La NASA enviará nuevo instrumental de análisis meteorológico a la Estación Espacial
Dos instrumentos que serán lanzados a la Estación Espacial Internacional en unas pocas semanas podrían marcar un antes y un después en los pronósticos meteorológicos. Se espera que los dos nuevos instrumentos demuestren que, si bien son mucho más pequeños, mucho más livianos y mucho menos costosos que los satélites meteorológicos que orbitan hoy en día, pueden recopilar algunos de los mismos datos esenciales.
El propósito principal del instrumento Radiómetro
compacto para vectores de viento oceánico (COWVR, por sus siglas en inglés) es
medir la dirección y velocidad de los vientos en la superficie del océano. El
Experimento temporal para tormentas y sistemas tropicales (TEMPEST, por sus
siglas en inglés) analiza la humedad atmosférica.
Diseñados y construidos en el Laboratorio de
Propulsión a Chorro (JPL, por sus siglas en inglés) de la NASA en el sur de
California, estos dos instrumentos son demostraciones de tecnología. La NASA
archivará los datos y los pondrá a disposición de todos los usuarios
interesados, pero el objetivo principal de la misión es demostrar que los
instrumentos pueden funcionar en el espacio y proporcionar datos para los
pronósticos meteorológicos. Juntos, forman parte de una misión de la Fuerza
Espacial de EE.UU. llamada programa de Prueba Espacial Houston 8 (STP-H8, por
sus siglas en inglés), que se espera sea lanzada a la estación espacial el 21
de diciembre.
Novedades
sobre el COWVR
Con casi una década de desarrollo, COWVR surgió de
los programas de pronóstico del tiempo y observación ambiental basados en el
espacio, del Departamento de Defensa de EE.UU. El ejército recopila datos para
pronosticar los vientos de la superficie del océano con un instrumento espacial
llamado WindSat, que fue lanzado en 2003.
WindSat es un radiómetro de microondas que mide las
microondas de origen natural que son emitidas desde la atmósfera y la
superficie de la Tierra. Cuando aumenta el viento y crece el tamaño de las
olas, también aumentan las emisiones de microondas sobre el océano. Un
radiómetro de microondas registra estas emisiones cambiantes, y el
procesamiento de los datos puede revelar tanto la velocidad como la dirección
de los vientos en la superficie del océano. Esas mediciones son críticas para
monitorear cómo se desarrollan tormentas como los huracanes, y se transmiten en
los pronósticos y las advertencias para las poblaciones costeras y los barcos
en el mar.
WindSat ha superado con creces su vida útil
proyectada y todavía está en funcionamiento; pero en 2012, la Fuerza Aérea
comenzó a trabajar en un radiómetro de reemplazo del mismo tipo, con la
intención de lanzar el nuevo instrumento antes de que WindSat quedara fuera de
servicio. El costo y la dificultad de construir este tipo de instrumento
hicieron que los científicos del Departamento de Defensa pensaran en lo que
podría ser un sensor de viento oceánico de próxima generación. Ahí es donde
intervino la NASA.
Shannon Brown, ingeniero del JPL, había estado
trabajando en un radiómetro de microondas para la misión oceanográfica Jason-3,
desarrollada por la NASA, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y
socios europeos para medir la altura de la superficie del mar. Brown se dio
cuenta de que los avances en el diseño del instrumento Jason-3 podrían
reutilizarse para satisfacer las necesidades de los meteorólogos. “Creamos un
concepto que utilizaba la mayoría de los diseños del hardware de Jason-3, y descubrimos
que podía medir la velocidad y la dirección del viento a un costo mucho menor
que el que estaba construyendo la Fuerza Aérea”, dijo.
El aspecto novedoso de COWVR es su diseño
simplificado. El radiómetro WindSat gira unas 30 veces por minuto a medida que
recopila datos. El desafío de ingeniería de desarrollar y encender piezas que
puedan rotar muchos millones de veces en el espacio ha demostrado ser uno de
los aspectos más costosos y exigentes del desarrollo de radiómetros.
COWVR reduce la cantidad de piezas móviles,
reemplazando el hardware con algoritmos desarrollados recientemente por Brown y
sus colegas para este instrumento. Los algoritmos extraen del flujo de datos
sin procesar las señales deseadas de velocidad y dirección del viento. Las piezas
que aún deben girar ahora están alojadas en una plataforma giratoria, por lo
que no necesitan ser accionadas individualmente. El instrumento simplificado
pesa solo 58,7 kilogramos (130 libras) y utiliza 47 vatios de potencia para
funcionar —casi tanto como una lámpara de mesa— mientras que WindSat pesa 450
kilogramos (990 libras) y utiliza 350 vatios.
Un equipo de científicos e ingenieros de la NASA
comenzó a desarrollar el instrumento en 2013 en el JPL con un presupuesto de
$24 millones de dólares, una quinta parte del costo de WindSat. Completaron
COWVR dentro del presupuesto y el cronograma, en 27 meses, con el objetivo de
hacer un lanzamiento que estaba planificado para 2018. “Fue necesario un equipo
realmente talentoso para lograr eso”, señaló Brown. “Tuvimos que utilizar el
mejor criterio de ingeniería de todos para seguir avanzando”.
Don Boucher, científico principal de la oficina del
jefe de arquitectos de la Fuerza Espacial de EE.UU. (que asumió las operaciones
espaciales de la Fuerza Aérea este año), supervisó el proyecto para los
militares. “COWVR tiene la clara posibilidad de marcar un absoluto antes y
después para nuestros usuarios”, dijo. “Es más simple de construir, más simple
de poner a prueba, el período de tiempo para construir el instrumento es
menor... por lo que se pueden construir más por la misma cantidad de dinero que
un radiómetro convencional. Eso tiene enormes implicaciones para nuestra cadena
de suministro".
Cuando el lanzamiento planeado para 2018 no resultó,
la Fuerza Aérea recurrió al programa de Pruebas Espaciales, que proporciona
lanzamientos a la estación espacial para la comunidad de ciencia e ingeniería
militar. La órbita de la estación espacial le dará a COWVR una vista de la
superficie del océano en diferentes momentos del día en cada órbita, a
diferencia de una órbita sincronizada con el Sol que transporta a un satélite
sobre cualquier parte del globo a la misma hora todos los días. Con el tiempo,
esto ayudará a comprender cómo las olas del océano se desarrollan y cambian a
lo largo del día.
Observación de
tormentas tropicales con TEMPEST
“La Marina tiene un interés real en monitorear la
intensidad de los ciclones tropicales, pero esa fue una de las cosas que no
pudimos diseñar en COWVR porque teníamos un calendario muy apretado”, dijo
Brown, científico del JPL. Pero el JPL ya tenía un instrumento construido
precisamente para ese propósito: TEMPEST. Del tamaño aproximado de una caja de
cereal, era un repuesto de vuelo —un duplicado creado en caso de daños u otros
problemas con un instrumento espacial— para la misión de demostración de tecnología
TEMPEST-D 2018 de la NASA.
TEMPEST también es un radiómetro de microondas, pero
en lugar de vientos, mide longitudes de onda de microondas que son sensibles a
la presencia de vapor de agua. Al recopilar datos sobre numerosos huracanes y
otras tormentas entre 2018 y junio pasado, ya había demostrado que podía medir
el vapor de agua en varios niveles de la atmósfera, así como lo hacen los
satélites tradicionales.
“TEMPEST aporta la capacidad de detectar tanto la
cantidad de humedad atmosférica como su distribución vertical”, dijo Steve
Swadley, jefe de calibración y validación de sensores de microondas en el
Laboratorio de Investigación Naval de EE.UU. en Monterey, California. “Esto es
importante tanto para los modelos numéricos como para caracterizar la humedad
que rodea a los ciclones tropicales. Entonces, cuando Shannon [Brown] nos dijo:
‘Tenemos un TEMPEST de sobra, ¿sería útil en esta misión?’, la respuesta fue un
sí rotundo”.
Si los instrumentos funcionan como se espera, es
probable que la nueva tecnología de menor costo tenga un uso generalizado. Las
organizaciones podrían lanzar cuatro o cinco satélites con el mismo presupuesto
con el que antes hubieran pagado por uno. Hoy en día, existen tan pocos
satélites meteorológicos que es posible que solo uno o dos de ellos pasen sobre
una tormenta en formación durante todo un día. Esas pocas “instantáneas” de una
tormenta no dan a los meteorólogos la información suficiente para monitorear el
tipo de crecimiento explosivo que exhiben ahora tantas tormentas. Más satélites
darán a los científicos la oportunidad de aumentar la precisión de los pronósticos
y salvar más vidas.
Pero eso es mirar hacia el futuro, señaló Brown. La
misión STP-H8 sigue siendo una demostración de tecnología para mostrar la
viabilidad de los instrumentos. “No tenemos ninguna razón para pensar que no
lograremos nuestros objetivos, pero sea lo que sea que surja, estamos seguros
de que vamos a aprender mucho”.
/ Por Carol Rasmussen. Laboratorio de Propulsión a
Chorro
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