Mapas de hielo marino y humedad del suelo mediante nanosatélites

Los datos, obtenidos en el marco de la misión FSSCat, iniciada con el lanzamiento al espacio realizado por la Agencia Espacial Europea (ESA) el 3 de septiembre de 2020, han contribuido a aportar información a los servicios marino y terrestre de Copernicus, el programa europeo de observación de la Tierra.

FSSCat ha sido la primera misión de la ESA basada en CubeSats que contribuye a apoyar los servicios del programa Copernicus mencionados. Fue la ganadora del premio Sentinel Small Satellite (S3) Challenge propuesto por la ESA y la ganadora global de la Copernicus Masters Competition en 2017. Siguiendo la política del programa Copernicus, los datos están disponibles en abierto en la plataforma europea NextGeoss, que permite el acceso (y la explotación posterior) a datos.

La misión se ha llevado a cabo con éxito desde instalaciones universitarias. Por un lado, desde el Nanosat Lab, un laboratorio dedicado al diseño y la fabricación de cargas útiles y pequeños satélites, ubicado en el Campus Diagonal Norte de la Universidad Politécnica de Cataluña - BarcelonaTech (UPC) y vinculado a la Escuela de Telecomunicación de Barcelona (ETSETB), al Centro Específico de Investigación CommSensLab-UPC y en el Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la Universidad. Por otra parte, desde la Estación Terrestre de Seguimiento de Satélites del Montsec (SGSMontsec), en Lleida, desarrollada por el NanoSat Lab para esta misión y gestionada conjuntamente con el Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), han estado recibiendo los datos científicos de esta misión.

Joan Francesc Muñoz y Joan Adrià Ruiz de Azúa, doctores por la UPC, junto con Lara Fernández y Adrián Pérez, estudiantes de doctorado del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones de la Universidad, han desarrollado las cargas útiles de microondas y el SGSMontsec. Tres de estos investigadores están vinculados al IEEC y uno de ellos lo ha estado durante la misión.

Además, los estudiantes de doctorado David Llaveria y Christoph Herbert, y la doctora Miriam Pablos, actualmente trabajando en el Instituto de Ciencias del Mar del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España, han colaborado activamente en el tratamiento de los datos. Este grupo ha estado dirigido por el catedrático de la UPC Adriano Camps, responsable del NanoSat Lab y también investigador del IEEC.

La misión ha tenido como objetivo principal monitorizar el hielo polar y la humedad del suelo, así como ensayar sistemas de comunicación entre nanosatélites, de cara a crear una futura red de satélites federados. Se llama así a los satélites que consiguen compartir recursos para hacer algunas operaciones, como la descarga compartida de datos, gracias a sistemas que permiten aprovechar al máximo tanto los sensores como las cargas o sistemas que viajan a bordo por parte de otros satélites. En este sentido, ambos satélites han contado con un enlace óptico y uno de radiofrecuencia para poner a prueba conceptos avanzados de federación de satélites y otros sensores en el suelo.

Para llevar a cabo la misión, los estudiantes y jóvenes doctores del grupo del Nanosat Lab han diseñado dos de las cargas útiles que han viajado a bordo del 3Cat-5/A y que han funcionado como un sistema de microondas doble, el llamado FMPL-2, ya que incorpora un radiómetro de microondas en banda L, con detección y mitigación de interferencias de radiofrecuencia, que ha trabajado conjuntamente con un reflectómetro de señales de navegación GPS y Galileo (GNSS-R).

El reflectómetro GNSS-R ha actuado como si fuera un radar, pero sin enviar ningún tipo de señal, solo recibiendo las señales directas procedentes de otros satélites de navegación, como las señales reflejadas en la superficie terrestre. Además de aportar los datos de altimetría, el retraso producido al recibir este tipo de señales ha permitido obtener información de la superficie sobre la que se está produciendo la reflexión, como por ejemplo hielo o agua.

Este sistema doble de microondas (FMPL-2), que cabe dentro de un módulo de menos de un litro de volumen y que tiene un peso de solo 1 kilogramo, ha permitido obtener datos de observación de la Tierra con una resolución espacial de unos 600 metros desde 500 kilómetros de altitud con el reflectómetro de señales GNSS, y de unos 350 x 500 kilómetros con el radiómetro en banda L.

En el caso del radiómetro de microondas en banda L, los datos se han procesado de manera similar a los productos de la misión SMOS de la ESA, lanzada en 2009, con la colaboración del Instituto de Ciencias del Mar.

Si en el caso de SMOS se obtienen mapas de humedad desagregados de hasta 1 kilómetro de resolución mediante la fusión con datos del espectro visible y del infrarrojo cercano, en el caso de FSSC, partiendo de una resolución nativa mucho más pobre, los productos desagregados llegan a los 36 kilómetros.

Los nanosatélites ³Cat-5/A y ³Cat-5/B han aportado datos de variables climáticas esenciales para monitorizar con unas altas resoluciones espacial y temporal, y con una alta precisión, a una fracción del coste respecto a los satélites convencionales. Los registros obtenidos constatan, por ejemplo, que el año 2020 ha sido el segundo en registrarse la menor extensión del hielo en el Ártico desde que se tienen datos satelitales.

La misión final FSSC, financiada y supervisada por la ESA, se ha llevado a cabo gracias a la creación de un consorcio con otras entidades, formado por la UPC (a través del NanoSat Lab), junto con la empresa DEIMOS Engenharia (rama portuguesa del grupo Elecnor Deimos), la empresa Golbriak Space OU (Estonia), Cosine Remote Sensing (Países Bajos) y Tyvak International (Italia), responsables de las plataformas, la integración y las operaciones durante la misión.

A bordo de los satélites también ha viajado el experimento Fi-Sat-1 (Phi-Sat-1), un demostrador tecnológico de la ESA, el primero en formato nanosatélite que incorpora la inteligencia artificial en el espacio, y que ha servido para detectar la presencia de nubes en las imágenes ópticas y discernir y separar las imágenes que no tienen suficiente calidad.

FUENTE: UPC (Universidad Politécnica de Cataluña)

José Miguel Viñas Rubio