La NASA QuikSCAT ( Quick Dispersómetro ) fue un satélite de observación de la Tierra que lleva el SeaWinds dispersómetro . Su misión principal era medir la velocidad y la dirección del viento en la superficie sobre los océanos globales libres de hielo. Las observaciones de QuikSCAT tuvieron una amplia gama de aplicaciones y contribuyeron a estudios climatológicos, pronóstico del tiempo, meteorología, investigación oceanográfica, seguridad marina, pesca comercial, rastreo de grandes icebergs y estudios de hielo terrestre y marino, entre otros. Este dispersómetro SeaWinds se conoce como el dispersómetro QuikSCAT para distinguirlo del dispersómetro SeaWinds casi idéntico volado en el satélite ADEOS-2 .
Tipo de misión | Observación de la tierra |
---|---|
Operador | NASA / JPL |
ID COSPAR | 1999-034A |
SATCAT no. | 25789 |
Sitio web | vientos |
Duración de la misión | 10 años, 4 meses |
Propiedades de la nave espacial | |
Fabricante | Bola Aeroespacial |
Masa de lanzamiento | 970 kilogramos (2140 lb) |
Energía | 874 vatios |
Inicio de la misión | |
Fecha de lanzamiento | 19 de junio de 1999, 02:15:00 UTC |
Cohete | Titán II (23) G |
Sitio de lanzamiento | Vandenberg SLC-4W |
Fin de la misión | |
Desactivado | 2 de octubre de 2018 |
Parámetros orbitales | |
Sistema de referencia | Geocéntrico |
Régimen | Sincrónico con el sol |
Semieje mayor | 7.180,8 kilómetros (4.461,9 mi) |
Excentricidad | 0.0001431 |
Altitud del perigeo | 807,9 kilómetros (502,0 mi) |
Altitud de apogeo | 809,8 kilómetros (503,2 mi) |
Inclinación | 98.6175 grados |
Período | 100.93 minutos |
RAAN | 101.8215 grados |
Argumento del perigeo | 71,6425 grados |
Anomalía media | 308.4160 grados |
Movimiento medio | 14.27019630 |
Intervalo de repetición | ≈4 días (57 órbitas) |
Época | 30 de septiembre de 2013, 12:15:56 UTC |
Revolución no. | 74382 |
Dispersómetro principal | |
Nombre | SeaWinds |
Resolución | Estándar nominal de 25 km (especial de 5 y 12,5 km [se necesita aclaración ] ) |
Descripción de la misión
QuikSCAT se lanzó el 19 de junio de 1999 con un requisito inicial de misión de 3 años. QuikSCAT fue una misión de "recuperación rápida" que reemplazó al dispersómetro de la NASA (NSCAT), que falló prematuramente en junio de 1997 después de sólo 9,5 meses en funcionamiento. QuikSCAT, sin embargo, superó con creces estas expectativas de diseño y continuó funcionando durante más de una década antes de que una falla en el cojinete de su motor de antena terminara con las capacidades de QuikSCAT para determinar información útil sobre el viento en la superficie el 23 de noviembre de 2009. El registro de datos geofísicos de QuikSCAT abarca desde el 19 de julio de 1999 hasta 21 de noviembre de 2009. Si bien el plato no pudo girar después de esta fecha, sus capacidades de radar permanecieron completamente intactas. Continuó operando en este modo hasta la finalización completa de la misión el 2 de octubre de 2018. Los datos de este modo de la misión se utilizaron para mejorar la precisión de otros conjuntos de datos de viento de superficie satelital mediante la intercalibración de otros dispersómetros de banda Ku.
QuikSCAT midió los vientos en franjas de medición de 1.800 km de ancho centradas en la trayectoria terrestre del satélite sin espacio en el nadir, como ocurre con los dispersómetros de haz de abanico como NSCAT. Debido a su amplia franja y la falta de espacios en la franja, QuikSCAT pudo recopilar al menos una medición de viento vectorial sobre el 93% de los océanos del mundo cada día. Esto mejoró significativamente con respecto a la cobertura del 77% proporcionada por NSCAT. Cada día, QuikSCAT registró más de 400.000 mediciones de velocidad y dirección del viento. Se trata de cientos de veces más mediciones del viento en la superficie que las que se recogen habitualmente de barcos y boyas.
QuikSCAT proporcionó mediciones de la velocidad y dirección del viento referidas a 10 metros sobre la superficie del mar con una resolución espacial de 25 km. La información sobre el viento no se puede recuperar dentro de los 15 a 30 km de las costas o en presencia de hielo marino. La precipitación generalmente degrada la precisión de la medición del viento, [1] aunque todavía se puede obtener información útil sobre el viento y la lluvia en ciclones tropicales y de latitud media para propósitos de monitoreo. [2] Además de medir los vientos superficiales sobre el océano, los dispersómetros como QuikSCAT también pueden proporcionar información sobre la cobertura fraccionada de hielo marino, rastrear grandes icebergs (> 5 km de longitud), diferenciar tipos de hielo y nieve y detectar línea de congelación-descongelación en regiones polares.
Si bien la antena parabólica giratoria ya no puede girar como se diseñó, el resto del instrumento permanece funcional y las capacidades de transmisión de datos permanecen intactas, aunque no puede determinar el vector de viento de superficie. Sin embargo, aún puede medir la retrodispersión del radar en un ángulo de azimut fijo. QuikSCAT se está utilizando en este modo reducido para realizar una calibración cruzada de otros dispersómetros con la esperanza de proporcionar conjuntos de datos de vientos superficiales consistentes y a largo plazo sobre múltiples plataformas de dispersómetros en órbita, incluida la operativa de la Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos (EUMETSAT) . (ASCAT) en MetOp-A y MetOp-B , el dispersómetro Oceansat-2 de la India operado por la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) , y el dispersómetro HaiYang-2A (HY-2A) de China operado por el Servicio Nacional de Aplicaciones Oceánicas por Satélite de China, como así como futuras misiones de dispersómetro de la NASA en desarrollo. Un panel de revisión senior de la NASA en 2011 respaldó la continuación de la misión QuikSCAT con estos objetivos modificados hasta 2018. QuikSCAT fue declarado completamente dado de baja el 2 de octubre de 2018.
Descripción del instrumento
SeaWinds utilizó una antena parabólica giratoria con dos haces puntuales que barren en un patrón circular. La antena consiste en un plato giratorio de 1 metro de diámetro que produce dos haces puntuales, barriendo en un patrón circular. [3] Irradia pulsos de microondas de 110 W a una frecuencia de repetición de pulsos (PRF) de 189 Hz. QuikSCAT opera a una frecuencia de 13,4 GHz, que se encuentra en la banda Ku de frecuencias de microondas. A esta frecuencia, la atmósfera es mayoritariamente transparente a las nubes y aerosoles que no precipitan, aunque la lluvia produce una alteración significativa de la señal. [4]
La nave espacial está en una órbita sincrónica con el sol , con tiempos de cruce ecuatorial de franjas ascendentes alrededor de las 06:00 LST ± 30 minutos. A lo largo del ecuador, franjas consecutivas están separadas por 2.800 km. QuikSCAT orbita la Tierra a una altitud de 802 km y a una velocidad de aproximadamente 7 km por segundo.
Descripción de la medida
Exactitud de la medición del viento
Principios de medición
Los dispersómetros como QuikSCAT emiten pulsos de radiación de microondas de baja potencia y miden la potencia reflejada hacia su antena receptora desde la superficie del mar agitada por el viento. Las ondas de gravedad y capilares en la superficie del mar causadas por el viento reflejan o retrodispersan la potencia emitida por el radar del dispersómetro principalmente por medio de una condición de resonancia de Bragg . Las longitudes de onda de estas ondas son de aproximadamente 1 cm y generalmente están en equilibrio con el viento de superficie local. Sobre superficies de agua, la retrodispersión de microondas está altamente correlacionada con la velocidad y dirección del viento en la superficie. La longitud de onda particular de las ondas superficiales está determinada por la longitud de onda de la radiación de microondas emitida por el radar del dispersómetro.
QuikSCAT consiste en un radar de microondas activo que infiere los vientos superficiales de la rugosidad de la superficie del mar basándose en las mediciones de la sección transversal de la retrodispersión del radar, denotada como σ 0 . σ 0 varía con la velocidad y la dirección del viento en la superficie en relación con el acimut de la antena, el ángulo de incidencia, la polarización y la frecuencia del radar. QuikSCAT utiliza una antena de barrido cónico de doble haz que muestrea la gama completa de ángulos azimutales durante cada revolución de la antena. Las mediciones de retrodispersión se obtienen en ángulos de incidencia fijos de 46 ° y 54 °, lo que proporciona hasta cuatro vistas de cada región de la superficie en diferentes ángulos de incidencia.
El procesamiento estándar de las mediciones de QuikSCAT produce una resolución espacial de unos 25 km. También se logra una resolución espacial más alta de 12,5 km mediante un procesamiento especial, pero tiene un ruido de medición significativamente mayor. También se produce una resolución espacial aún mayor de 5 km, pero solo para regiones limitadas y casos especiales.
Las observaciones σ 0 están calibradas a la velocidad y dirección del viento a una altura de referencia de 10 metros sobre la superficie del mar.
Construcción y lanzamiento
En 1996, se lanzó el dispersómetro de la NASA (NSCAT) a bordo del satélite japonés de observación avanzada de la Tierra ( ADEOS-1 ). Este satélite fue diseñado para registrar los vientos superficiales sobre el agua en todo el mundo durante varios años. Sin embargo, una falla inesperada en 1997 condujo a la terminación anticipada del proyecto NSCAT. Después de esta misión brevemente exitosa, la NASA comenzó a construir un nuevo satélite para reemplazar al fallido. Planearon construirlo y tenerlo preparado para su lanzamiento lo antes posible para limitar la brecha de datos entre los dos satélites. [5] En solo 12 meses, el satélite Quick Scatterometer (QuikSCAT) fue construido y listo para ser lanzado, más rápido que cualquier otra misión de la NASA desde la década de 1950. [6]
El proyecto QuikSCAT fue presupuestado originalmente en $ 93 millones, incluido el satélite físico, el cohete de lanzamiento y el apoyo continuo para su misión científica. [7] Una serie de fallas de cohetes en noviembre de 1998 dejaron en tierra la flota de lanzadores Titán (familia de cohetes) , retrasaron el lanzamiento de QuikSCAT y agregaron $ 5 millones a este costo inicial. [7]
Un nuevo instrumento, el dispersómetro SeaWinds, se transportó en el satélite. El instrumento SeaWinds, un sistema de radar de microondas especializado, midió tanto la velocidad como la dirección de los vientos cerca de la superficie del océano. Usó dos radares y una antena giratoria para registrar datos en nueve décimas partes de los océanos del mundo en un solo día. Se registraron aproximadamente cuatrocientas mil mediciones de viento diarias, cada una de las cuales cubría un área de 1.800 kilómetros (1.100 millas) de ancho. [6] Jet Propulsion Laboratory y el equipo NSCAT gestionaron conjuntamente el proyecto de construcción del satélite en el Goddard Space Flight Center . Ball Aerospace & Technologies Corp. suministró los materiales para construir el satélite.
A la luz del tiempo récord de construcción, los ingenieros que trabajaron en el proyecto recibieron el premio American Electronics Achievement Award. Esto solo se logró gracias al nuevo tipo de contrato realizado específicamente para este satélite. En lugar del año habitual dado para seleccionar un contrato e iniciar el desarrollo, se limitó a un mes. [8]
El satélite recién construido estaba listo para lanzarse en un cohete Titan II desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en California. El cohete despegó a las 7:15 pm PDT del 19 de junio de 1999. Aproximadamente dos minutos y treinta segundos después del lanzamiento, el primer motor se apagó y el segundo se encendió mientras avanzaba sobre la península de Baja California . Un minuto después, el cono de la nariz, en la parte superior del cohete, se separó en dos partes. Dieciséis segundos después, el cohete se reorientó para proteger al satélite del sol. Durante los siguientes 48 minutos, las dos naves sobrevolaron la Antártida y luego sobre Madagascar, donde el cohete alcanzó la altitud deseada de 800 km (500 millas). [9]
59 minutos después del lanzamiento, el satélite se separó del cohete y fue empujado a su órbita circular alrededor de la Tierra. Poco después, se desplegaron los paneles solares y se estableció la conexión con el satélite a las 8:32 pm PDT con una estación de seguimiento en Noruega. Durante las siguientes dos semanas, el transbordador utilizó ráfagas de su motor para ajustar su ubicación y corregir su curso al movimiento deseado. El 7 de julio, dieciocho días después del despegue, se encendió el dispersómetro y un equipo de 12 personas realizó revisiones detalladas de la función de QuikSCAT. Un mes después de entrar en órbita, el equipo completó las comprobaciones y QuikSCAT comenzó a recopilar y transmitir mediciones de retrodispersión. [9]
Aplicaciones
Predicción del tiempo
Muchos centros operativos de predicción numérica del tiempo comenzaron a asimilar los datos de QuikSCAT a principios de 2002, y las evaluaciones preliminares indicaron un impacto positivo. [10] Los Centros Nacionales de Predicción Ambiental de Estados Unidos (NCEP) y el Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Mediano Plazo (ECMWF) abrieron el camino al iniciar la asimilación de los vientos QuikSCAT a partir, respectivamente, el 13 de enero de 2002 y el 22 de enero de 2002. Superficie de QuikSCAT los vientos fueron una herramienta importante para el análisis y la predicción en el Centro Nacional de Huracanes de EE. UU. desde que estuvo disponible en tiempo casi real en 2000. [11]
Los campos de viento de QuikSCAT también se utilizaron como una herramienta en el análisis y pronóstico de ciclones extratropicales y clima marítimo fuera de los trópicos en el Centro de Predicción Oceánica de EE. UU. [12] y el Servicio Meteorológico Nacional de EE . UU . [10] [13]
También se proporcionaron datos en tiempo real sobre la mayoría de los océanos globales libres de hielo, incluidas las regiones del océano tradicionalmente escasas de datos donde existen pocas observaciones, como en el Océano Austral y el Océano Pacífico tropical oriental.
Las observaciones de QuikSCAT se proporcionan a estos usuarios operativos en tiempo casi real (NRT) en formato binario universal para la representación de datos meteorológicos (BUFR) en formato por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica / Servicio Nacional de Satélite, Datos e Información Ambiental (NOAA). / NESDIS) . [14] El objetivo de latencia de datos es de 3 horas y casi todos los datos están disponibles dentro de las 3,5 horas posteriores a la medición. Para cumplir con estos requisitos, los algoritmos de procesamiento de datos de QuikSCAT NRT combinan las mediciones de retrodispersión de grano más fino en menos compuestos que los algoritmos de datos científicos. De lo contrario, los algoritmos de procesamiento de QuikSCAT NRT son idénticos a los algoritmos de datos científicos.
Oceanografía
Hielo terrestre y marino
Variabilidad climática
Ciclones tropicales
Las aplicaciones de QuikSCAT en el análisis y pronóstico operacional de ciclones tropicales en el Centro Nacional de Huracanes incluyen la identificación y localización del centro de ciclones tropicales , la estimación de su intensidad y el análisis de radios de viento. [2] [11] La capacidad del dispersómetro para registrar la velocidad del viento en la superficie permite a los meteorólogos determinar si se está formando un área de baja presión y mejorar la capacidad de predecir cambios repentinos en la estructura y la fuerza.
El primer ciclón tropical capturado por el instrumento SeaWinds fue el tifón Olga en la cuenca del Pacífico occidental . El sistema fue monitoreado por el satélite desde su generación el 28 de julio hasta su desaparición a principios de agosto. [15]
En 2007, Bill Proenza , el director del Centro Nacional de Huracanes en ese momento, declaró en un mensaje público que la pérdida del satélite QuikSCAT dañaría la calidad de los pronósticos de huracanes. [16] Esto siguió a una anomalía de la batería en la que la nave espacial fue temporalmente incapaz de realizar observaciones científicas nominales debido a la potencia limitada. [17] Afirmó que los pronósticos de tres días serían aproximadamente un 16% menos precisos tras la pérdida de QuikSCAT. [18] Esta posición fue controvertida ya que se basó en datos no publicados. [16] Aunque el satélite ayuda a pronosticar la posición e intensidad de los huracanes, no lo hace exclusivamente.
2009 falla de rodamiento
A mediados de 2009, se notó un deterioro gradual en los cojinetes del mecanismo de rotación de la antena. La fricción causada por este deterioro redujo la velocidad de rotación de la antena, lo que provocó lagunas en los datos registrados por QuikSCAT. La antena finalmente falló el 23 de noviembre de 2009. [20] Al fallar, se anunció que el satélite probablemente estaba al final de su misión y que ya no se utilizaría. [19] Se confirmó que el sensor del satélite había fallado alrededor de las 0700 UTC . La pérdida solo afectó al equipo de escaneo en tiempo real; la recopilación de datos a largo plazo se mantuvo intacta y operativa. [18] Según la NASA, la falla se debió a la edad del satélite. El mecanismo que se incautó fue diseñado para durar sólo cinco años; sin embargo, permaneció operativo durante aproximadamente diez años, el doble de su uso esperado. El 24 de noviembre, los administradores de la NASA comenzaron a evaluar qué tan afectado estaba el satélite y si era posible reiniciar la antena giratoria. También se revisaron los planes de contingencia sobre qué hacer en caso de falla de QuikSCAT. [20]
En 2014 se lanzó un reemplazo para esta nave espacial, ISS-RapidScat . [21]
Ver también
- Sistema de Observación de la Tierra
- Satélite europeo de teledetección
enlaces externos
- Página de inicio del Laboratorio de propulsión a chorro para QuikSCAT
- QuikSCAT en NOSA
Referencias
- ^ Draper, David W .; Long, David G. (2004). "Evaluación del efecto de la lluvia en las mediciones del dispersómetro de Sea Winds " . Revista de Investigaciones Geofísicas . 109 (C12): C02005. Código Bib : 2004JGRC..109.2005D . doi : 10.1029 / 2002JC001741 .
- ^ a b Dijo, Faozi; Long, David G. (2011). "Determinación de las características de ciclones tropicales seleccionados utilizando imágenes de resolución ultra alta de QuikSCAT". IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing . 4 (4): 857–869. Código bibliográfico : 2011IJSTA ... 4..857S . doi : 10.1109 / JSTARS.2011.2138119 . S2CID 15196436 .
- ^ Spencer, MW; Wu, C .; Long, DG (2000). "Mediciones de retrodispersión de resolución mejorada con el dispersómetro de haz de lápiz Sea Winds " . Transacciones IEEE sobre geociencia y teledetección . 38 (1): 89-104. Código Bibliográfico : 2000ITGRS..38 ... 89S . doi : 10.1109 / 36.823904 .
- ^ Stiles, BW; Yueh, SH (2002). "Impacto de la lluvia en datos espaciales del dispersómetro de viento de banda Ku". Transacciones IEEE sobre geociencia y teledetección . 40 (9): 1973–1983. Código Bibliográfico : 2002ITGRS..40.1973S . doi : 10.1109 / TGRS.2002.803846 .
- ^ Staff Writer (18 de junio de 1998). "NSCAT allana el camino para futuras misiones de Ocean Winds" . NASA. Archivado desde el original el 17 de febrero de 2013 . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
- ^ a b Staff Writer (18 de junio de 1998). "Instrumento SeaWinds enviado para la integración de QuikSCAT" . NASA. Archivado desde el original el 17 de febrero de 2013 . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
- ^ a b Warren E. Leary (15 de junio de 1999). "Nave para rastrear el vínculo entre el mar y el viento que afectan al clima" . New York Times . Consultado el 25 de noviembre de 2009 .
- ^ Staff Writer (4 de junio de 1999). "El equipo de QuikSCAT gana el premio American Electronics Achievement Award" . NASA. Archivado desde el original el 17 de febrero de 2013 . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
- ^ a b Redactor del personal (19 de junio de 1999). "Satélite de viento oceánico QuikSCAT de la NASA lanzado con éxito" . NASA. Archivado desde el original el 17 de febrero de 2013 . Consultado el 25 de noviembre de 2009 .
- ^ a b Atlas, RM, RN Hoffman, SM Leidner, J. Sienkiewicz, T.-W. Yu, SC Bloom, E. Brin, J. Ardizzone, J. Terry, D. Bungato y JC Jusem (2001). "Los efectos de los vientos marinos de los datos del dispersómetro sobre el análisis y la predicción del tiempo" . Boletín de la Sociedad Meteorológica Estadounidense . 82 (9): 1965–1990. Código Bib : 2001BAMS ... 82.1965A . doi : 10.1175 / 1520-0477 (2001) 082 <1965: TEOMWF> 2.3.CO; 2 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b Brennan, Michael J., Christopher C. Hennon, Richard D. Knabb (2009). "El uso operativo de los vientos vectoriales de superficie oceánica QuikSCAT en el Centro Nacional de Huracanes" . Clima y pronóstico . 24 (3): 621–645. Código Bibliográfico : 2009WtFor..24..621B . doi : 10.1175 / 2008WAF2222188.1 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ JM Von Ahn; JM Sienkiewicz y PS Chang (2006). "Impacto operativo de los vientos QuikSCAT en el Centro de predicción oceánica de la NOAA". Clima y pronóstico . 21 (4): 521–539. Código Bibliográfico : 2006WtFor..21..523V . doi : 10.1175 / WAF934.1 .
- ^ DB Chelton; MH Freilich; JM Sienkiewicz y JM Von Ahn (2006). "Sobre el uso de las mediciones del dispersómetro QuikSCAT de los vientos superficiales para la predicción del tiempo marino". Revisión mensual del clima . 134 (8): 2055-2071. Código bibliográfico : 2006MWRv..134.2055C . doi : 10.1175 / MWR3179.1 .
- ^ Hoffman, RN, S. Mark Leidner (2005). "Introducción a los datos de QuikSCAT en tiempo casi real". Clima y pronóstico . 20 (4): 476–493. Código bibliográfico : 2005WtFor..20..476H . doi : 10.1175 / WAF841.1 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ Staff Writer (9 de agosto de 1999). "SeaWinds captura la furia del tifón Olga" . NASA. Archivado desde el original el 17 de febrero de 2013 . Consultado el 25 de noviembre de 2009 .
- ^ a b Ken Kayes (24 de noviembre de 2009). "El satélite QuikSCAT muere" . Sun Sentinel . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
- ^ Staff Writer (5 de diciembre de 2007). "Brechas de datos de QuikSCAT debido a anomalía de la batería" . Centro de Archivos Activos Distribuidos de Oceanografía Física . NASA. Archivado desde el original el 1 de junio de 2013 . Consultado el 21 de junio de 2012 .
- ^ a b Eliot Kleinberg (23 de noviembre de 2009). "El satélite QuikSCAT se cae" . El Palm Beach Post . Archivado desde el original el 26 de noviembre de 2009 . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
- ^ a b Staff Writer (24 de noviembre de 2009). "El satélite QuikSCAT deja de operar" . CIMSS . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
- ^ a b Alan Buis (24 de noviembre de 2009). "Evaluación de nuevos roles de la NASA para el satélite QuikScat enfermo" . NASA . Consultado el 24 de noviembre de 2009 .
- ^ "Dispersometría - Resumen" .