Receptor de radar de próxima generación configurado para proporcionar a los científicos datos climáticos mejorados

PROYECTO

Receptor de radar biestático Global Navigation Satellite System (NGRx)

INSTANTÁNEA

Un equipo patrocinado por SMD está desarrollando un nuevo receptor de radar que permitirá que los futuros instrumentos espaciales procesen más señales y produzcan datos con una resolución mucho mayor, lo que mejorará en gran medida la capacidad de los científicos para estudiar tormentas, observar el hielo polar, predecir inundaciones y medir la altura del mar. superficie.

En 2018, una constelación de satélites CYGNSS permitió a los investigadores recopilar mediciones de la velocidad del viento del huracán Sergio, que se ve aquí pasando sobre el Océano Pacífico. Un receptor de radar biestático mejorado hará que los futuros instrumentos CYGNSS sean aún más útiles para los investigadores que estudian sistemas terrestres complicados. Crédito de la imagen: NASA/Jesse Allen

Los huracanes de burbujas cuestan millones de dólares y miles de vidas a las comunidades costeras de todo el mundo cada año. Aprender más sobre estos intrincados sistemas de tormentas permitiría a los investigadores mejorar los modelos de pronóstico del tiempo y predecir tormentas severas más fácilmente.

“No podemos controlar los eventos climáticos severos, pero podemos minimizar su impacto en las poblaciones humanas, dando a las personas más tiempo para prepararse”, dijo Christopher Ruf, profesor de Clima y Ciencias Espaciales en la Universidad de Michigan, Ann Arbor.

Ruf, quien también se desempeña como investigador principal de la misión Cyclone Global Navigation Satellite System (CYGNSS) de la NASA, ya ha desarrollado una pequeña constelación de microsatélites que ayuda a los científicos a medir la velocidad del viento sobre los océanos de la Tierra. Ahora, con el apoyo de la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra de la NASA, Ruf quiere desarrollar un nuevo receptor de radar biestático que aumentará sustancialmente la calidad de los datos recopilados por los futuros satélites CYGNSS.

“Estos satélites han sido un gran activo para los científicos que buscan estudiar no solo los ciclones, sino también cosas como la humedad del suelo cerca de la superficie y la extensión de los desechos microplásticos en el océano. Este nuevo receptor hará que los futuros componentes del sistema CYGNSS sean aún más valiosos para los científicos de la Tierra”, dijo Ruf.

Un cohete Pegasus XL llevó la primera carga útil del instrumento CYGNSS a la órbita terrestre baja (LEO) en 2016. Con una separación de unos 12 minutos, estos ocho pequeños satélites usan señales de los instrumentos GPS existentes para observar la Tierra a través de la dispersión. Si bien la mayoría de los instrumentos dispersométricos tienen un transmisor y un receptor, los satélites CYGNSS aprovechan las señales de radar existentes para reducir la complejidad general y el costo de operar en el espacio.

“La dispersión utiliza un transmisor para enviar señales de radar a la superficie de la Tierra y un receptor para determinar con qué fuerza estas señales emitidas se reflejan desde la Tierra hacia el espacio. Dentro de un solo paquete de instrumentos, esta carga útil se vuelve bastante pesada. Al aprovechar las señales de radar transmitidas producidas por los satélites GPS que ya están en órbita, podemos eliminar el componente del transmisor de nuestros instrumentos y seguir produciendo datos excelentes”, dijo Ruf.

Pero hay margen de mejora. Los satélites CYGNSS actualmente en órbita terrestre solo pueden procesar cuatro señales de transmisión a la vez, lo que limita su precisión. Además, los satélites CYGNSS solo pueden procesar señales L1, que se transmiten a una frecuencia de 1575,42 MHz. Esto tiene un impacto negativo en la resolución horizontal y vertical de los datos recopilados, lo que dificulta el uso de CYGNSS para estudiar fenómenos como el espesor del hielo y la extensión del hielo polar.

“CYGNSS se ha desempeñado notablemente bien en los últimos años, pero a medida que ampliamos su misión para incluir más áreas científicas, necesitaremos mejorar algunos componentes de estos instrumentos”, dijo Ruf.

Su receptor de radar biestático (NGRx) del Sistema de navegación por satélite global de próxima generación haría exactamente eso, aumentando la utilidad científica de los instrumentos CYGNSS para estudiar sistemas terrestres complejos. En lugar de procesar solo cuatro señales de radar L1 de los satélites GPS, los futuros instrumentos equipados con este receptor podrán procesar hasta catorce señales de radar L1 y L5 de los satélites GPS y Galileo.

«Como resultado directo de estos cambios, la resolución horizontal se mejorará en un factor de tres, la resolución vertical se mejorará en un factor de diez y la cobertura espacial en un factor de al menos dos, tal vez incluso cuatro», dijo Ruf.

Esta resolución mejorada permitirá a los investigadores estudiar mejor las tormentas, observar la extensión del hielo polar con mayor claridad, desarrollar mejores modelos para la predicción de inundaciones e incluso medir la superficie del mar con un nivel de detalle que supera los instrumentos CYGNSS actuales por un factor de diez.

“Tener estas capacidades a bordo de satélites pequeños y rentables es increíble. Podremos producir ciencia de excelencia a un costo mucho menor”, ​​dijo Ruf.

El Programa de Incubación de Instrumentos (IIP) de la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra de la NASA está dedicado a ayudar a investigadores como Ruf a desarrollar sus conceptos de instrumentos en sensores totalmente funcionales. Específicamente, el IIP proporcionó a Ruf la financiación y la experiencia esenciales mientras desarrollaba su receptor de radar de próxima generación.

Si bien el receptor de radar biestático no está listo para aventurarse en el espacio, sí lo está para pruebas sustanciales en el aire. Asociación con el Ministerio de Negocios, Innovación y Empleo de Nueva Zelanda; la Agencia Espacial de Nueva Zelanda; Aire Nueva Zelanda; y la Universidad de Auckland; Ruf planea arreglar un prototipo de su sensor en un avión de pasajeros Bombardier Q300. El sensor de Ruf recopilará datos oceánicos a medida que el avión realiza rutas a través de Nueva Zelanda, lo que ayudará a su equipo a determinar si el instrumento está listo para aplicaciones espaciales.

“Estamos emocionados de trabajar con nuestros colegas en Nueva Zelanda para preparar este receptor de radar para el espacio. Tomar algo que era solo una idea y desarrollarlo en un prototipo funcional fue muy satisfactorio, y estamos emocionados de enviar este instrumento al espacio pronto”, dijo Ruf.

LÍDERES DE PROYECTO

Christopher Ruf, Universidad de Michigan, Ann Arbor

ORGANIZACIONES PATROCINADORAS

Programa de incubación de instrumentos de la División de Ciencias de la Tierra

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