Sentinel-4 es una misión europea de observación de la Tierra desarrollada para apoyar el Programa Copernicus de la Unión Europea para monitorear la Tierra. Se enfoca en el monitoreo de concentraciones de gases traza y aerosoles en la atmósfera para respaldar los servicios operativos que cubren aplicaciones de calidad del aire casi en tiempo real, monitoreo de protocolos de calidad del aire y monitoreo de protocolos climáticos. El objetivo específico de Sentinel-4 es respaldar esto con un alto tiempo de revisión en Europa. [3] [4]
Fabricante | Airbus Defence and Space [1] | ||
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Operador | Eumetsat | ||
Aplicaciones | Observación de la tierra | ||
Especificaciones | |||
Tipo de nave espacial | Satélite | ||
Autobús | Meteosat Third Generation -S, autobús Luxor | ||
Constelación | 1 | ||
Masa de lanzamiento | 3.600 kg (7937 libras) [2] | ||
Dimensiones | 2.280 × 2.760 × 5.170 m (7.5 × 9.1 × 17.0 pies) [2] | ||
Energía | 2000 W [2] | ||
Vida de diseño | 8.5 | ||
Producción | |||
Estado | Bajo construcción | ||
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El precursor de Sentinel-5, Sentinel-5 y Sentinel-4 representan elementos complementarios de una constelación destinada a satisfacer las necesidades del Servicio de Monitoreo de la Atmósfera de Copernicus (CAMS). [5] Sentinel-4 utilizará 2 instrumentos de carga útil integrados a bordo de un satélite Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S) para observar principalmente la composición troposférica de la atmósfera terrestre. Los datos se recopilarán y se pondrán a disposición del programa Copernicus con el objetivo de contribuir a las aplicaciones de la calidad del aire, como los servicios atmosféricos de Copernicus, así como al control de la calidad del aire en las regiones de Europa y África del Norte. [6] Al igual que con otros aspectos del programa Copernicus, la iniciativa Sentinel-4 se financia principalmente a través de la UE y el diseño técnico y el desarrollo han sido puestos bajo la responsabilidad de la Agencia Espacial Europea (ESA).
El objetivo de la misión, como se indica en el sitio web oficial de la Agencia Espacial Europea, es observar la cantidad de material particulado en el aire sobre Europa y el norte de África. Buscan monitorear compuestos impactantes como O 3 (ozono), NO 2 (dióxido de nitrógeno), SO 2 (dióxido de azufre), HCHO (formaldehído) y más. La información recopilada del satélite se utilizará para inculcar leyes europeas en su propio beneficio.
Para la detección y medición de las características atmosféricas se han diseñado dos instrumentos de carga útil; el espectrómetro multiespectral ultravioleta e infrarrojo cercano (S4 UVN) y la sonda infrarroja (S4 IRS). Los dos instrumentos se embarcarán en dos satélites Eumetsat Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S) que se lanzarán en 2023 y 2030. [7]
Plataforma satelital
Meteosat de tercera generación (MTG)
Como su nombre indica, Meteosat Third Generation es la tercera generación de satélites meteorológicos y está desarrollado por Thales Alenia Space (TAS) bajo la responsabilidad de Eumetsat y la ESA . [8] Es la 'próxima generación' para predicción meteorológica numérica y predicción inmediata. La tecnología de creación de perfiles y alta resolución sin precedentes producirá una gran mejora en la confiabilidad del pronóstico del tiempo a mediano y largo plazo. Eumetsat dirigirá las operaciones del programa y también garantizará el suministro de datos y servicios meteorológicos a usuarios europeos e internacionales y una capacidad mejorada de obtención de imágenes para la comunidad científica.
“ El objetivo del sistema MTG es proporcionar datos de observación y parámetros geofísicos continuos de alta resolución del sistema terrestre derivados de mediciones directas de la radiación que emite y refleja utilizando sensores satelitales desde una órbita geoestacionaria. Gracias a los avances en la tecnología, MTG, en comparación con el sistema MSG actual, también proporcionará una herramienta más poderosa al contribuir con mejoras significativas al servicio existente con una misión de imágenes mejorada y al introducir nuevas misiones de rayos y sondas desde una órbita geoestacionaria ”- a cita de la publicación MTG [8] producida y publicada por OHB System AG .
Satélite de sonda de tercera generación Meteosat (MTG-S)
Los satélites MTG-S constituyen 2 de los 6 satélites de la flota de satélites MTG. Los satélites MTG-S están montados en plataformas estabilizadas comunes de 3 ejes y están dedicados a aplicaciones de sondeo, incluida la integración de cargas útiles de instrumentos S4 UVN y IRS. [8] Actualmente está previsto que MTG-S1 se lance a principios de 2023 y MTG-S2 a finales de 2030. [7]
Instrumentos de carga útil
Espectrómetro multiespectral S4 UVN
El espectrómetro multiespectral UVN es un espectrómetro hiperespectral que opera con bandas espectrales dentro del espectro de reflectancia solar. Para la parte UVVIS el rango es de 305 nm a 500 nm con una resolución de 0.5 nm y para la parte NIR el rango es de 750 nm a 775 nm con una resolución de 0.12 nm. Estas bandas funcionan en combinación con una baja sensibilidad de polarización y una alta precisión radiométrica. El diseño del instrumento permite un tiempo de revisión de exploración de este a oeste de aproximadamente 1 hora, cubriendo la mayor parte de Europa y el norte de África. Con alrededor de 570 muestras espaciales en la dimensión espacial este-oeste, es posible una frecuencia de exploración correspondiente (frecuencia de muestreo espacial) de aproximadamente 8 km cada 6 segundos (alrededor de 1,3 km / s). [6]
Al amanecer en el este, el instrumento solo escaneará la parte iluminada de la Tierra, lo que permitirá un tiempo total de escaneo de menos de 1 hora. Lo mismo se aplica al oeste por la noche. Durante Otoño-Invierno, el área de cobertura se cambia 5 grados dos veces, lo que se optimiza para las áreas iluminadas y durante Invierno-Primavera se invierte. El instrumento se despliega en el satélite MTG que estará en una órbita terrestre geoestacionaria (GEO) con una longitud de alrededor de 0 grados en una actitud en la región de 36000 km sobre el Ecuador. El despliegue en el satélite está optimizado y permitirá que la radiación de la Tierra, así como la irradiancia del Sol y los campos de visión térmicos, sean claros y sin obstáculos. Por diseño, a través de otros componentes del satélite, el resto de la luz parásita del sol o de la Tierra se mantiene al mínimo. Minimizar la luz parásita es muy importante con respecto a la clase de este instrumento, lo que implica el requisito de precisiones de productos de datos de nivel 1B y 2 donde la sensibilidad a la luz parásita es muy alta. El satélite MTG-S realiza maniobras de giro de guiñada en los equinoccios para optimizar el entorno térmico del instrumento. Gracias a la disponibilidad de dos dispositivos cargados acoplados (CCD) a bordo del instrumento, los elementos espectrales UV y NIR se pueden registrar por separado. [9] Cada CCD observa tanto la dimensión espectral como la dimensión espacial Norte-Sur. La sensibilidad de polarización de la Tierra del instrumento debe ser inferior al 1% con respecto a las condiciones orbitales GEO. [6]
El instrumento también está equipado con 2 difusores solares que minimizarán las anomalías espectrales y espaciales y que de otro modo interferirían con la detección y recuperación de los gases traza atmosféricos. El instrumento también está equipado con una fuente de luz blanca de 5 W (WLS) como parte de su conjunto de calibración. [6]
En el rango de UVVIS entre 315 nm y 500 nm, se requiere que el error de precisión espectral radiométrico relativo máximo sobre un ancho de ventana espectral de 3 nm sea menor que 0.05%. Se requiere que la precisión radiométrica absoluta en vuelo de la radiancia espectral de la Tierra y de la irradiancia del Sol sea mejor que el 3% con un objetivo del 2%. [9] Todos los valores se aplican a un nivel de confianza one-sigma . A medida que el instrumento envejece en el entorno espacial, puede haber algunas limitaciones detectables en la precisión al final de la vida útil de la misión Sentinel-4 actualmente esperada de 10 años. [8]
El UVN del S4 es también el primer espectrómetro espacial que utiliza una rejilla de reflexión dieléctrica. Este tipo de rejilla se desarrolló inicialmente para la manipulación de pulsos láser, pero el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión en Jena, Alemania, pudo convertir el concepto para su uso en el espectrómetro Sentinel-4. [10]
Sirena de infrarrojos (IRS)
El instrumento es un espectrómetro por transformada de Fourier . Su tarea será detectar la estructura del gas atmosférico de la Tierra y transmitir datos al suelo para utilizarlos en una predicción meteorológica más precisa y fiable. OHB System AG es responsable del diseño, desarrollo, adquisición, AIT y entrega de dos modelos de vuelo (FM) del instrumento del IRS. [8] La carga útil del instrumento se desplegará en dos satélites MTG-S, de forma similar al instrumento S4-UVN.
El IRS es esencialmente un espectrómetro hiperespectral diseñado para cubrir toda la Tierra con la misión de proporcionar datos de sondeo en dos bandas, el infrarrojo de onda larga (LWIR) 700 cm-1 - 1210 cm-1 y el infrarrojo de onda media (MWIR). 1600 - 2175 cm-1 con muestreo espectral de 0,625 cm-1. Los perfiles de la circulación y distribución del vapor de agua atmosférico y las temperaturas de la Tierra se adquirirán y analizarán capa por capa. Esto permitirá conocer mejor la compleja composición de la atmósfera terrestre y su dinámica. El muestreo espectral medirá los componentes de la velocidad como parte del muestreo de datos para determinar estos perfiles a diferentes altitudes sobre la superficie de la Tierra y con una alta tasa de muestreo espacial y resolución temporal. [8]
El instrumento del IRS podrá escanear el círculo completo de la Tierra en 1 hora con dimensiones de muestreo espacial de 4 km x 4 km [8] desde la órbita terrestre geoestacionaria (GEO) de la sonda Meteosat de tercera generación (MTG-S). satélite. La alta frecuencia de muestreo se logra mediante el uso de un telescopio de alta resolución y un conjunto de espejo de escaneo que opera en el rango espectral IR. [8] Otras características de diseño del instrumento incluyen la capacidad de ejecutar escenarios de observación a bordo de forma autónoma con información de escenario precargada y calibración autónoma, incluidas vistas de cuerpo negro y espacio profundo. La planificación del escenario de observación también permitirá un funcionamiento continuo, incluida la capacidad de evitar el sol. [8]
La masa del IRS es de 460 kg, consumirá 736.0W nominalmente y su conjunto de detección está crioenfriado con una temperatura del detector de 56K. [8]
Referencias
- ^ "Introducción a la misión Sentinel-4" . ESA . Consultado el 23 de febrero de 2019 .
- ^ a b c "Descripción de satélite" . ESA . Consultado el 23 de febrero de 2019 .
- ^ "Sentinel-4 - Earth Online - ESA" . earth.esa.int . Consultado el 23 de diciembre de 2020 .
- ^ "Sentinel-4 - Missions - Sentinel Online" . sentinel.esa.int . Consultado el 23 de diciembre de 2020 .
- ^ "Sentinel-4 - Missions - Sentinel Online" . sentinel.esa.int . Consultado el 21 de marzo de 2020 .
- ^ a b c d La misión Sentinel-4, sus componentes e implementación: Hendrik R. Stark (1), Hermann Ludwig Möller, Grégory Bazalgette Courrèges-Lacoste, Rob Koopman, Silvia Mezzasoma, Ben Veihelmann [1]
- ^ a b "Meteosat de tercera generación" . EUMETSAT . Consultado el 13 de octubre de 2019 .
- ^ a b c d e f g h i j Meteosat Third Generation, OHB System AG (OHB SE) [ enlace muerto permanente ]
- ^ a b El instrumento Sentinel-4 / UVN a bordo del MTG-S- Grégory Bazalgette Courrèges-Lacoste; Berit Ahlers; Benedikt Guldimann; Alex Short; Ben Veihelmann, Hendrik Stark [2]
- ^ UD Zeitner, A. Kamm, T. Benkenstein, T. Flügel-Paul, G. Leibeling, "Desarrollo de los modelos de vuelo para la unidad de rejilla NIR Sentinel-4 / UVN", Proc. SPIE 10562, Conferencia internacional sobre óptica espacial - ICSO 2016, 1056202 (25 de septiembre de 2017);
Bibliografía
- Sonda infrarroja (IRS) Meteosat Third Generation - Satélites meteorológicos de próxima generación , publicación OHB, OHB System AG