El Cyclone Global Navigation Satellite System ( CYGNSS ) es un sistema espacial desarrollado por la Universidad de Michigan y el Southwest Research Institute con el objetivo de mejorar la predicción de huracanes al comprender mejor las interacciones entre el mar y el aire cerca del núcleo de una tormenta.
Nombres | CYGNSS |
---|---|
Tipo de misión | Investigación meteorológica |
Operador | NASA |
ID COSPAR | 2016-078A , 2016-078B , 2016-078C , 2016-078D , 2016-078E , 2016-078F , 2016-078G , 2016-078H |
SATCAT no. | 41884, 41885, 41886, 41887, 41888, 41889, 41890, 41891 |
Sitio web | cygnss-michigan |
Duración de la misión | Planificado: 2 años Transcurrido: 4 años, 5 meses, 24 días |
Propiedades de la nave espacial | |
Fabricante | |
Masa de lanzamiento | 28,9 kg (64 libras) cada [1] [2] |
Dimensiones | 163,5 × 52,1 × 22,9 cm (64,4 × 20,5 × 9,0 pulgadas) [1] (L x W x D) |
Energía | 34,7 vatios |
Inicio de la misión | |
Fecha de lanzamiento | 15 de diciembre de 2016, 13:37:21 UTC [4] |
Cohete | Pegasus XL F43 [2] |
Sitio de lanzamiento | Cabo Cañaveral ( Stargazer ) |
Contratista | ATK orbital |
Servicio ingresado | 23 de marzo de 2017 [3] |
Parámetros orbitales | |
Sistema de referencia | Geocéntrico |
Régimen | Tierra baja |
Semieje mayor | 6,903 km (4,289 millas) |
Excentricidad | 0,00162 |
Altitud del perigeo | 514 km (319 millas) |
Altitud de apogeo | 536 km (333 millas) |
Inclinación | 35 grados |
Período | 95.1 minutos |
Época | 15 de abril de 2017, 22:21:25 UTC [5] |
Instrumentos | |
Instrumento de mapeo Doppler de retardo | |
En junio de 2012, la NASA patrocinó el proyecto por $ 152 millones con la Universidad de Michigan liderando su desarrollo. [6] [7] Otros participantes en el desarrollo de CYGNSS incluyen el Southwest Research Institute , Sierra Nevada Corporation y Surrey Satellite Technology . [8]
El plan era construir una constelación de ocho microsatélites para ser lanzados simultáneamente en un solo vehículo de lanzamiento [9] en órbita terrestre baja , [7] [10] a 500 km de altitud. [11] El programa estaba programado para lanzarse el 12 de diciembre de 2016 y luego observar dos temporadas de huracanes. [12] [13] Problemas con una bomba en el avión de lanzamiento impidieron este primer lanzamiento, pero un segundo intento de lanzamiento tuvo lugar con éxito el 15 de diciembre de 2016. [14]
Descripción general
La predicción de las trayectorias de los ciclones tropicales desde 1990 ha mejorado en aproximadamente un 50%; sin embargo, en el mismo período de tiempo no ha habido una mejora correspondiente en el pronóstico de la intensidad de estas tormentas. Una mejor comprensión del núcleo interno de las tormentas tropicales podría conducir a mejores pronósticos; sin embargo, los sensores de corriente no pueden recopilar una calidad suficiente de datos en el núcleo interno debido al oscurecimiento de las bandas de lluvia que lo rodean y al muestreo infrecuente. Para mejorar los modelos utilizados en los pronósticos de intensidad, se requieren mejores datos. [15] [16]
CYGNSS medirá el campo de viento de la superficie del océano utilizando una técnica de dispersometría biestática basada en señales de los Sistemas de Navegación por Satélite Global (GNSS), principalmente GPS . [15] [16] Cada satélite recibe tanto señales GPS directas como señales reflejadas desde la superficie de la Tierra; las señales directas señalan la posición del microsatélite y proporcionan una referencia de tiempo, mientras que las señales reflejadas o "dispersas" proporcionan información sobre el estado de la superficie del mar. La rugosidad de la superficie del mar corresponde a la velocidad del viento. [11] El uso de una red de ocho satélites pequeños permite observaciones frecuentes: se prevé que el tiempo medio de visita sea de 7 horas. [15] [16] Los ocho microsatélites orbitan con una inclinación de 35 ° y cada uno es capaz de medir 4 reflejos simultáneos, lo que da como resultado 32 mediciones de viento por segundo en todo el mundo. [11]
CYGNSS es la primera de las misiones espaciales de la clase Earth Venture de la NASA, parte del programa Pathfinder del Sistema de Ciencias de la Tierra de la NASA; [8] las selecciones previas de vehículos eléctricos se dividieron entre cinco misiones de teledetección aerotransportadas. La misión de dos años se lanzó el 15 de diciembre de 2016, luego de aplazamientos desde noviembre de 2016, [17] y 12 de diciembre de 2016. [12] [18]
Objetivo científico
El objetivo científico de CYGNSS es comprender el acoplamiento entre las propiedades de la superficie del océano, la termodinámica atmosférica húmeda, la radiación y la dinámica convectiva en el núcleo interno de un ciclón tropical. [11] Para lograr este objetivo, el sistema medirá la velocidad del viento en la superficie del océano en todas las condiciones de precipitación, incluidas las experimentadas en la pared del ojo . La misión también medirá la velocidad del viento en la superficie del océano en el núcleo interno de la tormenta con suficiente frecuencia para resolver la génesis y la rápida intensificación. Como objetivo secundario, el proyecto apoyará a la comunidad operativa de pronóstico de huracanes mediante la producción y el suministro de productos de datos de velocidad del viento en la superficie del océano. [11]
Instrumentos
Cada satélite CYGNSS lleva un instrumento de mapeo Doppler de retardo (DDMI), que consta de:
- un receptor de mapeo de retardo (DMR)
- dos antenas que apuntan al nadir
- una antena que apunta al cenit
El instrumento recibe señales de GPS dispersas por la superficie del océano con el propósito de realizar una dispersometría biestática . [11]
Lanzamiento y primeras operaciones en órbita
La misión CYGNSS se lanzó el 15 de diciembre de 2016 a las 13:37:21 UTC desde un único cohete Pegasus XL lanzado desde el aire. El cohete fue desplegado desde un avión Lockheed L-1011 personalizado , el Stargazer de Orbital ATK , desde una posición a 201 kilómetros (125 millas) de la costa de Cabo Cañaveral, Florida . [4] [19] Un intento de lanzamiento el 12 de diciembre fue abortado debido a problemas con el sistema hidráulico que separa el cohete Pegasus del avión de transporte. [20] Después del lanzamiento, los ocho microsatélites fueron puestos en órbita comenzando a las 13:50 UTC y terminando a las 13:52 UTC por un módulo de despliegue adjunto a la tercera etapa del Pegasus. Se realizó un contacto de radio exitoso con el primer microsatélite a las 16:42 UTC. [21] El octavo microsat fue contactado con éxito a las 20:30 UTC. [22] Al final del día 15 de diciembre, los ocho microsatélites tenían sus paneles solares desplegados y apuntaban al sol con las baterías cargándose en condiciones seguras, listas para comenzar la puesta en servicio de ingeniería. [23]
Uso de arrastre diferencial para ajustar el espacio entre satélites
Las primeras operaciones de la misión se centraron en la puesta en servicio de ingeniería de los satélites [24] y en los ajustes del espacio entre ellos. Su espaciamiento relativo es importante para lograr el muestreo espacial y temporal deseado. [25] El espaciado entre satélites se controla ajustando la orientación de la nave espacial y, como resultado, la diferencia en la resistencia atmosférica entre satélites. Esta técnica se conoce como arrastre diferencial. Un aumento en la resistencia reduce la altitud de un satélite y aumenta su velocidad orbital. [26] La distancia entre las naves espaciales cambia como resultado de sus velocidades relativas. Esta es una forma alternativa de administrar el espacio entre una constelación de satélites, en lugar de utilizar la propulsión activa tradicional, y tiene un costo significativamente menor. Permite la construcción de más satélites por el mismo costo neto, lo que resulta en un muestreo más frecuente de eventos climáticos extremos de corta duración, como los ciclones tropicales. [16] Se llevaron a cabo maniobras de arrastre diferencial durante el primer año y medio de operaciones en órbita, y dieron como resultado una constelación bien dispersa que es capaz de realizar mediciones con las propiedades de muestreo deseadas. [27] [28]
Observaciones del viento sobre el océano
El CYGNSS realiza las mediciones de la velocidad del viento de una manera análoga a la de los radares de detección del viento oceánico espaciales anteriores, al detectar cambios en la rugosidad de la superficie causados por la tensión del viento cerca de la superficie. [29] [30] La calidad de las mediciones se determina mediante comparaciones con observaciones casi coincidentes de otros sensores de viento. Se hacen comparaciones a velocidades de viento bajas a moderadas (por debajo de 20 m / s, 45 mph, 72 km / h) con el producto de reanálisis numérico del sistema de asimilación de datos global de la NOAA e indican una incertidumbre en los vientos CYGNSS de 1.4 m / s (3 mph). ; 5 km / h), con mayor incertidumbre a altas velocidades del viento. [31] Por encima de 45 mph, y en particular para mediciones realizadas dentro de ciclones tropicales, se hacen comparaciones con observaciones casi coincidentes mediante instrumentos de detección de viento en aeronaves NOAA P-3 cazadoras de huracanes que volaron hacia huracanes en coordinación con pasos elevados por satélite por CYGNSS. [32] Las comparaciones indican una incertidumbre en los vientos CYGNSS del 11%. [33] Al igual que en el caso de velocidades del viento más bajas, la incertidumbre aumenta con la velocidad del viento. Las mediciones de la velocidad del viento oceánico CYGNSS se están incorporando actualmente en modelos de pronóstico numérico de huracanes [34] [35] [36] [37] y modelos de marejadas ciclónicas [38] para evaluar la mejora en su desempeño. Imágenes de mediciones recientes y de archivo del viento oceánico, tanto a nivel mundial como centradas en tormentas individuales, están disponibles en [1] . Los archivos de datos numéricos de las mediciones de la velocidad del viento oceánico están disponibles en [2] .
Observaciones sobre tierra
CYGNSS opera continuamente, tanto en el océano como en tierra, y las mediciones terrestres también contienen información útil. Las mediciones son sensibles a la humedad del suelo superficial y a la presencia y extensión de masas de agua continentales. [27] La humedad del suelo se ha estimado utilizando datos de CYGNSS en numerosos sitios en los Estados Unidos continentales y se encuentra en estrecha concordancia con las mediciones independientes realizadas por sensores terrestres y por otro satélite. [39] [40] Los archivos de datos numéricos de las mediciones de la humedad del suelo están disponibles en [3] . También se ha demostrado la capacidad de los datos terrestres de CYGNSS para detectar y trazar un mapa de la extensión de las inundaciones bajo densas copas de los bosques [41] y esta capacidad se ha utilizado para producir imágenes en intervalos de tiempo de las inundaciones en Houston y La Habana y sus alrededores después de la llegada de los huracanes María. e Irma, respectivamente. [42]
Ver también
- Pronóstico de ciclones tropicales
- Escalas de ciclones tropicales
Referencias
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