El plan era construir una constelación de ocho microsatélites que se lanzarían simultáneamente en un solo vehículo de lanzamiento [9] a una 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] Los 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
Desde 1990, la predicción de las trayectorias de los ciclones tropicales ha mejorado aproximadamente un 50%; sin embargo, en el mismo período de tiempo no ha habido una mejora correspondiente en la predicción 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 una calidad suficiente de datos sobre el núcleo interno debido a la opacidad de las bandas de lluvia que lo rodean y a la poca frecuencia de muestreo. Para mejorar los modelos utilizados en las predicciones de intensidad, se requieren mejores datos. [15] [16]
CYGNSS medirá el campo de viento de la superficie del océano utilizando una técnica de escaterometría 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 la clase Earth Venture de la NASA, parte del programa Earth Science System Pathfinder de la NASA; [8] las selecciones de vehículos eléctricos anteriores se dividieron entre cinco misiones de teledetección aérea . La misión de dos años se lanzó el 15 de diciembre de 2016, después de aplazamientos de noviembre de 2016, [17] y el 12 de diciembre de 2016. [12] [18]
Objetivo científico
El objetivo científico de 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 de 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 de la superficie del océano en el núcleo interno de la tormenta con la frecuencia suficiente para resolver la génesis y la intensificación rápida. Como objetivo secundario, el proyecto apoyará a la comunidad de pronóstico operativo de huracanes mediante la producción y el suministro de productos de datos de velocidad del viento de la superficie del océano. [11]
Instrumentos
Cada satélite CYGNSS lleva un instrumento de mapeo Doppler con retardo (DDMI), que consta de:
La misión CYGNSS se lanzó el 15 de diciembre de 2016 a las 13:37:21 UTC desde un solo cohete Pegasus XL lanzado desde el aire. El cohete se desplegó desde un avión Lockheed L-1011 personalizado, 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 portador. [20] Después del lanzamiento, los ocho microsatélites fueron liberados en órbita comenzando a las 13:50 UTC y terminando a las 13:52 UTC por un módulo de despliegue conectado a la tercera etapa de Pegasus. El contacto por radio exitoso con el primer microsatélite se realizó a las 16:42 UTC. [21] El octavo microsatélite fue contactado exitosamente a las 20:30 UTC. [22] Al final del día del 15 de diciembre, los ocho microsatélites tenían sus paneles solares desplegados y estaban orientados hacia el sol con las baterías cargándose en condiciones seguras, listos para comenzar la puesta en servicio de ingeniería. [23]
Uso del arrastre diferencial para ajustar el espaciado entre satélites
Mediciones CYGNSS del huracán José el 17 de septiembre de 2017. El ojo tranquilo es visible dentro del anillo de vientos fuertes 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 espaciamiento entre ellos. Su espaciamiento relativo es importante para lograr el muestreo espacial y temporal deseado. [25] El espaciamiento entre satélites se controla ajustando la orientación de la nave espacial y, como resultado, la diferencia en la resistencia atmosférica entre satélites. Esta técnica se conoce como resistencia 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. Esta es una forma alternativa de gestionar el espaciamiento entre una constelación de satélites, en lugar de utilizar la propulsión activa tradicional, y tiene un costo 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 realizaron maniobras de arrastre diferencial durante el primer año y medio de operaciones en órbita, y dieron como resultado una constelación bien dispersa que puede realizar mediciones con las propiedades de muestreo deseadas. [27] [28]
Observaciones del viento sobre el océano
Las mediciones de la velocidad del viento se realizan mediante CYGNSS de una manera análoga a la de los radares de detección de vientos oceánicos a bordo del espacio anteriores, 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 se determina mediante 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 de viento de reanálisis numérico del Sistema de Asimilación de Datos Globales de la NOAA e indican una incertidumbre en los vientos de CYGNSS de 1,4 m/s (3 mph; 5 km/h), con una incertidumbre mayor a altas velocidades del viento. [31] Por encima de 45 mph, y en particular para las mediciones realizadas dentro de ciclones tropicales, se realizan comparaciones con observaciones casi coincidentes de instrumentos de detección de viento en aviones cazadores de huracanes P-3 de la NOAA que volaron hacia los huracanes en coordinación con los pasos superiores de los satélites de CYGNSS. [32] Las comparaciones indican una incertidumbre en los vientos CYGNSS del 11%. [33] Como fue el caso a velocidades de viento más bajas, la incertidumbre aumenta con la velocidad del viento. Las mediciones de velocidad del viento oceánico CYGNSS se están incorporando actualmente en los modelos de pronóstico numérico de huracanes [34] [35] [36] [37] y modelos de marejadas ciclónicas [38] para evaluar la mejora en su desempeño. Las imágenes de mediciones recientes y de archivo de 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 velocidad del viento oceánico están disponibles en [2].
Observaciones sobre la tierra
Mediciones CYGNSS de la dispersión de la superficie terrestre durante 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 de manera continua, tanto sobre el océano como sobre la 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 cuerpos de agua continentales. [27] La humedad del suelo se ha estimado utilizando datos CYGNSS en numerosos sitios en los EE. UU. continentales y se ha encontrado que está en estrecha concordancia 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 CYGNSS para detectar y mapear la extensión de la inundación bajo cubiertas forestales densas [41] y esta capacidad se ha utilizado para producir imágenes de lapso de tiempo de inundaciones en Houston y La Habana y sus alrededores después de que los huracanes Harvey e Irma tocaran tierra , respectivamente. [42]
Véase también
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