El programa Landsat es la iniciativa más antigua para la adquisición de imágenes satelitales de la Tierra . Es un programa conjunto NASA / USGS . El 23 de julio de 1972 se lanzó el satélite de tecnología de recursos terrestres . Finalmente, pasó a llamarse Landsat 1 en 1975. [1] El más reciente, Landsat 9 , se lanzó el 27 de septiembre de 2021.
Los instrumentos de los satélites Landsat han adquirido millones de imágenes. Las imágenes, archivadas en los Estados Unidos y en estaciones receptoras Landsat en todo el mundo, son un recurso único para la investigación del cambio global y sus aplicaciones en agricultura , cartografía , geología , silvicultura , planificación regional , vigilancia y educación , y pueden verse a través de los EE. UU. Sitio web "EarthExplorer" del Servicio Geológico (USGS). Los datos de Landsat 7 tienen ocho bandas espectrales con resoluciones espaciales que van de 15 a 60 m (49 a 197 pies); la resolución temporal es de 16 días. [2] Las imágenes Landsat generalmente se dividen en escenas para facilitar su descarga. Cada escena Landsat tiene aproximadamente 115 millas de largo y 115 millas de ancho (o 100 millas náuticas de largo y 100 millas náuticas de ancho, o 185 kilómetros de largo y 185 kilómetros de ancho).
En 1965, William T. Pecora , entonces director del Servicio Geológico de Estados Unidos , propuso la idea de un programa de satélites de teledetección para recopilar datos sobre los recursos naturales de nuestro planeta. Pecora afirmó que el programa fue "concebido en 1966 en gran parte como resultado directo de la utilidad demostrada de la fotografía orbital de Mercurio y Géminis para los estudios de recursos de la Tierra". Si bien los satélites meteorológicos habían estado monitoreando la atmósfera de la Tierra desde 1960 y se consideraban en gran medida útiles, no se apreciaron los datos del terreno desde el espacio hasta mediados de la década de 1960. Entonces, cuando se propuso el Landsat 1, se encontró con una intensa oposición de la Oficina de Presupuesto y de aquellos que argumentaban que los aviones de gran altitud serían la opción fiscalmente responsable para la teledetección de la Tierra. Al mismo tiempo, el Departamento de Defensa temía que un programa civil como Landsat comprometiera el secreto de sus misiones de reconocimiento. Además, existían preocupaciones geopolíticas sobre fotografiar países extranjeros sin permiso. En 1965, la NASA inició investigaciones metódicas de la teledetección de la Tierra utilizando instrumentos montados en aviones. En 1966, el USGS convenció al Secretario del Interior , Stewart Udall , para que anunciara que el Departamento del Interior (DOI) iba a proceder con su propio programa de satélites de observación de la Tierra. Este astuto truco político obligó a la NASA a acelerar la construcción del Landsat. Pero las limitaciones presupuestarias y los desacuerdos sobre sensores entre las agencias de aplicación (en particular el Departamento de Agricultura y el DOI) obstaculizaron nuevamente el proceso de construcción de satélites. Finalmente, en 1970 la NASA obtuvo luz verde para construir un satélite. Sorprendentemente, en sólo dos años se lanzó el Landsat 1, presagiando una nueva era de teledetección de la tierra desde el espacio. [3]
La Hughes Aircraft Company del Centro de Investigación de Santa Bárbara inició, diseñó y fabricó los primeros tres escáneres multiespectrales (MSS) en 1969. El primer prototipo de MSS, diseñado por Virginia Norwood , se completó en nueve meses, en el otoño de 1970. Fue Probado escaneando el Half Dome en el Parque Nacional Yosemite . Por este trabajo de diseño, Norwood fue llamada "La Madre del Landsat". [4]
Trabajando en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, Valerie L. Thomas dirigió el desarrollo de los primeros sistemas de software de procesamiento de imágenes Landsat y se convirtió en experta residente en las Cintas Compatibles con Computadora, o CCT, que se utilizaban para almacenar las primeras imágenes Landsat. Thomas fue uno de los especialistas en procesamiento de imágenes que facilitó el ambicioso Experimento de Inventario de Cultivos de Gran Área, conocido como LACIE, un proyecto que demostró por primera vez que el monitoreo global de cultivos se podía realizar con imágenes satelitales Landsat. [5]
El programa se llamó inicialmente Programa de satélites de tecnología de recursos terrestres y se utilizó de 1966 a 1975. En 1975, el nombre se cambió a Landsat. En 1979, la Directiva Presidencial 54 [6] [7] del Presidente de los Estados Unidos, Jimmy Carter , transfirió las operaciones del Landsat de la NASA a la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), recomendó el desarrollo de un sistema operativo a largo plazo con cuatro satélites adicionales más allá del Landsat. 3, y recomendó la transición a la operación del Landsat en el sector privado. Esto ocurrió en 1985 cuando la NOAA seleccionó a la Earth Observation Satellite Company (EOSAT), una sociedad de Hughes Aircraft Company y RCA , para operar el sistema Landsat con un contrato de diez años. EOSAT operaba Landsat 4 y Landsat 5, tenía derechos exclusivos para comercializar datos de Landsat e iba a construir Landsat 6 y 7.
En 1989, esta transición no se había completado completamente cuando la financiación de la NOAA para el programa Landsat estaba a punto de agotarse (la NOAA no había solicitado ninguna financiación y el Congreso de los EE.UU. había asignado sólo seis meses de financiación para el año fiscal) [8] y la NOAA ordenó que se cerraran Landsat 4 y Landsat 5. [9]
El jefe del recién formado Consejo Nacional Espacial , el vicepresidente Dan Quayle , tomó nota de la situación y dispuso una financiación de emergencia que permitió que el programa continuara con los archivos de datos intactos. [8] [9] [10] [11]
Nuevamente en 1990 y 1991, el Congreso proporcionó sólo la mitad de la financiación del año a la NOAA, solicitando que las agencias que utilizaban datos Landsat proporcionaran la financiación para los otros seis meses del año siguiente. [8]
En 1992, se hicieron varios esfuerzos para conseguir financiación para el seguimiento de Landsats y la continuación de sus operaciones, pero a finales de año EOSAT dejó de procesar datos de Landsat. Landsat 6 finalmente se lanzó el 5 de octubre de 1993, pero se perdió debido a un fallo en el lanzamiento. EOSAT reanudó el procesamiento de los datos de Landsat 4 y 5 en 1994. La NASA finalmente lanzó el Landsat 7 el 15 de abril de 1999.
El valor del programa Landsat fue reconocido por el Congreso en octubre de 1992 cuando aprobó la Ley de Política de Teledetección Terrestre (Ley Pública 102-555) que autoriza la adquisición del Landsat 7 y garantiza la disponibilidad continua de datos e imágenes digitales del Landsat, al precio más bajo. coste posible, para los usuarios tradicionales y nuevos de los datos.
Los Landsat 1 a 5 llevaban el escáner multiespectral Landsat (MSS). Landsat 4 y 5 llevaban los instrumentos MSS y Thematic Mapper (TM). Landsat 7 utiliza el escáner Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). Landsat 8 utiliza dos instrumentos, el Operational Land Imager (OLI) para bandas ópticas y el Sensor infrarrojo térmico (TIRS) para bandas térmicas. Las designaciones de banda, pasos de banda y tamaños de píxeles para los instrumentos Landsat son: [19]
* El tamaño de píxel original de MSS era 79 x 57 metros; Los sistemas de producción ahora vuelven a muestrear los datos a 60 metros.
* TM Band 6 se adquirió con una resolución de 120 metros, pero los productos se remuestrean a píxeles de 30 metros.
* ETM+ Band 6 se adquiere con una resolución de 60 metros, pero los productos se remuestrean a píxeles de 30 metros.
* Las bandas TIRS se adquieren con una resolución de 100 metros, pero se vuelven a muestrear a 30 metros en el producto de datos entregado.
Una ventaja de las imágenes Landsat, y de la teledetección en general, es que proporciona datos a un nivel global sinóptico que es imposible replicar con mediciones in situ. Sin embargo, existen compensaciones entre el detalle local de las mediciones (resolución radiométrica, número de bandas espectrales) y la escala espacial del área que se mide. Las imágenes Landsat tienen una resolución espacial tosca en comparación con el uso de otros métodos de detección remota, como las imágenes tomadas desde aviones. En comparación con otros satélites, la resolución espacial del Landsat es relativamente alta, aunque el tiempo de revisita es relativamente menos frecuente.
El programa Landsat incorporó el Escáner Multiespectral (MSS) desde su primera misión hasta la quinta. El MSS dio a Estados Unidos una ventaja en materia de imágenes satelitales, facilitando el lanzamiento de Landsat por delante del satélite francés SPOT.
El MSS fue único en su diseño. En lugar de una cámara estática, empleó un espejo en movimiento, capturando imágenes de la Tierra en cuatro bandas espectrales distintas. Esta capacidad permitió al MSS registrar variaciones en la luz solar reflejada desde la Tierra. En particular, el MSS del Landsat 3 fue aún más avanzado, con una capacidad adicional para detectar radiación de calor. [21]
Una de las características destacadas del MSS fue su imagen consistente. Cada fotograma capturado representaba un área en la superficie de la Tierra de aproximadamente 83 metros de largo y 68 metros de ancho. Además, el sistema fue diseñado para garantizar un barrido continuo de imágenes a lo largo de una franja equivalente a 185 km en la superficie de la Tierra. El diseño del MSS también hizo hincapié en la precisión; al cronometrar con precisión los movimientos del espejo, aseguró que las imágenes consecutivas no se superpusieran. [21]
Sin embargo, en la década de 1980, la dinámica de los costos cambió. El acceso a las imágenes de Landsat se volvió sustancialmente más caro, lo que convirtió las imágenes del satélite francés SPOT en una alternativa más rentable para muchos usuarios. El aumento de los precios del Landsat puede atribuirse a los cambios en la política estadounidense, iniciados bajo el liderazgo del presidente Carter y finalizados durante la administración del presidente Reagan. [7] [22]
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Los datos de Landsat proporcionan información que permite a los científicos predecir la distribución de especies, así como detectar cambios tanto naturales como generados por el hombre en una escala mayor que los datos tradicionales del trabajo de campo. Las diferentes bandas espectrales utilizadas en los satélites del programa Landsat ofrecen muchas aplicaciones, que van desde la ecología hasta cuestiones geopolíticas. La determinación de la cobertura terrestre es un uso común de las imágenes Landsat en todo el mundo. [23]
Las imágenes Landsat proporcionan una de las series temporales ininterrumpidas más largas disponibles de cualquier programa de teledetección, que abarca desde 1972 hasta el presente. [24] De cara al futuro, el lanzamiento exitoso del Landsat-9 en 2021 muestra que esta serie temporal continuará en el futuro. [25]
En 2015, el Grupo Asesor Landsat del Comité Asesor Geoespacial Nacional informó que las 16 principales aplicaciones de imágenes Landsat produjeron ahorros de aproximadamente 350 millones a más de 436 millones de dólares cada año para los gobiernos federal y estatal, las ONG y el sector privado. Esa estimación no incluyó ahorros adicionales provenientes de otros usos más allá de las dieciséis categorías principales. [26] Las 16 categorías principales para el uso de imágenes Landsat, enumeradas en orden de ahorro anual estimado para los usuarios, son:
Otros usos de las imágenes Landsat incluyen, entre otros: pesca, silvicultura, reducción de masas de agua interiores, daños por incendios, retroceso de glaciares, desarrollo urbano y descubrimiento de nuevas especies. A continuación se explican algunos ejemplos específicos.
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En 1975, una posible aplicación de las nuevas imágenes generadas por satélite era encontrar zonas de pesca de alto rendimiento . A través de Landsat Menhaden y Thread Investigation, algunos datos satelitales de la parte oriental del estrecho de Mississippi y otra área frente a la costa de Luisiana se ejecutaron a través de algoritmos de clasificación para clasificar las áreas como zonas de pesca de alta y baja probabilidad, estos algoritmos arrojaron una clasificación que se demostró con mediciones in situ tiene una precisión superior al 80% y encontró que el color del agua, vista desde el espacio, y la turbidez se correlacionan significativamente con la distribución de la lacha , mientras que la temperatura de la superficie y la salinidad no parecen ser factores significativos. El color del agua, medido con escáneres multiespectrales de cuatro bandas espectrales, se utilizó para inferir la clorofila , la turbidez y posiblemente la distribución de los peces. [27]
Un estudio ecológico utilizó 16 imágenes Landsat ortorrectificadas para generar un mapa de cobertura terrestre del bosque de manglares de Mozambique . El objetivo principal era medir la cobertura de manglares y la biomasa aérea en esta zona que hasta ahora sólo podía estimarse; se encontró que la cobertura con un 93% de precisión era de 2909 kilómetros cuadrados (27% menos que las estimaciones anteriores). Además, el estudio ayudó a confirmar que el entorno geológico tiene una mayor influencia en la distribución de la biomasa que la latitud sola: el área de manglares se extiende a lo largo de 16° de latitud, pero su volumen de biomasa se vio más afectado por las condiciones geográficas. [28]
La reducción del mar de Aral ha sido descrita como "Uno de los peores desastres medioambientales del planeta". Las imágenes Landsat se han utilizado como registro para cuantificar la cantidad de pérdida de agua y los cambios en la costa. Las imágenes visuales satelitales tienen un mayor impacto en las personas que las simples palabras, y esto muestra la importancia de las imágenes Landsat y de las imágenes satelitales en general. [29]
Los incendios de Yellowstone de 1988 fueron los peores en la historia registrada del parque nacional. Duraron del 14 de junio al 11 de septiembre de 1988, cuando la lluvia y la nieve ayudaron a detener la propagación de los incendios. Se estima que el área afectada por el incendio fue de 3.213 kilómetros cuadrados, el 36% del parque. Se utilizaron imágenes Landsat para estimar el área y también ayudaron a determinar las razones por las que el incendio se propagó tan rápidamente. La sequía histórica y un número significativo de rayos fueron algunos de los factores que crearon las condiciones para el incendio masivo, pero las acciones antropogénicas amplificaron el desastre. En las imágenes generadas antes del incendio, hay una diferencia evidente entre las tierras que muestran prácticas de preservación y las tierras que muestran actividades de tala rasa para la producción de madera. Estos dos tipos de terrenos reaccionaron de manera diferente al estrés de los incendios, y se cree que ese fue un factor importante en el comportamiento del incendio forestal. Las imágenes Landsat y las imágenes satelitales en general han contribuido a comprender la ciencia del fuego; peligro de incendio, comportamiento de los incendios forestales y sus efectos en determinadas zonas. Ha ayudado a comprender cómo las diferentes características y vegetación alimentan los incendios, cambian la temperatura y afectan la velocidad de propagación. [30] [31]
La naturaleza serial de las misiones Landsat y el hecho de que sea el programa satelital de mayor duración le otorga una perspectiva única para generar información de la Tierra. El retroceso de los glaciares a gran escala se remonta a misiones Landsat anteriores, y esta información puede utilizarse para generar conocimientos sobre el cambio climático. El retroceso del glaciar Columbia , por ejemplo, se puede observar en imágenes falsamente compuestas desde el Landsat 4 en 1986. [32]
Las imágenes Landsat ofrecen una serie de imágenes de desarrollo en forma de lapso de tiempo. El desarrollo humano específicamente se puede medir por el tamaño que crece una ciudad con el tiempo. Más allá de las estimaciones de población y el consumo de energía, las imágenes Landsat brindan una idea del tipo de desarrollo urbano y estudian aspectos del cambio social y político a través de cambios visibles. En Beijing, por ejemplo, una serie de carreteras de circunvalación comenzaron a desarrollarse en la década de 1980 después de la reforma económica de 1970, y el cambio en la tasa de desarrollo y la tasa de construcción se aceleró en estos períodos. [32]
En 2005, las imágenes Landsat ayudaron al descubrimiento de nuevas especies. El científico conservacionista Julian Bayliss quería encontrar áreas que potencialmente pudieran convertirse en bosques de conservación utilizando imágenes satelitales generadas por Landsat. Bayliss vio un parche en Mozambique del que hasta entonces no había información detallada. En un viaje de reconocimiento encontró una gran diversidad de vida silvestre, así como tres nuevas especies de mariposas y una nueva especie de serpiente. Tras su descubrimiento, continuó estudiando este bosque y pudo mapear y determinar su extensión. [33]
Landsat 8 se lanzó el 11 de febrero de 2013. Fue lanzado en un Atlas V 401 desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg por el Programa de Servicios de Lanzamiento . Continuará obteniendo datos e imágenes valiosos para utilizar en agricultura, educación, negocios, ciencia y gobierno. El nuevo satélite fue ensamblado en Arizona por Orbital Sciences Corporation .
Landsat 9 se lanzó el 27 de septiembre de 2021. Durante la planificación financiera del año fiscal 2014, "los apropiadores reprendieron a la NASA por expectativas poco realistas de que un Landsat 9 costaría mil millones de dólares y limitaron el gasto a 650 millones de dólares", según un informe del Servicio de Investigación del Congreso . Los encargados del financiamiento del Senado de los Estados Unidos aconsejaron a la NASA que planificara un lanzamiento a más tardar en 2020. [7] En abril de 2015, la NASA y el USGS anunciaron que el trabajo en Landsat 9 había comenzado, con fondos asignados para el satélite en el presupuesto del presidente para el año fiscal 2016, para un lanzamiento previsto para 2023. [34] También se propuso financiación para el desarrollo de un satélite de vuelo libre de infrarrojos térmicos (TIR) de bajo costo para su lanzamiento en 2019, para garantizar la continuidad de los datos volando en formación con Landsat 8. [34]
En el futuro, también puede haber una mayor colaboración entre los satélites Landsat y otros satélites con resolución espacial y espectral similar, como la constelación Sentinel-2 de la ESA . [35]
Está previsto que Landsat NeXt se lance en 2029. NeXt medirá 25 bandas espectrales; Los Landsat 8 y 9 actuales sólo pueden medir 11. [36]
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