Misión al planeta Tierra: EarthCARE

 En el denominado sistema terrestre, hay muchos elementos que entendemos, y podemos modelar: las corrientes oceánicas, cómo se calienta la superficie dependiendo del material que la conforma, el fluir de los ríos, etc... Hay dos, sin embargo, que son muy difíciles de modelar y, aunque parezca mentira, están íntimamente ligados.

En el 2006 la NASA lanzó, al mismo tiempo, dos misiones independientes pero complementarias: CloudSat y CALIPSO. La primera cargaba con un radar meteorológico que nos permitió ver las nubes por dentro. El segundo, una batería de sensores para el estudio de la formación de las nubes y de la extensión de los aerosoles. Hay que entender un par de cosas. La primera: sin aerosoles difícilmente se formarían nubes. La segunda: modelar las nubes en sistemas informáticos es francamente complicado, en especial por lo poco que sabemos de ellas, sobre todo por dentro. Estas dos misiones apuntaban a enseñarnos lo básico, y al situarse en medio de una constelación de satélites de temática atmosférica como es el Tren-A, se creaba una imagen más completa. Es cierto añadir que ambos ya no están en la constelación, ya quisiéramos, puesto que se trataba de satélites ya con una edad cuyas misiones ya han finalizado, tristemente.

Las nubes son básicas no sólo para que llueva o nieve, juegan un papel crucial. Al ver una imagen global de la Tierra, comprobamos que, aproximadamente, está cubierta de nubes en un sesenta y cinco por ciento, con diversos tipos de nubes, más altas, más bajas... Gracias a las nubes, nuestro planeta no es un desierto gélido como Marte, ni un infierno como Venus. De hecho, templan la atmósfera. Por lo general, es el Sol quien nos calienta, y esa energía acaba, o llegando a la superficie, o parada por las nubes, devolviéndola al espacio. En cuanto a la que llega al suelo, queda absorbida, o retenida, o reflejada de vuelta. Sin nubes, se va a la atmósfera. Con ellas, vuelve al suelo. En cuanto a los aerosoles, son por lo general partículas emitidas desde el suelo, como polvo en suspensión... Estos aerosoles, a una altitud concreta, se convierten en los núcleos en que se condensan las gotas de agua, y así, formar la nube. Esto es, más o menos, lo básico. A pesar de todo lo estudiado, las nubes y los aerosoles siguen siendo, grandes incógnitas que hay que resolver. Para eso, pronto se enviará la que puede ser la misión definitiva. 

¿Y si juntásemos los instrumentos de CloudSat y CALIPSO en un solo satélite? Os presentamos EarthCARE, el Explorador de Nubes, Aerosoles y Radiación Terrestre. Este proyecto, complejo como él solo, es una de las misiones Earth Explorer de la Agencia Europea del Espacio, y la única realizada en conjunción con otra agencia espacial, concretamente la japonesa JAXA. Es una misión de precisión, por eso se han tardado años en prepararla. Por fin, está lista para volar.

Es una de las misiones más insólitas que se hayan diseñado. Completamente desplegada, mide diecinueve metros de largo, gran parte de esto es por su panel solar y su antena de radar, 2.5 de ancho y 3.5 de profundidad. Su bus es, a diferencia de muchos satélites actuales, una pieza única, si bien basada en la plataforma AstroBus-L, diseñada exclusivamente para

esta misión, construida básicamente en fibra de carbono, por rigidez, alineamiento de los instrumentos y ligereza. Poco sabemos de lo que le conforma para volar, aunque sí que su sistema de comunicaciones usará tanto banda-S como banda-X, la segunda como elemento de alto rendimiento, está estabilizado en sus tres ejes, y cuenta con su propia propulsión (aloja 313 kg de combustible). Su panel solar, de cinco secciones, mide once metros de largo, con una superficie activa de 21 m² repleta de células de alto rendimiento. Una batería de ión-litio servirá cuando esté en la sombra o requiera energía extra. Cuenta con cuatro investigaciones, dos pasivas y dos activas. Empezando por la segunda categoría, tenemos ATLID, el

LIDAR Atmosférico. Se compone de un telescopio receptor tipo Cassegrain con un espejo primario de 62 cm, y dos canales emisores de láser. Sólo funcionará uno, y cuentan con la particularidad de estar presurizados  1.2 bares, para evitar degradación. Se inspira en el ALADIN de la misión Aeolus, y por lo tanto trabaja en lu ultravioleta (355 nm). El canal receptor lo conforman tres unidades, un canal cros-polar, uno para dispersión Rayleigh y un tercero para dispersión Mie. Creará perfiles verticales registrando la distribución las propiedades de nubes y aerosoles, como altitud, espesor, propiedades

ópticas y hasta el tipo de aerosol. Después viene CPR, el Radar de Perfilado de Nubes. Su mayor características es su antena de 2.5 metros de diámetro, pero es mucho más. Es el segundo de su tipo en volar al espacio, pero el primero en el espacio con capacidad Doppler. Trabajará a 94 gigahércios, y registrará el interior de las nubes y atravesará incluso precipitación ligera, para conseguir detalles sobre su estructura vertical y su velocidad, distribución del tamaño de partículas y  contenido de agua. Esta es la contribución de JAXA. Tanto ATLID, como CPR están alineados con los escáneres estelares, para evitar errores de

alineamiento. En la primera categoría, MSI, la Cámara Multi Espectral. Aunque lo parezca por nombre, no tiene nada que ver con las cámaras de los satélites Sentinel-2. Es más, son dos cámaras en una. La primera registra longitudes de onda visibles, de infrarrojo cercano e infrarrojo de onda corta (dos canales). La apertura principal es de 4.7 mm (10.4 el segundo de onda corta) y el sistema óptico cuenta con espejos y divisores dicróticos. Para los canales visible e infrarrojo cercano los sensores son de silicio, los de infrarrojo de onda corta arseniuro de indio y galio, el segundo de los cuales usa refrigeración pasiva. La segunda registra luz de infrarrojo termal mediante tres canales, con un complicado sistema óptico propio. Como detectores emplea conjuntos de microbolómetros de 385 x 288 píxels, trabajando en modo TDI (Integración por Retraso de Tiempo), y situados en un paquete que integra un refrigerador termoeléctrico. El campo de visión es idéntico en todos los casos, cubriendo un ancho de escaneo de 150 km, con la particularidad de estar desviado hacia su izquierda (115 a la izquierda, 35 a la derecha) para evitar destellos solares. La resolución será de 500 metros. La intención es obtener información de contexto para la instrumentación activa, al tiempo que obtiene información adicional sobre tipo de nubes, propiedades ópticas de nubes y aerosoles, además de ayudar a crear

representaciones tridimensionales de nubes y aerosoles. Y para terminar, BBR, el Radiómetro de Banda Ancha. Peculiar como pocos, cuenta con tres telescopios idénticos, uno apuntando en la vertical, hacia abajo del satélite, y los otros dos miran hacia delante y hacia atrás. Cada telescopio cuenta con su propio detector lineal de microbolómetros refrigerado, registrando luz infrarroja entre 0.25 a 50 micrones, y mediante un filtro especial, infrarrojo de onda corta entre 0.25 y 4 micrones. Aunque sus resoluciones pueden ir de entre 0.6 a 1.8 km, dependiendo del campo de visión, lo habitual será una de unos diez km. Lo que pretende es medir el equilibrio en la cantidad de energía que entra y sale, midiendo la radiación solar reflejada y la radiación termal emitida por la superficie terrestre. Con estos datos, y los de los demás, se verá cuál es el efecto que tienen las nubes y los aerosoles en el equilibrio energético terrestre. A plena carga en el momento del lanzamiento, desplazará una masa de 2200 kg. La mayor misión de este programa.

Con tanto tiempo de desarrollo, escoger lanzador ha sido tarea complicada. Puesto que se diseñó para ser compatible con diversos tipos, dar con el ideal fue complicado. El escogido, al final, ha sido el Falcon 9, que lo pondrá en órbita desde la base de Vandenbeeg, en California. Hay que admitir que la primera opción fue el Vega-C, que hubiera volado, por tanto, desde el Puerto Espacial Europeo de Kourou, Guayaba Francesa. Pero unos problemas con él lo mantienen en tierra, recurriendo a la segunda opción. el despegue se ha fijado para el día 28.

Cuando se elevaron CloudSat y CALIPSO, todos eran de la opinión que una órbita más baja de los 705 km del Tren-A hubiera sido ideal, aunque pesó más la sinergia con los otros satélites de la constelación. Con EarthCARE, no hay este problema: la seleccionada está a 393 km de altitud. Será casi polar, cruzando el ecuador constantemente a las dos de la tarde, hora local, en una trayectoria sincrónica solar. Su patrón repetitivo, es decir, que volverá a un mismo lugar, será de 25 días. 

Está claro que las nubes no sólo son básicas para que llueva, también para mantener al equilibrio de la temperatura terrestre. La luz solar que llega en un espectro que va desde el ultravioleta (parada por la capa de ozono estratosférico) hasta el infrarrojo de onda corta, pero acaba saliendo como radiación de infrarrojo termal. Así, la cantidad que escapa o retorna al suelo de esta emisión dependerá de cómo es la nube, su estructura tridimensional. EarthCARE cuenta con todos sus instrumentos co-localizados, es decir, todos ven lo mismo, desde su perspectiva, con campos de visión sin obstrucciones. Mientras CPR consigue construir secciones del interior de las nubes ATLID capturará perfiles atmosféricos, detectando de todo lo que pille, mientras MSI generará imágenes de la atmósfera, especialmente de los sistemas de nubes, y BBR registra la energía que se intercambia. 

¿Para qué se lanza EarthCARE, concretamente? Cuenta con muchos objetivos que cumplir. Uno de ellos es observar perfiles verticales de todo tipo de aerosoles, naturales y de origen antropogénico, para estudiar, a escala global, sus propiedades radiativas y su interacción con las nubes. También hará lo propio con el agua líquida y el hielo atmosférico para ver su transporte dentro de las nubes y ver su efecto en el intercambio de energía. En cuanto a las nubes, indagará su distribución, la interacción entre las nubes y las precipitaciones, así como las características de los movimientos verticales dentro de las nubes. Por último, creará perfiles verticales del calentamiento y enfriamiento radiativo en la atmósfera usando los datos capturados de perfiles de nubes y aerosoles. 

La paciencia recompensa, y pronto uno de los satélites más deseados nos orbitará. ¿Qué nos desvelará?