Con su lanzamiento programado para el 29 de enero de 2015, el
instrumento Activo-Pasivo para la Detección de la Humedad del Suelo
(SMAP), 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.
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.
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, 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 para el lanzamiento. El disco mide 6 metros 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. 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.
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.
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.
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, 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”, 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”.
Científicos de la Universidad de Salamanca, a través de su Grupo de
Investigación en Recursos Hídricos (HIDRUS), colabora con la NASA en
este proyecto.
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