Nuevos mapas terrestres a partir de señales satelitales reflejadas, gracias a la ESA
Los teléfonos y receptores de navegación recogen señales satelitales para decirnos nuestra ubicación de forma precisa. Pero ¿alguna vez te has planteado qué sucede después con esas señales de navegación? A un visionario inventor de la ESA se le ocurrió utilizarlas como herramienta para observar la Tierra.
En la actualidad hay más de 120 satélites de navegación en órbita, formando constelaciones como la del sistema europeo Galileo, que envían una continua lluvia de señales en beneficio de los usuarios de todo el mundo. Al igual que la luz visible, estas señales de microondas se reflejan en la superficie terrestre, tanto en tierra como en mar.
Normalmente, estas señales reflejadas, conocidas en el sector como “multitrayecto”, se han considerado una molestia, ya que pueden confundir a los receptores de navegación y reducir su precisión.
Pero en 1993, al tiempo que Estados Unidos completaba la constelación de 24 satélites del sistema GPS, a un joven ingeniero de microondas de la ESA, Manuel Martín-Neira, se le ocurrió usar estas señales reflejadas como recurso científico.
“El jefe de mi división me pidió que diera con una forma rentable de aumentar la velocidad de muestreo total para obtener una imagen más completa de los fenómenos ‘mesoescalares’, y eso me llevó a empezar a buscar formas de emplear otras señales de oportunidad, especialmente las señales de navegación por satélite”.
“Al principio hubo reacciones encontradas, porque la precisión de previsión no era tanta como la obtenida con el altímetro ERS-1, pero por otro lado iba a haber un gran número de señales que aprovechar, por lo que el rendimiento ha mejorado muchísimo desde aquellos primeros tiempos”.
Inspiración gracias a la reflexión
La idea básica de lo que Manuel bautizó como PARIS (Passive Reflectometry and Interferometry System, o Sistema de Interferometría y Reflectometría Pasivo) se reduce a una antena bilateral. En la cara superior capta una señal de navegación de los satélites en órbita, mientras que en la otra cara capta la versión de la señal que rebota desde la superficie terrestre.
Al comparar esta señal inicial con su equivalente reflejado empleando un proceso denominado “interferometría”, que mide las minúsculas diferencias en las fases de las señales, es posible determinar el tiempo extra que tarda el haz reflejado en recorrer una distancia con una precisión de hasta menos de cinco centímetros, lo que permite calcular la altura del mar y el grosor del hielo marino.
El procesamiento adicional de la forma de onda de amplitud permite obtener datos adicionales sobre vientos y olas en el océano, así como la humedad del suelo y la biomasa en tierra.
En estos años, la reflectometría por satélite se ha convertido en un campo floreciente. Este verano, Manuel asistió al último taller internacional dedicado al método que él ideó hace 26 años.
La reflectometría llega al espacio
“Ha sido fantástico tener pruebas experimentales, y esto ha sido posible gracias a la disponibilidad cada vez mayor de los satélites pequeños”, explica Manuel.
“Como la reflectometría por satélite es una forma pasiva de detección remota, es una opción atractiva para las cargas útiles, ya que no precisa de mucha energía para funcionar. Y uno de los resultados son los datos meteorológicos con que las empresas privadas pueden hacer dinero, al ofrecérselos a las agencias públicas”.
En 2003, el satélite UK-DMC fue la primera misión que transportó una carga útil de reflectometría. Desde entonces, en los últimos tiempos ha seguido sus pasos satélites como el británico TechDemoSat-1, la constelación CyGNSS de la NASA para la vigilancia de huracanes o los nanosatélites comerciales de Spire Global.
“Estos satélites han logrado proporcionar a los usuarios de la reflectometría una gran cantidad de señales que han demostrado el aspecto de las reflexiones sobre distintas superficies, como el hielo marino, los bosques e incluso cuerpos de agua interiores, como el río Amazonas y sus afluentes”.
“En partes del océano cercanas a las masas continentales y en el interior de atolones hemos visto señales reflejadas de aguas muy tranquilas, que casi parecen un espejo, alcanzando un nivel de precisión de hasta 1 cm. Estas mediciones podrían complementar a las actuales misiones de altimetría para, por ejemplo, medir la subida del nivel del mar”.
Las actividades de la ESA levantan el vuelo
Entretanto, la ESA aborda la reflectometría desde distintos frentes, por ejemplo, al haber desarrollado y probado una antena aérea dirigible denominada SPIR (Software PARIS Interferometric Receiver, o receptor interferométrico de PARIS por software), capaz de orientar haces independientes para formar una rápida imagen de la superficie o de diferenciar entre diferentes fuentes de señal, como GPS de Galileo.
Manuel añade: “El Centro de Soporte Científico para GNSS de la ESA, basado en el Centro Europeo de Astronomía Espacial que la Agencia posee cerca de Madrid, ha mostrado un gran interés en estas actividades”.
Ya se están desarrollando misiones, como un CubeSat dedicado en colaboración con RUAG-Austria y la Universidad de Graz denominado PRETTY (Passive REflecTomeTry and dosimetry, o Reflectometría y Dosimetría Pasiva, que también transportaría un detector de radiación) y un par de pequeños satélites denominados FSSCat de la Universitat Politècnica de Catalunya, con apoyo del concurso Copernicus Masters, considerados un prototipo para la futura constelación de reflectometría.
La Dirección de Telecomunicaciones y Aplicaciones Integradas de la ESA también está trabajando con la empresa Spire para hacer volar instrumentos de reflectometría mejorada a partir de finales de este año.
A la hora de hablar de la pujanza de la reflectometría en la actualidad, Manuel recuerda que patentar esta idea constituyó un punto de inflexión: “Todo cambió cuando el Grupo de Patentes de la ESA propuso patentar la idea, que en principio no había sido muy bien recibida. Eso me dio confianza, al pensar que al menos alguien más veía su potencial. Y el resto es historia”.
