Un equipo de pequeños satélites del tamaño de una caja de zapatos, que vuelan en formación alrededor de la Tierra, podría estimar la energía reflejada del planeta con el doble de precisión que los satélites monolíticos tradicionales, según un estudio dirigido por el MIT publicado en línea en Acta Astronautica . Si se hace correctamente, tales enjambres de satélites también podrían ser más baratos de construir, lanzar y mantener.
Los investigadores, dirigidos por Sreeja Nag, un ex estudiante graduado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT AeroAstro, simularon el desempeño de un solo satélite grande en órbita con nueve sensores, en comparación con un grupo de tres a ocho pequeños-sensor satélites que vuelan juntos alrededor de la Tierra. En particular, el equipo observó cómo cada formación de satélites mide el albedo, o la cantidad de luz reflejada desde la Tierra, una indicación de cuánto calor refleja el planeta.
El equipo descubrió que grupos de cuatro o más satélites pequeños podían mirar una sola ubicación en la Tierra desde múltiples ángulos y medir la reflectancia total de esa ubicación con un error que es la mitad que la de los satélites individuales en funcionamiento hoy. Nag dice que taluna corrección en el error de estimación podría mejorar significativamente las proyecciones climáticas de los científicos.
"La radiación saliente total es en realidad una de las mayores incertidumbres en el cambio climático, porque es una función compleja de dónde se encuentra en la Tierra, qué estación es, a qué hora del día es, y es muy difícil determinar cuántoel calor deja la Tierra ", dice Nag." Si podemos estimar la reflectancia de diferentes tipos de superficie, globalmente, con frecuencia y con mayor precisión, lo que un grupo de satélites le permitiría hacer, entonces al menos ha resuelto una parte del climarompecabezas."
Nag, quien ahora es ingeniero de investigación en el Instituto de Investigación Ambiental del Área de la Bahía, el Centro de Investigación Ames de la NASA y el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, es coautor del documento con Oli de Weck, profesor de AeroAstro en el MIT; Charles Gatebe deCentro de vuelo espacial Goddard de la NASA; y David Miller, tecnólogo jefe de la NASA y profesor de Jerome C. Hunsaker en AeroAstro.
Una vista tridimensional
Nag dice que para estimar con precisión la reflectancia de cualquier punto del suelo en la Tierra se requieren mediciones de ese punto desde múltiples ángulos al mismo tiempo.
"La Tierra no se refleja por igual en todas las direcciones", dice Nag. "Si no obtiene estos ángulos múltiples, podría subestimar o sobreestimar cuánto está reflejando, si tiene que extrapolar desde una sola dirección".
Hoy en día, los satélites que miden el albedo de la Tierra generalmente lo hacen con varias cámaras, dispuestas en un solo satélite. Por ejemplo, el instrumento del espectrograma de imágenes de ángulo múltiple MISR de la NASA en el satélite Terra alberga nueve cámaras que toman imágenes de la Tierra desde un ventiladorsimilar a la disposición de los ángulos. Nag dice que el inconveniente de este diseño es que las cámaras tienen una visión limitada, ya que no están diseñadas para cambiar ángulos y solo pueden observar dentro de un solo plano.
En cambio, el equipo propone un grupo de pequeños satélites que viajan alrededor de la Tierra en una formación suelta, lo suficientemente cerca el uno del otro como para poder visualizar el mismo punto en el suelo desde sus diversos puntos estratégicos. Cada satélite puede moverse dentro de la formación, tomar fotografías del mismo lugar al mismo tiempo desde diferentes ángulos.
"Con el tiempo, el cúmulo cubriría toda la Tierra, y tendrías una vista tridimensional multiangular de todo el planeta desde el espacio, lo que no se había hecho antes con múltiples satélites", dice Nag. "Además,podemos usar múltiples grupos para una cobertura más frecuente de la Tierra "
error de estimación
Nag y sus colegas simularon formaciones de tres a ocho satélites pequeños en órbita, y desarrollaron un algoritmo para dirigir a cada satélite para que apunte al mismo punto del suelo simultáneamente, independientemente de su posición en el espacio. Programaron cada formación para medir una cantidad teóricaconocida como función de distribución de reflectancia bidireccional, o BRDF, que se utiliza para calcular el albedo y la radiación saliente total, en función de los ángulos en los que se toman las mediciones y el ángulo de los rayos entrantes del sol.
Para cada formación, Nag calculó el error de los satélites al medir el BRDF y comparó estos errores con los del instrumento MISR en el satélite Terra. Ella validó todos los errores contra los datos del Radiómetro de Absorción de Nube Goddard de la NASA, un instrumento aerotransportado que obtiene decenasde miles de mediciones angulares de un punto en el suelo. Encontró que cada formación con siete o más satélites de un solo sensor funcionaba mejor que el satélite monolítico de nueve sensores, con errores de estimación más bajos. Los mejores grupos de tres satélites generaban la mitad del error de MISRestimaciones del albedo: la precisión de las estimaciones generales mejoró con el número de satélites en el grupo.
"Descubrimos que incluso si no puede mantener sus satélites a la perfección, el peor de los casos es menos de lo que puede hacer el único satélite", dice Nag. "Para el mejor de los casos, si usted es másque reducir a la mitad el error que obtienes actualmente, reducir a la mitad la cantidad de error que obtendrías en el calor reflejado que sale de la Tierra. Eso es realmente importante para el cambio climático ".
"Este trabajo es importante no solo para demostrar la capacidad de realizar mediciones BRDF multiangulares instantáneas desde el espacio para diferentes tipos de superficie terrestre y biomas, sino también para establecer un fuerte puente metodológico entre la ingeniería de sistemas de futuros grupos de satélites pequeños y la ciencia de la Tierra de alta fidelidadsimulaciones ", dice de Weck." Nuestro equipo espera totalmente que una misión de demostración de este tipo pueda llevarse a cabo en la próxima década ".
Si bien los vuelos de formación multisatélite se han considerado costosos, Nag dice que esta suposición se refiere principalmente a los satélites que necesitan mantener formaciones muy estrictas, con una precisión de nivel centimétrico, una precisión que requiere costosos sistemas de control. Los satélites que propone no tendríanpara mantener cualquier formación individual siempre que todas apunten a la misma ubicación.
Hay otra gran ventaja de monitorear la Tierra con satélites pequeños: menos riesgo.
"Puede lanzar tres de estos tipos y comenzar a operar, y luego poner tres más en el espacio más tarde; su rendimiento mejoraría con más satélites", dice Nag. "Si pierde uno o dos satélites, nopierde todo el sistema de medición: tiene una degradación elegante. Si pierde el monolito, pierde todo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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