Un satélite con una antena extraordinaria estudiará la humedad del suelo

31 de diciembre de 2014: Es activo. Es pasivo. Y tiene un lazo grande que gira.
Con su lanzamiento programado para el 29 de enero de 2015, el instrumento Activo-Pasivo para la Detección de la Humedad del Suelo (Soil Moisture Active Passive instrument o SMAP, por su sigla en idioma inglés), de la NASA, medirá la humedad alojada en los suelos de la Tierra con exactitud y resolución sin precedentes. Las tres partes principales del instrumento son: un radar, un radiómetro y la antena de malla giratoria más grande jamás desplegada en el espacio.

 

 Con su lanzamiento programado para enero de 2015, el satélite de Mapeo de la Humedad del Suelo (SMAP), de la NASA, rastreará agua en el suelo. Los datos reunidos ayudarán a predecir las condiciones del tiempo, las inundaciones, las sequías, el rendimiento de las cosechas y los deslizamientos de tierra; todo desde el espacio exterior. Reproducir un video con música

A los instrumentos de detección remota se los llama “activos” cuando emiten sus propias señales y “pasivos” cuando registran señales que ya existen. El instrumento científico de la misión posee un sensor de cada tipo para reunir las mediciones más exactas y de mayor resolución que jamás se han tomado de la humedad del suelo; una pequeña fracción del agua de la Tierra que tiene un efecto desproporcionadamente grande sobre las condiciones meteorológicas y también sobre la agricultura.

Para permitir que la misión alcance el nivel de exactitud necesario mientras que cubre el globo cada tres días, más o menos, los ingenieros del SMAP en el Laboratorio de Propulsión a Chorro (Jet Propulsion Laboratory o JPL, por su sigla en idioma inglés), de la NASA, ubicado en Pasadena, California, diseñaron y construyeron la antena giratoria más grande que podría guardarse en un espacio de solo 30 por 120 centímetros (1 pie por 4 pies) para el lanzamiento. El disco mide 6 metros (19,7 pies) de diámetro.

 

 

“Lo llamamos el lazo giratorio”, dijo Wendy Edelstein, del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en Pasadena, California, quien está a cargo del instrumento SMAP. Como el lazo de un vaquero, la antena se une en un costado a un brazo con un gancho en el codo. Gira alrededor del brazo a unas 14 revoluciones por minuto (una rotación completa cada cuatro segundos). El disco de la antena fue aportado por Northrop Grumman Astro Aerospace, en Carpinteria, California. Y el motor que hace girar la antena fue proporcionado por la compañía Boeing, en El Segundo, California.

“La antena nos causó mucha angustia, sin duda”, señaló Edelstein. Aunque la antena debe caber durante el lanzamiento en un espacio no mayor al de un cesto de basura alto, tiene que desplegarse de manera muy precisa, de modo que la forma superficial de la malla sea exacta dentro de aproximadamente unos pocos milímetros (una octava parte de una pulgada).

El disco de malla está bordeado por un anillo de soportes de grafito liviano que se estiran y se abren como una puerta para bebés cuando se tira de un solo cable, desplegando así la malla. “Asegurarnos de que no se trabe, que la malla no se enganche en los soportes y se rompa al desplegarse… todo eso requiere una ingeniería muy cuidadosa”, dijo Edelstein. “Probamos, probamos y probamos un poco más. Tenemos un sistema muy estable y robusto ahora”.

El radar del SMAP, desarrollado y construido en el JPL, utiliza la antena para transmitir las microondas hacia la Tierra y recibir las señales que regresan, lo cual se llama retrodifusión. Las microondas penetran unas pocas pulgadas o más en el suelo antes de rebotar. Los cambios en las propiedades eléctricas de las microondas que regresan señalan cambios en la humedad del suelo y también dicen si el suelo está congelado o no. Mediante el uso de una técnica compleja, llamada procesamiento de radar de apertura sintética, el radar puede producir imágenes muy nítidas con una resolución de uno a tres kilómetros (media milla a milla y media).

El radiómetro del SMAP detecta diferencias en las emisiones naturales de microondas de la Tierra que son causadas por el agua en el suelo. Con el fin de abordar un problema que ha obstaculizado seriamente las misiones anteriores que utilizaron este tipo de instrumento para el estudio de la humedad del suelo, los diseñadores del radiómetro del Centro Goddard para Vuelos Espaciales (Goddard Space Flight Center, en idioma inglés), de la NASA, en Greenbelt, Maryland, desarrollaron y construyeron uno de los más sofisticados sistemas de procesamiento de señales jamás creado para un instrumento científico.

El problema es la interferencia de radiofrecuencia. Las longitudes de onda de las microondas que SMAP utiliza están oficialmente reservadas para uso científico, pero las señales en longitudes de onda cercanas que se utilizan para el control del tráfico aéreo, los teléfonos celulares y otros propósitos, se propagan a las longitudes de onda del SMAP de forma imprevisible. El procesamiento convencional de señales promedia los datos durante un período prolongado, lo cual significa que incluso una breve ráfaga de interferencia sesga el registro para ese período. Los ingenieros del centro Goddard idearon una nueva forma de eliminar sólo los segmentos pequeños de interferencia real, dejando mucho más de las observaciones intactas.

La combinación de las señales de radar y del radiómetro permite a los científicos sacar ventaja de las fortalezas de ambas tecnologías y evitar sus debilidades. “El radiómetro proporciona datos más precisos sobre la humedad del suelo pero brinda una resolución tosca, de aproximadamente 40 kilómetros (25 millas)”, expresó Eni Njoku, del JPL, un científico de investigación que trabaja con el instrumento SMAP. “Con el radar, se puede crear una resolución muy alta, pero es menos exacta.

Para obtener una medición exacta y de alta resolución, procesamos las dos señales juntas”.