Las señales GPS no solo sirven para decirte dónde estás

Pues, eso. Creo que el título resume bastante bien de que va esta entrada. Acabo de terminar de escuchar el comunicado que ha dado la NASA sobre sus futuras misiones de pequeños satélites (cubesats y microsatélites para ser más exactos) destinadas a misiones científicas, y creo que podemos hablar de que se está produciendo ya el cambio de paradigma en cuanto al tipo de “cacharros” en órbita que marcarán, en un futuro no muy lejano, la tendencia espacial: más pequeños, más baratos y con un coste de puesta en órbita de unas cuantas fracciones de lo que cuesta una misión actual.

Y es que si nada se retrasa, el próximo 12 de diciembre se lanzarán desde Cabo Cañaveral, los ocho microsatélites pertencientes al proyecto CYGNSS (Cyclone Global Navigation Satellite System) usando un cohete Pegasus (el mismo que lanzó el Minisat-01 desde Gran Canaria allá por el 97 del siglo pasado). ¿Y de qué va esto del proyecto CYGNSS?¿Te suenan de algo las “señales de oportunidad”? Pues sigue leyendo.

Si nos preguntasen para qué sirve un sistema GPS, todos responderíamos: pues para que va a servir, para que me dé mi posición (bueno, estrictamente hablando, para que tu receptor calcule tu posición con las señales que recibe de la constelación de satélites GPS). Pero resulta que hay por ahí mucha gente pensante  buscando la manera de rizar el rizo. Y es ahí donde aparece el concepto de “Señales de Oportunidad”.

Tradicionalmente, un satélite de observación de la tierra que quiera medir la altura de las olas o del terreno  (como por ejemplo un Sentinel-1 del programa Copernicus), llevará instalado un radar de tipo SAR (Synthetic Aperture Radar), a través del cual, transmitirá una señal hacia la superficie terrestre, con el objetivo de procesar la señal rebotada. Analizando las características de esa señal rebotada, se puede extraer mucha información de la superficie que se está analizando. Pero cabría preguntarse: ¿habría alguna manera de aprovechar el rebote de otras señales no generadas por el propio sistema de teledetección, y analizarlas como se hace con las señales radar para obtener algún tipo de información? Pues la respuesta es sí: las señales de oportunidad. El sistema GPS, o, de forma más general los sistemas GNSS si incluimos Glonass o  Galileo por ejemplo, son los candidatos ideales para usar sus señales como señales de oportunidad que puedan ser analizadas después de rebotar sobre la superficie de interés. Después de todo, GNSS tiene cobertura global y sus señales están perfectamente caracterizadas.

En este concepto se basa el proyecto CYGNSS, la nueva misión científica de observación de la tierra de la NASA en la que usarán 8 microsatélites de unos 25Kg cada uno, orbitando en formación en una órbita LEO de 35º de inclinación, y cuya misión será medir el viento sobre la superficie del océano para poder realizar, entre otras cosas, mejores predicciones  sobre la intensidad de un huracán .Y es que, según afirma NASA, aunque la exactitud en la predicción de la trayectoria de un ciclón ha mejorado aproximadamente un 50% desde 1990, no ha habido ninguna mejora en la predicción sobre la intensidad de los vientos que se originan en él. Se necesitan para ello medidas reales dentro del huracán.

Imagen 1: NASA’s Goddard Space Flight Center. Credit: University of Michigan

Los microsatélites que forman parte de CYGNSS, llevan a bordo receptores GPS modificados cuyas antenas están apuntando hacia la superficie de los océanos para recibir las señales GPS rebotadas. Y, como resulta que la velocidad del viento se puede extraer de la rugosidad de la superficie oceánica, pues ya se tiene un método alternativo con el que medir esos vientos usando para ello la respuesta a esa rugosidad de la señal GPS rebotada. Cabe decir que, aparte de la novedad de emplear satélites de tan pequeña envergadura para esta misión, el hecho de que las señales GPS puedan ser recibidas  con cualquier condición atmosférica, hace que las condiciones extremas que se dan dentro de un ciclón, no sea impedimento para recibir dichas señales, tal como ocurre con los métodos tradicionales de teledetección. Además, la alta resolución temporal así como la cobertura espacial, hace que se puedan obtener medidas reales de la dinámica completa del huracán cada pocas horas.

En la imagen 1, se muestra la franja de observación sobre la que ha sido optimizado el sistema para conseguir esa alta resolución temporal. La figura superior muestra el histórico de la trayectoria de los ciclones desde el año 2000 a 2009 (que por cierto, si la amplias podrás ver la trayectoria errática de la tormenta tropical Delta que afectó Canarias en 2005…), mientras que las dos figuras inferiores muestran la cobertura espacial de las medidas de viento después de una órbita  (izquierda) y después de 24 horas (derecha). Como se ve, el sistema es capaz de cubrir la mayor parte de la zona donde se generan y desplazan los ciclones.

Éste no es el único proyecto relacionado con micro/nano satélites científicos sobre el que se habló en el encuentro con los medios. RAVAN o TROPICS fueron también protagonistas de la tarde, pero de eso hablaré, si se tercia, en otra ocasión.


Ilustración de portada: NASA’s Goddard Space Flight Center. Credit: University of Michigan


REFERENCIAS:

[1] El uso de señales de oportunidad GPS para observación de la Tierra

[2] Small satellites for Earth Science

[3] Cyclone Global Navigation Satellite System


 

Estoy por la red…