Misión al planeta Tierra: HydroGNSS

 A estas alturas, ya nadie debería extrañarse de que usar las señales de los satélites de navegación por (valga la redundancia) satélite es beneficioso para la ciencia. Por ello, es nuestro deber informar que, en pocos días, una nueva misión hará esto mismo, con una gran lista de objetivos.

Como se sabe, la navegación por satélite empezó siendo una herramienta militar, y hoy se usa para montones de cosas. Existen sistemas globales y sistemas regionales, si bien todos consisten en lo mismo: señales de radio con información de tiempo empotrada. Pero al ser una señal de radio, puede estar afectada tanto por la atmósfera como por la superficie. Ahí empezó todo. 

TOPEX-Poseidon fue el primer satélite en confiar en un receptor de GPS para su geolocalización, pero el primero en usar uno para la ciencia fue él alemán CHAMP. Y lo hizo para dos temas: sondeo atmosférico y altimetría. Combinado con experimentos instalados en aviones, se demostró que las señales reflejadas por el suelo y los océanos ofrecían información. De hecho, una de las primeras aplicaciones prácticas nos la trajo la constelación CYGNSS, dedicada al estudio de la velocidad del viento en la superficie de los océanos, en una forma de dispersometría por GNSS. La misión prosigue a día de hoy, si bien perdió uno de sus ocho satélites recientemente. Y, aunque el enfoque de la misión está en el agua, ha contribuido también en suelo firme. Que fuera capaz de crear imágenes de cuencas hidrográficas o humedales con alta resolución fue una sorpresa que muchos empezaron a explotar. ¿Qué tal una misión más centrada en tierra que en el agua?

Os presentamos a HydroGNSS, la primera misión clase Scout de la Agencia Europea del Espacio. Este tipo de misiones es un nuevo paradigma: misiones pequeñas, de ajustado presupuesto y corto ciclo de desarrollo. Busca llenar vacíos en nuestros conocimientos usando innovaciones tecnológicas, ideas nuevas, escasos recursos. Lo que esta misión usará se conoce como reflectometría por GNSS, usando los receptores de a bordo con las señales de uno o más satélites como un experimento de radar bistático, es decir, que la fuente emisora procede de otro lugar, y simplemente recibe la señal reflejada desde el suelo, y el procesado revela la información oculta. No es la primera misión que lo hace, hay que decirlo, puesto que ISRO lanzó su satélite EOS-08 con un instrumento de vocación similar, que da buenos resultados. Cuando HydroGNSS se aprobó, sólo hablaba de un satélite. El año pasado se decidió añadir un segundo. ¿Afecta esto al presupuesto total? La respuesta es no y, como es obvio, se doblará el retorno científico. Conozcamos a los pequeños de la casa.

La misión ha sido ideada, propuesta y realizada por la firma más experimentada en la reflectometría por GNSS: la Surrey Satellite Technology Ltd. del Reino Unido, empresa que lleva en funcionamiento desde 1985, hoy subsidiaria de Airbus. Al menos, lleva desde el año 2010 experimentando con esta técnica; de hecho, la carga útil de CYGNSS es obra suya. 

Cada satélite HydroGNSS es lo que podríamos considerar un microsatélite. El bus usado en ambos ejemplares es el SSTL-21, perteneciente a la familia de plataformas SSTL-MICRO. Cada uno posee unas dimensiones de 45 x 45 x 70 cm, sin contar con los paneles solares; sin embargo, es plenamente redundante en casi todos sus sistemas. Cuenta con un grabador de datos capaz de almacenar hasta 500 GB de datos. Su sistema de comunicaciones es dual, banda-S bidireccional para comandos y telemetría, y banda-X de alto rendimiento para la transmisión de los datos generados a bordo, con una única antena. Su estabilización es triaxial, contando con lo básico, como dos escáneres estelares. Por si fuera poco, usa un motor iónico

con combustible de xenón, ideal para un satélite de estas dimensiones. Ah, y cuatro panes solares se encargarán de proporcionar toda la energía que se consuma, y cargar la batería de a bordo. Su carga útil es un Receptor de Cartografía por Retraso Doppler llamado SGR-ReSI-Z. Cuenta con dos grupos de antenas receptoras de GNSS (usará principalmente señales de los sistemas GPS y Galileo), una en la parte superior y cuatro en la inferior, apuntando al planeta. La antena superior recibirá las señales directas de los satélites, el grupo inferior las reflexiones de las señales en el suelo. El sistema se ha diseñado para recibir señales de frecuencia dual y doble polarización, que serán preprocesadas a bordo. En sus electrónicas se añade un canal coherente de mayor ratio para poder recoger señales procedentes de fuertes reflejos desde la superficie a una resolución más alta. Todo para formar mapas de las zonas de interés. La masa máxima de cada satélite es de 75 kg. Unos peso pluma, sin duda.

Dado el tamaño y masa de los satélites HydroGNSS, éstos pueden caber en cada tipo de cohete, ya sea como la principal carga útil, ya como carga secundaria. Como es habitual últimamente, se trata del Falcon 9, en la misión Transporter-15, junto con más de treinta minisatélites más, entre ellos SunCet, Pandora o SPARCS. Echará a volar el 10 de noviembre desde la base de Vandenberg, California. Al final del proceso de lanzamiento, los satélites se situaran en una órbita polar a 550 km de altitud, sincrónica solar cruzando el ecuador a las 10:30 de la mañana, hora local. Y ambos estarán separados por 180°, reduciendo el tiempo de retorno a un lugar concreto a la mitad.

La ventaja que tiene HydroGNSS es la de poder tomar datos prácticamente todo el tiempo. No importará que sea de día o de noche, que esté despejado o nublado, que sea un día seco o uno lluvioso. Las señales de GNSS en banda-L están poco afectadas por las condiciones del tiempo, y penetran más que otras de más alta frecuencia. Cuenta con varias zonas de estudio: la humedad de suelo es un factor crítico. Hoy es investigado y medido por dos satélites veteranos como SMOS y SMAP, si bien HydroGNSS lo hará con una resolución más alta, de hasta 25 km, vital para los pronósticos meteorológicos, la hidrología, el análisis agrícola y la predicción de inundaciones a gran escala. El estado de congelación y deshielo es básico en estos tiempos. Se piensa, especialmente, en las zonas de altas latitudes donde existe el permafrost, el hielo bajo la superficie de forma casi permanente. Que este permafrost empiece a deshelarse es una mala noticia, porque son almacenes de gases antiguos, como el metano, pero también de dióxido de carbono, y hasta de calor. ¿Cuánto hay?, y ¿a qué ritmo de deshiela? Eso se intentará ver. Otro enfoque está en los humedales. Por lo general, son imposibles de ver por los satélites ópticos como consecuencia de la masa forestal que los esconde. Son ecosistemas frágiles, y al mismo tiempo almacenes de gases, en los que también abunda el metano. ¿Cómo se comportan?, esa es la pregunta. También tratará de detectar las señales que puedan anunciar una posible inundación. Con el suelo saturado de humedad, al final resultará imposible de retener más, provocándolas. La intención es, precisamente, la saturación de agua en la superficie, alertando así del posible peligro. Igualmente importante será el estudio de la biomasa. La masa forestal es difícil de cuantificar, pero si tenemos un cálculo aproximado, puede llevarnos a saber cuánto carbono hay almacenado en los bosques de la Tierra, y cuánto son capaces de absorber, lo que se llama un "sumidero" de carbono. Supondría una ayuda para la misión Biomass. Y, como objetivos secundarios, se podrán tomar mediciones de la velocidad del viento en la superficie oceánica, y medir la extensión del hielo marino en los polos. Casi nada.

Pueden parecer pequeños, sí, pero su misión será colosal. Si tiene éxito, que es lo que deseamos, podría llevar a una misión futura que sería una constelación con muchos más satélites. En fin, será cuestión de cruzar los dedos.