El Cyclone Global Navigation Satellite System ( CYGNSS ) es un sistema espacial desarrollado por la Universidad de Michigan y el Southwest Research Institute con el objetivo de mejorar el pronóstico de huracanes mediante una mejor comprensión de las interacciones entre el mar y el aire cerca del núcleo de una tormenta.
El plan era construir una constelación de ocho microsatélites que se lanzarían simultáneamente en un único vehículo de lanzamiento [9] a la órbita terrestre baja , [7] [10] a 500 km de altitud. [11] El programa estaba programado para lanzarse el 12 de diciembre de 2016 y luego observar dos temporadas de huracanes. [12] [13] Problemas con una bomba en el avión de lanzamiento impidieron este primer lanzamiento, pero un segundo intento de lanzamiento tuvo lugar con éxito el 15 de diciembre de 2016. En 2022, uno de los satélites, FM06, cesó abruptamente sus operaciones. [14]
Descripción general
La previsión de las trayectorias de los ciclones tropicales desde 1990 ha mejorado aproximadamente un 50%; sin embargo, en el mismo período no ha habido una mejora correspondiente en el pronóstico de la intensidad de estas tormentas. Una mejor comprensión del núcleo interno de las tormentas tropicales podría conducir a mejores pronósticos; sin embargo, los sensores actuales no pueden recopilar datos de calidad suficiente sobre el núcleo interno debido al oscurecimiento de las bandas de lluvia que lo rodean y al muestreo poco frecuente. Para mejorar los modelos utilizados en los pronósticos de intensidad, se necesitan mejores datos. [15] [16]
CYGNSS medirá el campo de viento de la superficie del océano utilizando una técnica de dispersión biestática basada en señales de los Sistemas Globales de Navegación por Satélite (GNSS), principalmente GPS . [15] [16] Cada satélite recibe señales GPS directas y señales reflejadas desde la superficie de la Tierra; las señales directas señalan la posición del microsatélite y proporcionan una referencia temporal, mientras que las señales reflejadas o "dispersas" proporcionan información sobre el estado de la superficie del mar. La rugosidad de la superficie del mar corresponde a la velocidad del viento. [11] El uso de una red de ocho satélites pequeños permite realizar observaciones frecuentes: se prevé que el tiempo medio de revisita sea de 7 horas. [15] [16] Los ocho microsatélites orbitan con una inclinación de 35° y cada uno es capaz de medir 4 reflexiones simultáneas, lo que da como resultado 32 mediciones de viento por segundo en todo el mundo. [11]
CYGNSS es la primera de las misiones espaciales de clase Earth Venture de la NASA, parte del programa Pathfinder del Sistema de Ciencias de la Tierra de la NASA; [8] Las selecciones de vehículos eléctricos anteriores se dividieron entre cinco misiones aéreas de detección remota . La misión de dos años se lanzó el 15 de diciembre de 2016, después de aplazamientos de noviembre de 2016, [17] y 12 de diciembre de 2016. [12] [18]
Objetivo científico
El objetivo científico del CYGNSS es comprender el acoplamiento entre las propiedades de la superficie del océano, la termodinámica atmosférica húmeda, la radiación y la dinámica convectiva en el núcleo interno de un ciclón tropical. [11] Para lograr este objetivo, el sistema medirá la velocidad del viento en la superficie del océano en todas las condiciones de precipitación, incluidas las experimentadas en la pared del ojo . La misión también medirá la velocidad del viento en la superficie del océano en el núcleo interno de la tormenta con una frecuencia suficiente para resolver la génesis y la rápida intensificación. Como objetivo secundario, el proyecto apoyará a la comunidad operativa de pronóstico de huracanes mediante la producción y suministro de productos de datos sobre la velocidad del viento en la superficie del océano. [11]
Instrumentos
Cada satélite CYGNSS lleva un instrumento de mapeo Doppler retardado (DDMI), que consta de:
La misión CYGNSS se lanzó el 15 de diciembre de 2016 a las 13:37:21 UTC desde un único cohete lanzado desde el aire Pegasus XL . El cohete fue lanzado desde un avión Lockheed L-1011 personalizado, el Stargazer de Orbital ATK , desde una posición a 201 kilómetros (125 millas) de la costa de Cabo Cañaveral, Florida . [4] [19] Un intento de lanzamiento el 12 de diciembre fue abortado debido a problemas con el sistema hidráulico que separa el cohete Pegasus del avión de transporte. [20] Después del lanzamiento, los ocho microsatélites fueron puestos en órbita a partir de las 13:50 UTC y finalizando a las 13:52 UTC mediante un módulo de despliegue adjunto a la tercera etapa de Pegasus. El contacto por radio exitoso con el primer microsatélite se realizó a las 16:42 UTC. [21] Se contactó con éxito con el octavo microsatélite a las 20:30 UTC. [22] Al final del día 15 de diciembre, los ocho microsatélites tenían sus paneles solares desplegados y apuntaban al sol con las baterías cargándose en condiciones seguras, listos para comenzar la puesta en servicio de ingeniería. [23]
Uso de arrastre diferencial para ajustar el espaciado de los satélites
Mediciones CYGNSS del huracán José el 17 de septiembre de 2017. El ojo en calma es visible dentro del anillo de fuertes vientos en la pared del ojo.
Las primeras operaciones de la misión se centraron en la puesta en servicio de ingeniería de los satélites [24] y en los ajustes del espacio entre ellos. Su espaciado relativo es importante para lograr el muestreo espacial y temporal deseado. [25] El espaciado entre satélites se controla ajustando la orientación de las naves espaciales y, como resultado, la diferencia en la resistencia atmosférica entre satélites. Esta técnica se conoce como arrastre diferencial. Un aumento en la resistencia reduce la altitud de un satélite y aumenta su velocidad orbital. [26] La distancia entre naves espaciales cambia como resultado de sus velocidades relativas. Se trata de una forma alternativa de gestionar el espacio entre una constelación de satélites, en lugar de utilizar la propulsión activa tradicional, y tiene un coste significativamente menor. Permite construir más satélites por el mismo costo neto, lo que resulta en un muestreo más frecuente de eventos climáticos extremos de corta duración, como ciclones tropicales. [16] Se llevaron a cabo maniobras de arrastre diferencial durante el primer año y medio de operaciones en órbita y dieron como resultado una constelación bien dispersa que es capaz de realizar mediciones con las propiedades de muestreo deseadas. [27] [28]
Observaciones del viento sobre el océano
El CYGNSS realiza mediciones de la velocidad del viento de manera análoga a la de los anteriores radares espaciales de detección del viento oceánico, detectando cambios en la rugosidad de la superficie causados por la tensión del viento cerca de la superficie. [29] [30] La calidad de las mediciones está determinada por comparaciones con observaciones casi coincidentes de otros sensores de viento. Las comparaciones a velocidades de viento bajas a moderadas (por debajo de 20 m/s, 45 mph, 72 km/h) se realizan con el producto del viento del reanálisis numérico del Sistema Global de Asimilación de Datos de la NOAA e indican una incertidumbre en los vientos CYGNSS de 1,4 m/s (3 mph). ; 5 km/h), con mayor incertidumbre a altas velocidades del viento. [31] Por encima de 45 mph, y en particular para mediciones realizadas dentro de ciclones tropicales, se hacen comparaciones con observaciones casi coincidentes realizadas por instrumentos de detección de viento en aviones cazadores de huracanes P-3 de la NOAA que volaron hacia huracanes en coordinación con pasos elevados de satélites por parte de CYGNSS. [32] Las comparaciones indican una incertidumbre en los vientos CYGNSS del 11%. [33] Como ocurría con velocidades del viento más bajas, la incertidumbre aumenta con la velocidad del viento. Las mediciones de la velocidad del viento oceánico del CYGNSS se están incorporando actualmente en los modelos de pronóstico numérico de huracanes [34] [35] [36] [37] y en los modelos de marejadas ciclónicas [38] para evaluar la mejora en su desempeño. Imágenes de mediciones recientes y de archivo del viento oceánico, tanto a nivel mundial como centradas en tormentas individuales, están disponibles en [1] Archivado el 21 de enero de 2019 en Wayback Machine . Los archivos de datos numéricos de mediciones de la velocidad del viento oceánico están disponibles en [2].
Observaciones sobre tierra
Mediciones CYGNSS de la dispersión de la superficie terrestre para el mes de diciembre de 2017. Los cambios en la humedad del suelo y la extensión de las vías navegables interiores afectan las mediciones.
CYGNSS opera continuamente, tanto en océano como en tierra, y las mediciones terrestres también contienen información útil. Las mediciones son sensibles a la humedad superficial del suelo y a la presencia y extensión de masas de agua continentales. [27] La humedad del suelo se ha estimado utilizando datos CYGNSS en numerosos sitios en los EE. UU. continentales y se encuentra que concuerda estrechamente con mediciones independientes realizadas por sensores terrestres y por otro satélite. [39] [40] Los archivos de datos numéricos de mediciones de humedad del suelo están disponibles en [3]. También se ha demostrado la capacidad de los datos terrestres del CYGNSS para detectar y mapear el alcance de las inundaciones bajo densas copas de bosques [41] y esta capacidad se ha utilizado para producir imágenes secuenciales de inundaciones en Houston y La Habana y sus alrededores después de la llegada a tierra de los huracanes Harvey. e Irma, respectivamente. [42]
Ver también
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con CYGNSS .
^ ab "Kit de prensa de CYGNSS" (PDF) . NASA. 16 de diciembre de 2016. Archivado desde el original (PDF) el 8 de mayo de 2018 . Consultado el 17 de abril de 2017 .
^ ab Graham, William (15 de diciembre de 2016). "Pegasus lanza la constelación CYGNSS tras el lanzamiento de Stargazer". Vuelos espaciales de la NASA . Consultado el 17 de abril de 2017 .
^ "La constelación de satélites CYGNSS de la NASA entra en la fase de operaciones científicas". NASA. 31 de marzo de 2017. Archivado desde el original el 29 de junio de 2017 . Consultado el 16 de abril de 2017 .
^ ab Clark, Stephen (15 de diciembre de 2016). "Se lanzó una bandada de 'microsatélites' para medir los vientos dentro de los huracanes". Vuelos espaciales ahora . Consultado el 16 de abril de 2017 .
^ "CYGNSS - Órbita". Cielos arriba. 15 de abril de 2017.
^ "UM liderará el proyecto de satélite de la NASA de 152 millones de dólares". Associated Press . 19 de junio de 2012 . Consultado el 22 de junio de 2012 .
^ ab Clark, Stephen (21 de junio de 2012). "La NASA financia una misión satelital para medir los vientos huracanados". Vuelos espaciales ahora . Consultado el 22 de junio de 2012 .
^ ab "La NASA selecciona un sistema espacial Earth Venture de bajo costo y alta ciencia". NASA . 18 de junio de 2012 . Consultado el 24 de junio de 2012 .
^ "UM liderará un proyecto de predicción de huracanes de la NASA de 150 millones de dólares". Universidad de Michigan . 19 de junio de 2012. Archivado desde el original el 23 de junio de 2012 . Consultado el 14 de noviembre de 2016 .
^ Aldridge, James (21 de junio de 2012). "La NASA recurre a SwRI en esfuerzos de investigación para mapear huracanes". Diario de Negocios de San Antonio . Consultado el 22 de junio de 2012 .
^ abcdef "Ficha informativa de CYGNSS de octubre de 2014". Archivado el 4 de agosto de 2016 en la Universidad Wayback Machine de Michigan. Recuperado: 27 de septiembre de 2015.
^ "La Universidad de Michigan y la NASA se unen para un proyecto de satélite para huracanes". Radio de Míchigan . 19 de junio de 2012 . Consultado el 11 de abril de 2023 .
^ "Notas de campo: feliz sexto cumpleaños a la constelación CYGNSS". Observatorio de la Tierra de la NASA . 15 de diciembre de 2022 . Consultado el 3 de octubre de 2023 .
^ a b "CYGNSS". Archivado el 15 de marzo de 2013 en la Universidad Wayback Machine de Michigan. Recuperado: 15 de agosto de 2015
^ abcdRuf , Christopher S.; Atlas, Roberto; Chang, Paul S.; Clarizia, María Paola; Garrison, James L.; Gleason, Scott; Katzberg, Stephen J.; Jelenak, Zorana; Johnson, Joel T. (26 de junio de 2015). "Nueva misión satelital Ocean Winds para sondear huracanes y convección tropical". Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense . 97 (3): 385–395. Código bibliográfico : 2016BAMS...97..385R. doi : 10.1175/BAMS-D-14-00218.1 . ISSN 0003-0007. S2CID 10991111.
^ "Misiones - CYGNSS". NASA . 30 de abril de 2013. Archivado desde el original el 7 de abril de 2014 . Consultado el 8 de septiembre de 2013 .
^ Leona, Dan (19 de junio de 2012). "La NASA financiará la constelación Smallsat de seguimiento del viento". Noticias espaciales . Archivado desde el original el 3 de febrero de 2013 . Consultado el 22 de junio de 2012 .
^ "Satélites científicos de huracanes de la NASA enviados a órbita mediante un cohete Pegasus lanzado desde el aire". Vuelos espaciales 101 . 15 de diciembre de 2016 . Consultado el 16 de abril de 2017 .
^ "'Solución valiente de problemas en el aire '- Misión de huracanes CYGNSS ". blogs.nasa.gov . 12 de diciembre de 2016 . Consultado el 12 de diciembre de 2016 .
^ Allen, Bob (15 de diciembre de 2016). "¡El primer microsatélite CYGNSS está sano!". NASA . Consultado el 16 de abril de 2017 .
^ Atkinson, Joseph (15 de diciembre de 2016). "¡Ocho por ocho! ¡Todos los satélites contactados!". NASA . Consultado el 16 de abril de 2017 .
^ Ruf, Chris (15 de diciembre de 2016). "Un mensaje del investigador principal de CYGNSS, Chris Ruf". NASA . Consultado el 16 de abril de 2017 .
^ Matar, Ronnie; Scherrer, John; Rosa, Randall; Brody, Antonina; Redfern, Jillian; Smith, Keith; Ruf, Cristóbal; Sí, Terrance (9 de agosto de 2017). "Lanzamiento de CYGNSS y operaciones tempranas: crianza de octillizos". Conferencia AIAA/USU sobre pequeños satélites .
^ Bussy-Virat, CD; Ruf, CS; Ridley, AJ (2018). "Relación entre resolución temporal y espacial para una constelación de satélites GNSS-R". Revista IEEE de temas seleccionados en observaciones aplicadas de la Tierra y teledetección . 12 : 16–25. doi :10.1109/JSTARS.2018.2833426. ISSN 1939-1404. S2CID 19175653.
^ Finley, T.; Rosa, D. (2014). Astrodinámica 2013: Actas de la Conferencia de especialistas en astrodinámica AAS/AIAA celebrada del 11 al 15 de agosto de 2013 en Hilton Head, Carolina del Sur, EE. UU . vol. 150. Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica. págs. 1397-1411. ISBN978-087703605-0.
^ ab Ruf, Christopher; Ridley, Aarón; Nave, Kyle; Morris, María G.; Lang, Timoteo; Mastica, Clara; Balasubramaniam, Rajeswari (8 de junio de 2018). "Un nuevo paradigma en el monitoreo ambiental de la Tierra con la constelación de satélites pequeños CYGNSS". Informes científicos . 8 (1): 8782. Código bibliográfico : 2018NatSR...8.8782R. doi :10.1038/s41598-018-27127-4. ISSN 2045-2322. PMC 5993737 . PMID 29884899.
^ Bussy-Virat, CD; Ridley, AJ; Masher, A.; Nave, K.; Intelisano, M. (2018). "Evaluación de las operaciones de maniobra de arrastre diferencial en la constelación CYGNSS". Revista IEEE de temas seleccionados en observaciones aplicadas de la Tierra y teledetección . 12 : 7–15. doi :10.1109/JSTARS.2018.2878158. ISSN 1939-1404. S2CID 59234996.
^ Jones, W. Linwood; Schroeder, Lyle C.; Boggs, Dale H.; Bracalente, Emedio M.; Marrón, Robert A.; Cúpula, George J.; Pierson, Willard J.; Wentz, Frank J. (1982). "El dispersómetro satelital SEASAT-A: la evaluación geofísica de vectores de viento detectados remotamente sobre el océano". Revista de investigación geofísica: océanos . 87 (C5): 3297–3317. Código bibliográfico : 1982JGR....87.3297J. doi :10.1029/JC087iC05p03297. ISSN 2156-2202.
^ Zavorotny, VU; Voronovich, AG (2000). "Dispersión de señales GPS desde el océano con aplicación de teledetección del viento" (PDF) . Transacciones IEEE sobre geociencia y teledetección . 38 (2): 951–964. Código Bib : 2000ITGRS..38..951Z. doi : 10.1109/36.841977. ISSN 0196-2892.
^ Ruf, CS; Gleason, S.; McKague, DS (2018). "Evaluación de la incertidumbre en la recuperación de la velocidad del viento de CYGNSS" (PDF) . Revista IEEE de temas seleccionados en observaciones aplicadas de la Tierra y teledetección . 12 : 87–97. doi :10.1109/JSTARS.2018.2825948. ISSN 1939-1404. S2CID 13966928.
^ "Notas desde el campo: volando hacia el huracán Harvey". Earthobservatory.nasa.gov . 20 de enero de 2019 . Consultado el 20 de enero de 2019 .
^ "Notas desde el campo: segundo aniversario de CYGNSS en órbita". Earthobservatory.nasa.gov . 20 de enero de 2019 . Consultado el 20 de enero de 2019 .
^ Zhang, S.; Pu, Z. (2017). "Impacto de las velocidades del viento en la superficie del océano CYGNSS en simulaciones numéricas de un huracán en experimentos de simulación de sistemas de observación". Revista de Tecnología Atmosférica y Oceánica . 34 (2): 375–383. Código Bib : 2017JAtOT..34..375Z. doi : 10.1175/jtech-d-16-0144.1 .
^ Annane, Bachir (2018). "Un estudio del análisis HWRF y el impacto del pronóstico de observaciones CYGNSS simuladas de manera realista asimiladas como velocidades del viento escalares y como vectores de viento VAM". Revisión meteorológica mensual . 146 (7): 2221–2236. Código Bib : 2018MWRv..146.2221A. doi : 10.1175/mwr-d-17-0240.1 .
^ Leidner, S. (2018). "Análisis variacional de vientos en la superficie del océano simulados del sistema global de navegación por satélite ciclónico (CYGNSS) y evaluación mediante un OSSE regional". Revista de Tecnología Atmosférica y Oceánica . 35 (8): 1571-1584. Código Bib : 2018JAtOT..35.1571L. doi : 10.1175/jtech-d-17-0136.1 .
^ Cui, Z., Z. Pu, C. Ruf, V. Tallapragada, 2019a: Impacto de los datos CYGNSS en el análisis y pronóstico de ciclones tropicales utilizando el HWRF operativo. 23.ª Conferencia IOAS-ALOS, reunión anual de AMS, del 6 al 10 de enero de 2019, Phoenix, AZ.
^ Warnock, abril; Ruf, Chris; Morris, María (2017). "Predicción de marejadas ciclónicas con vientos cygnss". Simposio internacional de geociencia y teledetección del IEEE 2017 (IGARSS) . págs. 2975–2978. doi :10.1109/IGARSS.2017.8127624. ISBN978-1-5090-4951-6. S2CID 25898619.
^ Kim, Hyunglok; Lakshmi, Venkat (2018). "Uso de observaciones del sistema ciclónico de navegación global por satélite (CyGNSS) para estimar la humedad del suelo". Cartas de investigación geofísica . 45 (16): 8272–8282. Código Bib : 2018GeoRL..45.8272K. doi : 10.1029/2018GL078923 . ISSN 1944-8007. S2CID 53379291.
^ Masticar, CC; Pequeño, EE (5 de mayo de 2018). "Detección de la humedad del suelo mediante reflexiones GNSS espaciales: comparación de la reflectividad CYGNSS con la humedad del suelo SMAP". Cartas de investigación geofísica . 45 (9): 4049–4057. Código Bib : 2018GeoRL..45.4049C. doi : 10.1029/2018gl077905 . ISSN 0094-8276. S2CID 134962064.
^ Jensen, Catalina; McDonald, Kyle; Podest, Erika; Rodríguez-Álvarez, Nereida; Horna, Viviana; Steiner, Nicholas (7 de septiembre de 2018). "Evaluación de la reflectometría GNSS de banda L y el radar de imágenes para detectar la dinámica de inundaciones bajo el dosel en un complejo de humedales tropicales". Sensores remotos . 10 (9): 1431. Código bibliográfico : 2018RemS...10.1431J. doi : 10.3390/rs10091431 . ISSN 2072-4292.
^ Mastica, Clara; Reager, John T.; Pequeña, Erica (19 de junio de 2018). "Mapa de datos de CYGNSS inundaciones durante la temporada de huracanes del Atlántico de 2017". Informes científicos . 8 (1): 9336. Código bibliográfico : 2018NatSR...8.9336C. doi :10.1038/s41598-018-27673-x. ISSN 2045-2322. PMC 6008409 . PMID 29921941.
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