ciudades, por muchos motivos: calefacciones, aires acondicionados, fábricas… Medirlo en tiempo real es el reto, porque nos afecta a todos, a nuestra salud. Cuántas más herramientas tengamos, mejor informados estaremos. Y las espaciales son de las más importantes.

Hasta hace relativamente poco, los sensores atmosféricos que miden la composición atmosférica estaban únicamente en órbita baja terrestre. Satélites como Aura, pero también los meteorológicos, consiguen datos muy importantes, cubriendo nuestro planeta en la práctica totalidad. Pero este paradigma cambió hace relativamente poco. Hacia comienzos de la década del 2010, varias agencias espaciales, como la NASA, se juntaron para buscar formas nuevas para medir la contaminación en las regiones más “sucias” del planeta. Y sólo había una forma ideal: usar la órbita geoestacionaria. En realidad, será una combinación de satélites, de órbita baja y geoestacionaria, para controlar cómo está, cómo evoluciona. ¿Por qué GEO? Ofrece una gran ventaja obvia: una observación continua sobre una única región. Los satélites de órbita baja son muy útiles, pero tienen una limitación: dependiendo de su altitud orbital y el tamaño del campo de visión de sus instrumentos, pueden tardar, en el caso de las órbitas polares sincronizadas con el Sol, de días a varias semanas en volver a una misma localización. Para aquellos sensores no sincronizados con nuestra estrella, orbitando en otras inclinaciones, el tiempo de retorno puede ser de horas. Pero con un sensor geoestacionario, se podrá observar continuamente la región de interés, de día y de noche, si bien en esta parte del día no resultaría tan efectivo. ¿Tiene un inconveniente? Teniendo en cuenta los 36.000 km. de altitud, cualquiera puede pensar en que se trata de sensores con una resolución un tanto pobre, pero no, necesariamente. Depende del sensor, de su tamaño, de su telescopio receptor. Y para demostrar el concepto, la agencia

espacial de Corea del Sur encargó GEMS, el Espectrómetro de Monitorización Medioambiental Geoestacionario. Registrando la luz ultravioleta y visible entre los 300 y los 500 nm, tiene el campo de visión para observar una región de la Tierra de entre 5ºS y 45ºN en latitud, y 75ºE y 145ºE de longitud, cubriendo ciudades como Shanghai, Seul o Tokio, tomando datos de resoluciones de 8 x 7 km, lo que significa que se pueden registrar datos de barrios enteros en un solo pixel, en vez de ciudades enteras. Puesto en órbita el  18 de febrero del 2020 como parte del satélite GEO-KOMPSAT-2B (hoy conocido como Cheollian 2B), se encuentra anclado en la posición 128ºE, funcionando, hasta donde sabemos, sin problemas. Queda demostrado que estar alto no significa necesariamente una pobre resolución. Vayamos ahora con la apuesta de la NASA.

Ya no es necesario crear un satélite para lanzar un instrumento. Ahora, un proyecto puede desarrollar simplemente el instrumento que quiere poner en órbita, y esperar a la mejor oportunidad. Una alternativa de esta nueva forma es la ISS, y otra igual de atractiva es usar los satélites geoestacionarios encargados de las telecomunicaciones. Mediante un programa de cargas útiles huésped, uno de estos satélites ofrece al instrumento energía, control de actitud y ancho de banda para recibir comandos y transmitir la información científica. Pero, en lo demás, el instrumento operará de forma básicamente independiente. Ya hay un aparato con estas características: el instrumento GOLD, que se encuentra acoplado al satélite SES-14 ubicado a 47.5ºW

Como parte de su programa de misiones Earth Venture, la NASA seleccionó TEMPO (Emisiones Troposféricas: Medición de la Contaminación) en el año 2012. Se desarrolló la idea a partir de un concepto de misión geoestacionaria que observara eventos de contaminación en el aire y las costas, propuesto allá por el 2007. Se diseñó para observar la calidad del aire sobre la zona Norteamericana, con alta resolución espacial (siendo capaz de distinguir barrios dentro de las ciudades) y espectral, distinguiendo todo tipo de gases potencialmente contaminantes. Eso sí, si bien la aprobación del instrumento permitió desarrollarlo con cierta rapidez, encontrar un satélite anfitrión no fue tan sencilla. Pero en fin, satélite e instrumento están juntos, y preparados para el lanzamiento.

Como decimos, TEMPO es un instrumento, que ofrece unas amplias medidas (1.4 x 1.1 x 1.2 metros), para nada es ligero (148 kg.) y necesita una buena cantidad de energía para funcionar (163 W). Curiosamente, TEMPO y GEMS son instrumentos casi hermanos, porque fueron desarrollados por la misma firma (Ball). Como su hermano coreano, TEMPO es un espectrómetro que registra longitudes de onda ultravioleta y visible. Su camino de luz es largo y complejo, ya que, cuando la apertura se abre, el primer elemento óptico es un espejo de escaneo, fabricado en carburo de silicio por ligereza e insensibilidad a los cambios de temperatura, acoplado a un sistema pivotante en dos ejes, que no sólo barrerá el campo de visión, también corregirá los movimientos indeseados de su satélite. El resto del sistema lo conforma un telescopio reflector

tipo Schmidt de tres espejos fuera de ejes (f/3), con cada elemento óptico recubierto de aluminio para aumentar la señal de la luz ultravioleta, salvo el primario, que cuenta con un recubrimiento de bloqueo para evitar otras longitudes de onda no deseadas. De ahí, la luz pasa a una diminuta abertura al espectrómetro. La arquitectura escogida para este sistema es uno tipo Offner, que cuenta con un espejo de retransmisión que introduce la luz en el sistema, compuesto por un espejo primario, una rejilla de difracción convexa, un segundo espejo, una lente correctora, y una ventana con filtro antes de llegar al plano focal. Éste está formado por dos sensores CCD, uno junto a otro, virtualmente idénticos (1024 x 2048 pixels), uno para el ultravioleta (290-490 nm) y otro para el de luz visible (540-740 nm). Los CCD están dispuestos de tal forma que sus lados largos se ocupan de la resolución espacial, y los cortos de la espectral. Obtendrá datos con alta resolución espectral (0.6 nm) y espacial (2 km, en dirección norte-sur, 4.5 km en dirección este-oeste) Una unidad de control gestionará toda la operación de TEMPO, y para su control termal cuenta con dos voluminosos radiadores, si bien sus CCD se enfriarán de forma pasiva. ¿Qué podemos decir del satélite portador? Que su nombre es Intelsat-40e,

producido por la firma Maxar a partir de la plataforma de satélite SSL-1300. TEMPO se ha acoplado a su panel superior, y los dos grandes radiadores se proyectan sobre los lados norte-sur del satélite, según su orientación en órbita. Dos grandes paneles solares darán energía a la carga útil de transpondedores de alto rendimiento en banda-C, banda-Ku y banda-Ka. Interesantemente, este satélite recurrirá a un sistema de propulsión, contando con sistemas químicos convencionales y motores iónicos para su posicionamiento en órbita geoestacionario y su mantenimiento de posición. Desconocemos su masa de despegue, pero ya os garantizamos que no será ligero.

Y para lanzarlo, ¿qué? Una opción barata y segura es el Falcon 9, que ofrece prestaciones de sobra para una misión semejante. Usará el núcleo B1076, en el que será su cuarto vuelo tras una misión a la ISS y dos despliegues de decenas de satélites en cada oportunidad. Volará desde Cabo Cañaveral, siendo lanzado el próximo día siete, y el destino final de Intelsat-40e y TEMPO es la órbita geoestacionaria, anclado en los 91ºW.

Una vez en órbita y funcionando, TEMPO capturará todo su campo de visión cada hora, en un proceso de barrido que hará que el espejo de escaneo barra toda Norteamérica, de este a oeste, cubriendo todo Estados Unidos, gran parte de Canadá y una parte importante de México, algo más al sur de su populosa capital. El instrumento producirá productos estándar como perfiles de ozono troposférico, ozono total, dióxido de azufre (cada hora), formaldehido y acetilendiol (tres veces al día), a resoluciones espaciales básicas de ocho kilómetros (norte-sur) por cuatro kilómetros (este-oeste). Para aumentar la resolución y cantidad, el instrumento acumulará, uno sobre otro, los espectros capturados. Pero también se esperan otros resultados, como mediciones de gases traza (dióxido de nitrógeno,

hipobromito entre otros), vapor de agua, aerosoles, estudio de nubes, fluorescencia inducida por el Sol, estudios de irradiación ultravioleta en UVB, estudios de los rayos y sus consecuencias en la atmósfera, detección de quema de biomasa, estudios de elementos halógenos, e incluso podría observar la iluminación nocturna. Todos estos datos se podrán acoplar perfectamente a las imágenes de los satélites GOES actualmente en órbita para así correlacionar los datos de todos estos participantes. Y no sólo eso, porque la información que genere se unirá a la que generan misiones como Sentinel-5P, Aura, Suomi-NPP y los NOAA-20 y NOAA-21 (recién lanzado), a los que se unirá un tercer componente geoestacionario en la forma del instrumento Sentinel-4, que viajará al espacio en los satélites MTG-S.

El ritmo no para, y pronto tendremos un nuevo, y deseado, detective de la atmósfera. ¿Nos dará alguna sorpresa? Permaneced atentos.