Las innovaciones tecnológicas Spin SMAP de la NASA en el espacio

Representación del artista del instrumento SMAP. Crédito de la imagen: NASA

 

Programado para su lanzamiento el 29 de enero de 2015, el instrumento de suelo humedad activo pasivo (SMAP) de la NASA medirá la humedad alojada en los suelos de la Tierra con una precisión sin precedentes y la resolución. Tres partes principales del instrumento son un radar, un radiómetro y la antena de acoplamiento giratorio más grande jamás desplegada en el espacio.

Instrumentos de detección remotos son llamados "activos" cuando emiten sus propias señales y "pasiva" cuando ellos recogen la señala que ya existe. Instrumento de la misión ciencia cuerdas juntos un sensor de cada tipo para acorralar a las medidas de mayor resolución, más precisas jamás hechas de la humedad del suelo, una pequeña fracción de agua de la Tierra que tiene un efecto desproporcionadamente grande sobre el clima y la agricultura.

Para activar la misión y atender sus necesidades de precisión mientras cubría el globo cada tres días o menos, los ingenieros SMAP en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, diseñado y construido la antena giratoria más grande que podría guardarse en un espacio de sólo un pie por cuatro pies (30 por 120 centímetros) para el lanzamiento. El plato es 19,7 pies (6 metros) de diámetro.

"Lo llamamos el lazo de spinning," dijo Wendy Edelstein de laboratorio de Retropropulsión de la NASA, Pasadena, California, a cargo del instrumento SMAP. Como lazo del vaquero, la antena se une a un lado a un brazo con un ladrón en su codo. Gira alrededor del brazo a unos 14 revoluciones por minuto (una rotación completa cada cuatro segundos). La antena parabólica fue proporcionada por Northrop Grumman Astro Aerospace en Carpinteria, California. El motor que hace girar la antena fue proporcionado por la compañía Boeing en El Segundo, California.

 

"La antena nos causó mucha angustia, sin duda," señaló Edelstein. Aunque la antena debe ajustarse durante el lanzamiento en un espacio no más grande que la basura de la cocina alto poder, debe desplegar precisamente que la forma superficial de la malla es exacta dentro de aproximadamente una octava parte de una pulgada (unos milímetros).

El plato de acoplamiento es bordeado por un anillo de soportes de grafito ligero estiramiento aparte como una puerta de bebé cuando se tira un solo cable, dibujo de la malla hacia el exterior. "Asegurándose de que no tenemos problemas, que la malla no cuelgues en los soportes y lágrima cuando está desplegando--todo eso requiere mucho cuidado de ingeniería", dice Edelstein. "Probamos, probamos y probamos un poco más. Tenemos un sistema muy estable y robusto ahora".

Radar de SMAP, desarrollado y construido en el JPL, utiliza la antena para transmitir las microondas hacia la Tierra y recibir las señales que regresan, llamado retrodispersión. Las microondas penetran unas pocas pulgadas o más en el suelo antes de que rebotar. Cambios en las propiedades eléctricas de las microondas que regresan indican cambios en la humedad del suelo y también dicen si o no el suelo está congelado. Usando una técnica compleja llamada radar de apertura sintética de procesamiento, el radar puede producir imágenes muy nítidas con una resolución de media milla a milla y media (uno a tres kilómetros).

Radiómetro de SMAP detecta diferencias en las emisiones naturales de la Tierra de microondas que son causadas por el agua en el suelo. Para abordar un problema que ha obstaculizado seriamente las misiones anteriores utilizando este tipo de instrumento para el estudio de la humedad del suelo, los diseñadores del radiómetro de la NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland, desarrolló y construyó uno de los más sofisticados sistemas de procesamiento de señales jamás creados para un instrumento tan científico.

 

El problema es interferencia de radiofrecuencia. Las longitudes de onda de microondas que SMAP utiliza oficialmente están reservados para uso científico, pero las señales en longitudes de onda cercanas que se utilizan para el control del tráfico aéreo, teléfonos celulares y otros propósitos propagarse a las longitudes de onda de SMAP imprevisiblemente. Procesamiento de señales convencionales promedio de datos durante un período de tiempo, que significa que incluso una breve ráfaga de interferencia sesga el registro para ese período. Los ingenieros de Goddard idearon una nueva forma de eliminar sólo los segmentos pequeños de interferencia real, dejando más de las observaciones intacta.

La combinación de las señales de radar y radiómetro permite a los científicos tomar ventaja de las fortalezas de ambas tecnologías mientras trabaja en sus debilidades. "El radiómetro proporciona la humedad del suelo más precisa pero una resolución gruesa de aproximadamente 40 kilómetros [25]," dijo Eni Njoku de JPL, un científico de investigación con SMAP. "Con el radar, puede crear una resolución muy alta, pero es menos precisa. Para obtener una precisión y una medición de alta resolución, procesamos las dos señales juntos."

SMAP será la quinta misión de ciencia de la tierra de la NASA lanzada en los últimos 12 meses.

 

La NASA vigila los signos vitales de la tierra desde el espacio, aire y tierra con una flota de satélites y las campañas de observación aérea y terrestre ambicioso. La NASA desarrolla nuevas formas de observar y estudiar sistemas interconectados de naturales de la tierra, con registros de datos a largo plazo y herramientas de análisis de computadora para ver mejor cómo está cambiando nuestro planeta. La Agencia comparte este conocimiento único con la comunidad global y trabaja con instituciones en los Estados Unidos y alrededor del mundo que contribuyen a la comprensión y la protección de nuestro planeta.

 

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Alan Buis
Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California
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Alan.Buis@jpl.nasa.gov

Written by Carol Rasmussen
NASA Earth Science News Team

Traducción: El Quelonio Volador