El QuikSCAT ( Quick Scatterometer ) de la NASA era un satélite de observación de la Tierra que transportaba el dispersómetro SeaWinds . Su misión principal era medir la velocidad y la dirección del viento en la superficie de los océanos globales libres de hielo a través de su efecto sobre las olas del agua . Las observaciones del QuikSCAT tenían una amplia gama de aplicaciones y contribuyeron a los estudios climatológicos, la previsión meteorológica, la meteorología, la investigación oceanográfica, la seguridad marítima, la pesca comercial, el seguimiento de grandes icebergs y los estudios de la tierra y el hielo marino, entre otros. Este dispersómetro SeaWinds se conoce como el dispersómetro QuikSCAT para distinguirlo del dispersómetro SeaWinds casi idéntico que volaba en el satélite ADEOS-2 .
QuikSCAT se lanzó el 19 de junio de 1999 con un requisito inicial de misión de 3 años. QuikSCAT fue una misión de "recuperación rápida" que reemplazó al dispersómetro de la NASA (NSCAT), que falló prematuramente en junio de 1997 después de solo 9,5 meses de funcionamiento. Sin embargo, QuikSCAT superó con creces estas expectativas de diseño y continuó operando durante más de una década antes de que una falla en el cojinete de su motor de antena pusiera fin a las capacidades de QuikSCAT para determinar información útil sobre el viento en la superficie el 23 de noviembre de 2009. El registro de datos geofísicos de QuikSCAT abarca desde el 19 de julio de 1999 hasta el 21 de noviembre de 2009. Si bien la antena no pudo girar después de esta fecha, sus capacidades de radar permanecieron completamente intactas. Continuó operando en este modo hasta que finalizó la misión completa el 2 de octubre de 2018. Los datos de este modo de la misión se utilizaron para mejorar la precisión de otros conjuntos de datos de viento en la superficie del satélite mediante la intercalibración de otros dispersómetros de banda Ku.
QuikSCAT midió vientos en franjas de medición de 1.800 km de ancho centradas en la trayectoria terrestre del satélite sin brecha en el nadir, como ocurre con los dispersómetros de haz en abanico como el NSCAT. Debido a su amplia franja y a la falta de brechas dentro de la franja, QuikSCAT pudo recopilar al menos una medición vectorial del viento en el 93% de los océanos del mundo cada día. Esto mejoró significativamente con respecto a la cobertura del 77% proporcionada por el NSCAT. Cada día, QuikSCAT registró más de 400.000 mediciones de velocidad y dirección del viento. Esto es cientos de veces más mediciones del viento en la superficie que las que se recopilan rutinariamente desde barcos y boyas.
QuikSCAT proporcionó mediciones de la velocidad y dirección del viento con referencia a 10 metros sobre la superficie del mar con una resolución espacial de 25 km. La información sobre el viento no se puede recuperar a una distancia de entre 15 y 30 km de las costas o en presencia de hielo marino. Las precipitaciones generalmente degradan la precisión de la medición del viento, [1] aunque aún se puede obtener información útil sobre el viento y la lluvia en ciclones tropicales y de latitudes medias para fines de monitoreo. [2] Además de medir los vientos superficiales sobre el océano, los dispersómetros como QuikSCAT también pueden proporcionar información sobre la cobertura fraccional del hielo marino, rastrear icebergs grandes (de más de 5 km de longitud), diferenciar tipos de hielo y nieve y detectar la línea de congelación y descongelación en las regiones polares.
Aunque la antena parabólica giratoria ya no puede girar como estaba previsto, el resto del instrumento sigue funcionando y las capacidades de transmisión de datos siguen intactas, aunque no puede determinar el viento vectorial de la superficie. Sin embargo, todavía puede medir la retrodispersión del radar en un ángulo de acimut fijo. QuikSCAT se está utilizando en este modo reducido para calibrar de forma cruzada otros dispersómetros con la esperanza de proporcionar conjuntos de datos de viento de superficie consistentes y a largo plazo en múltiples plataformas de dispersómetros en órbita, incluido el dispersómetro avanzado (ASCAT) de la Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos (EUMETSAT) en MetOp-A y MetOp-B , el dispersómetro Oceansat-2 de la India operado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) y el dispersómetro HaiYang-2A (HY-2A) de China operado por el Servicio Nacional de Aplicaciones Oceánicas por Satélite de China, así como futuras misiones de dispersómetros de la NASA en desarrollo. En 2011, un panel de revisión sénior de la NASA aprobó la continuación de la misión QuikSCAT con estos objetivos modificados hasta 2018. QuikSCAT fue declarado completamente desmantelado el 2 de octubre de 2018.
SeaWinds utilizó una antena parabólica giratoria con dos haces puntuales que barren en un patrón circular. La antena consta de un plato giratorio de 1 metro de diámetro que produce dos haces puntuales que barren en un patrón circular. [3] Irradia pulsos de microondas de 110 W a una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) de 189 Hz. QuikSCAT opera a una frecuencia de 13,4 GHz, que se encuentra en la banda Ku de frecuencias de microondas. En esta frecuencia, la atmósfera es mayormente transparente a las nubes y aerosoles que no precipitan, aunque la lluvia produce una alteración significativa de la señal. [4]
La nave espacial se encuentra en una órbita heliosincrónica , con tiempos de cruce ecuatorial de franjas ascendentes de aproximadamente las 06:00 LST ±30 minutos. A lo largo del ecuador, las franjas consecutivas están separadas por 2.800 km. QuikSCAT orbita la Tierra a una altitud de 802 km y a una velocidad de aproximadamente 7 km por segundo.
Los dispersómetros, como el QuikSCAT, emiten pulsos de radiación de microondas de baja potencia y miden la potencia reflejada de vuelta a su antena receptora desde la superficie del mar agitada por el viento. Las ondas de gravedad y capilares en la superficie del mar causadas por el viento reflejan o retrodispersan la potencia emitida por el radar del dispersómetro principalmente mediante una condición de resonancia de Bragg . Las longitudes de onda de estas ondas son de aproximadamente 1 cm y suelen estar en equilibrio con el viento superficial local. Sobre las superficies del agua, la retrodispersión de microondas está altamente correlacionada con la velocidad y la dirección del viento superficial. La longitud de onda particular de las ondas superficiales está determinada por la longitud de onda de la radiación de microondas emitida por el radar del dispersómetro.
QuikSCAT consiste en un radar de microondas activo que infiere los vientos superficiales a partir de la rugosidad de la superficie del mar basándose en mediciones de la sección transversal de retrodispersión del radar, denotada como σ 0 . σ 0 varía con la velocidad y la dirección del viento superficial en relación con el acimut de la antena, el ángulo de incidencia, la polarización y la frecuencia del radar. QuikSCAT utiliza una antena de doble haz de barrido cónico que muestrea el rango completo de ángulos de acimut durante cada revolución de la antena. Las mediciones de retrodispersión se obtienen en ángulos de incidencia fijos de 46° y 54°, lo que proporciona hasta cuatro vistas de cada región de la superficie en diferentes ángulos de incidencia.
El procesamiento estándar de las mediciones de QuikSCAT permite obtener una resolución espacial de unos 25 km. Mediante un procesamiento especial también se consigue una resolución espacial mayor de 12,5 km, pero con un ruido de medición significativamente mayor. También se consigue una resolución espacial aún mayor de 5 km, pero solo para regiones limitadas y casos especiales.
Las observaciones de σ 0 están calibradas a la velocidad y dirección del viento a una altura de referencia de 10 metros sobre la superficie del mar.
En 1996, se lanzó el dispersómetro de la NASA (NSCAT) a bordo del Satélite Avanzado de Observación de la Tierra japonés ( ADEOS-1 ). Este satélite fue diseñado para registrar vientos superficiales sobre el agua en todo el mundo durante varios años. Sin embargo, una falla inesperada en 1997 llevó a una terminación anticipada del proyecto NSCAT. Después de esta misión brevemente exitosa, la NASA comenzó a construir un nuevo satélite para reemplazar al que falló. Planearon construirlo y tenerlo preparado para el lanzamiento lo antes posible para limitar la brecha en los datos entre los dos satélites. [5] En solo 12 meses, el satélite Quick Scatterometer (QuikSCAT) se construyó y estuvo listo para ser lanzado, más rápido que cualquier otra misión de la NASA desde la década de 1950. [6]
El proyecto QuikSCAT se había presupuestado originalmente en 93 millones de dólares, incluyendo el satélite físico, el cohete de lanzamiento y el apoyo continuo para su misión científica. [7] Una serie de fallos de cohetes en noviembre de 1998 dejaron en tierra la flota de lanzadores Titan (familia de cohetes) , retrasaron el lanzamiento de QuikSCAT y agregaron 5 millones de dólares a este costo inicial. [7]
El satélite llevaba un nuevo instrumento, el dispersómetro SeaWinds. El instrumento SeaWinds, un sistema de radar de microondas especializado, medía tanto la velocidad como la dirección de los vientos cerca de la superficie del océano. Utilizaba dos radares y una antena giratoria para registrar datos de nueve décimas partes de los océanos del mundo en un solo día. Registró aproximadamente cuatrocientas mil mediciones de viento diarias, cada una de las cuales cubría un área de 1.800 kilómetros (1.100 millas) de ancho. [6] El Laboratorio de Propulsión a Chorro y el equipo del NSCAT gestionaron conjuntamente el proyecto de construcción del satélite en el Centro de Vuelo Espacial Goddard . Ball Aerospace & Technologies Corp. suministró los materiales para construir el satélite.
En vista del tiempo récord de construcción, los ingenieros que trabajaron en el proyecto recibieron el premio American Electronics Achievement Award. Esto se logró gracias al nuevo tipo de contrato creado específicamente para este satélite. En lugar del año habitual que se otorga para seleccionar un contrato e iniciar el desarrollo, se limitó a un mes. [8]
El satélite recién construido se iba a lanzar en un cohete Titan II desde la base aérea de Vandenberg en California. El cohete despegó a las 19:15 PDT del 19 de junio de 1999. Aproximadamente dos minutos y treinta segundos después del lanzamiento, el primer motor se apagó y el segundo se puso en marcha mientras se movía sobre la península de Baja California . Un minuto después, el cono de la nariz, en la parte superior del cohete, se separó en dos partes. Dieciséis segundos después, el cohete se reorientó para proteger al satélite del sol. Durante los siguientes 48 minutos, las dos naves volaron sobre la Antártida y más tarde sobre Madagascar, donde el cohete alcanzó la altitud deseada de 500 mi (800 km). [9]
A los 59 minutos de su lanzamiento, el satélite se separó del cohete y fue empujado hacia su órbita circular alrededor de la Tierra. Poco después, se desplegaron los paneles solares y se estableció la conexión con el satélite a las 8:32 pm PDT con una estación de seguimiento en Noruega. Durante las siguientes dos semanas, el transbordador utilizó ráfagas de su motor para afinar su ubicación y corregir su curso al movimiento deseado. El 7 de julio, dieciocho días después del despegue, se encendió el dispersómetro y un equipo de 12 personas realizó revisiones detalladas del funcionamiento de QuikSCAT. Un mes después de entrar en órbita, el equipo completó las comprobaciones y QuikSCAT comenzó a recopilar y transmitir mediciones de retrodispersión. [9]
Muchos centros operativos de predicción numérica del tiempo comenzaron a asimilar los datos de QuikSCAT a principios de 2002, y las evaluaciones preliminares indicaron un impacto positivo. [10] Los Centros Nacionales de Predicción Ambiental (NCEP) de los Estados Unidos y el Centro Europeo de Predicciones Meteorológicas a Plazo Medio (ECMWF) lideraron el camino al iniciar la asimilación de los vientos de QuikSCAT a partir del 13 de enero de 2002 y el 22 de enero de 2002, respectivamente. Los vientos de superficie de QuikSCAT fueron una herramienta importante para el análisis y la previsión en el Centro Nacional de Huracanes de los Estados Unidos desde que estuvieron disponibles casi en tiempo real en 2000. [11]
Los campos de viento QuikSCAT también se utilizaron como herramienta en el análisis y pronóstico de ciclones extratropicales y clima marítimo fuera de los trópicos en el Centro de Predicción Oceánica de EE. UU. [12] y el Servicio Meteorológico Nacional de EE. UU . [10] [13]
También se proporcionaron datos en tiempo real sobre la mayoría de los océanos globales libres de hielo, incluidas regiones del océano tradicionalmente escasas en datos donde existen pocas observaciones, como el Océano Austral y el Océano Pacífico tropical oriental.
Las observaciones QuikSCAT se proporcionan a estos usuarios operativos en tiempo casi real (NRT) en formato binario universal para la representación de datos meteorológicos (BUFR) por parte de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica/Servicio Nacional de Satélites, Datos e Información Ambiental (NOAA/NESDIS) . [14] El objetivo de latencia de los datos es de 3 horas, y casi todos los datos están disponibles dentro de las 3,5 horas posteriores a la medición. Para cumplir con estos requisitos, los algoritmos de procesamiento de datos QuikSCAT NRT combinan las mediciones de retrodispersión de grano más fino en menos compuestos que los algoritmos de datos científicos. De lo contrario, los algoritmos de procesamiento QuikSCAT NRT son idénticos a los algoritmos de datos científicos.
Las aplicaciones de QuikSCAT en el análisis y pronóstico operativo de ciclones tropicales en el Centro Nacional de Huracanes incluyen la identificación y localización del centro de los ciclones tropicales , la estimación de su intensidad y el análisis de los radios del viento. [2] [11] La capacidad del dispersómetro para registrar las velocidades del viento en la superficie permite a los meteorólogos determinar si se está formando un área de baja presión y mejorar la capacidad de predecir cambios repentinos en la estructura y la fuerza.
El primer ciclón tropical captado por el instrumento SeaWinds fue el tifón Olga en la cuenca del Pacífico occidental . El sistema fue monitoreado por el satélite desde su generación el 28 de julio hasta su desaparición a principios de agosto. [15]
En 2007, Bill Proenza , el director del Centro Nacional de Huracanes en ese momento, declaró en un mensaje público que la pérdida del satélite QuikSCAT dañaría la calidad de los pronósticos de huracanes. [16] Esto siguió a una anomalía de la batería en la que la nave espacial fue temporalmente incapaz de realizar observaciones científicas nominales debido a la energía limitada. [17] Afirmó que los pronósticos de tres días serían aproximadamente un 16% menos precisos después de la pérdida de QuikSCAT. [18] Esta posición fue controvertida ya que se basó en datos no publicados. [16] Aunque el satélite ayuda a pronosticar la posición e intensidad de los huracanes, no lo hace de manera exclusiva.
A mediados de 2009, se observó un deterioro gradual en los cojinetes del mecanismo de rotación de la antena. La fricción causada por este deterioro ralentizó la velocidad de rotación de la antena, lo que provocó lagunas en los datos registrados por QuikSCAT. La antena finalmente falló el 23 de noviembre de 2009. [20] Al fallar, se anunció que el satélite probablemente estaba al final de su misión y ya no se usaría. [19] Se confirmó que el sensor del satélite había fallado alrededor de las 0700 UTC . La pérdida solo afectó al equipo de escaneo en tiempo real; la recopilación de datos a largo plazo permaneció intacta y operativa. [18] Según la NASA, la falla se debió a la edad del satélite. El mecanismo que se atascó fue diseñado para durar solo cinco años; sin embargo, permaneció operativo durante aproximadamente diez años, el doble de su uso esperado. El 24 de noviembre, los administradores de la NASA comenzaron a evaluar qué tan afectado estaba el satélite y si era posible reiniciar la antena giratoria. También se revisaron los planes de contingencia sobre qué hacer en caso de falla de QuikSCAT. [20]
En 2014 se lanzó una nave espacial que sustituiría a esta, la ISS-RapidScat . [21]
