De repente, un pequeño satélite financiado por la NASA, uno de los muchos pasajeros a bordo de la nave espacial SpaceX Dragon, disparado al cielo en una misión para demostrar que su nueva tecnología podría cambiar la forma en que medimos la Tierra, y eventualmente, la luna.

El radiómetro infrarrojo compacto en el instrumento espacial en un CubeSat, también conocido como CIRiS, lanzado desde la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral en Florida a la Estación Espacial Internacional el 5 de diciembre. El satélite del tamaño de una mochila tiene como objetivo recolectar, procesar y calibrar imágenes infrarrojas para revelar la temperatura de la Tierra por primera vez desde un pequeño satélite. "Si podemos hacer esto, hemos aumentado considerablemente el valor de los datos para aplicaciones de Ciencias de la Tierra, así como la gestión de la tierra y el agua, "David Osterman, el investigador principal de CIRiS en Ball Aerospace, dijo.

Los agricultores podrían utilizar los datos de CIRiS para determinar si un huerto de naranjos necesita más agua o si un viñedo está demasiado húmedo. De hecho, agricultores, Los administradores del agua y otros tomadores de decisiones están comenzando a utilizar estimaciones de uso de agua por detección remota de sensores más grandes como el sensor infrarrojo térmico (TIRS) a bordo del Landsat 8, que es administrado conjuntamente por el Servicio Geológico de EE. UU. y la NASA.

CIRiS tiene como objetivo demostrar nuevas capacidades para complementar futuras misiones de observación de la Tierra de la NASA como Landsat, aumentar la frecuencia de la recopilación de imágenes a un tamaño y costo potencialmente reducidos. "Buscamos lograr un alto rendimiento en todo y al mismo tiempo encajar en un espacio pequeño, "Dijo Osterman.

Incluso antes de que CIRiS dejara la Tierra, La NASA financió a su hermano, L-CIRiS, que tiene una "L" para lunar, dirigirse a la Luna y utilizar instrumentos similares para identificar minerales lunares. L-CIRiS también será construido por Ball Aerospace y fue seleccionado como parte del programa lunar Artemis de la NASA. lo que ayudará a la NASA a enviar astronautas a la Luna para 2024 como una forma de prepararse para enviar a los primeros humanos a Marte.

El CIRiS de observación de la Tierra se encuentra actualmente en la estación espacial. Permanecerá allí durante unas semanas hasta que se transfiera al vehículo de carga Cygnus, lo que lo llevará 100 kilómetros más alto que la estación espacial para su despliegue.

Pequeño satélite, big data

Pequeños satélites, incluidos CubeSats, están desempeñando un papel cada vez más importante en la exploración, demostración de tecnología, investigación científica e investigaciones educativas en la NASA. Las misiones hasta la fecha han incluido exploración espacial planetaria, Observaciones de la Tierra, y ciencia fundamental de la Tierra y el espacio. Los CubeSats también se utilizan para desarrollar tecnologías espaciales precursoras como comunicaciones láser de vanguardia, comunicaciones de satélite a satélite y capacidades de movimiento autónomo.

El CIRiS CubeSat, que puede medir de forma remota la temperatura de la superficie de la Tierra, miniaturiza una serie de componentes y elimina otros que utilizan los instrumentos convencionales para recopilar imágenes de onda larga (espectro infrarrojo). Estas imágenes indican regiones frías y calientes como colores en una pantalla de "mapa de calor".

Una vez que CIRiS recopile estas imágenes, los calibra mientras están en órbita, lo que significa que asigna valores numéricos validados a cada píxel. "La calibración le permite tomar datos y llevarlos un paso más allá donde tienen importancia científica y pueden contribuir a la ciencia real, ", Dijo Osterman. No solo se puede ver si un tramo de tierra es más cálido que sus alrededores, se puede ver por cuánto.

Por ejemplo, Las mediciones infrarrojas pueden ayudar a los científicos a comprender mejor la evapotranspiración. que es el agua que se evapora del suelo más el agua que se libera de las hojas de las plantas a medida que transpiran, o respirar. La evapotranspiración ayuda a enfriar las plantas, por lo que la temperatura es un indicador clave del uso de agua de las plantas. Conocer el nivel cuantitativo de evapotranspiración es útil para los cultivadores, ya que determinan qué plantas necesitan más agua.

El objetivo de la misión CIRiS es validar y demostrar nuevas tecnologías. Si tiene éxito, un próximo paso potencial sería una misión que agregue la capacidad de recolectar imágenes en la parte visible del espectro para determinar los colores de las plantas y el área de las hojas. La luz visible puede revelar la cantidad de sol que reciben las plantas y su salud.

Aplicando los datos

La recopilación de imágenes tanto en la banda visible como en la infrarroja ayudará a la industria vitivinícola, por ejemplo. Las uvas utilizadas para el vino necesitan condiciones específicas para florecer. "Los productores normalmente quieren poder imponer estrés a las vides durante ciertas etapas de desarrollo para controlar el crecimiento de la vegetación, que determina la cantidad de azúcar que se desarrolla en las uvas, entre otras cualidades, "Bill Kustas, un científico del Servicio de Investigación Agrícola del USDA en Beltsville, Maryland, dijo.

Bill Kustas y su colega Martha Anderson están liderando un proyecto financiado por la NASA llamado GRAPEX, en colaboración con la bodega E&J Gallo, con el objetivo de integrar la información de la teledetección térmica en las herramientas de toma de decisiones de riego para viñedos. "Es un gran desafío regar las uvas de vinificación para alcanzar los objetivos que los productores quieren lograr, "Dijo Anderson.

En una escala más amplia, los productores de cultivos en todo California deben poder informar sobre su uso de agua para cumplir con la Ley de Manejo Sustentable de Aguas Subterráneas (SGMA) del Estado de California, que tiene como objetivo ayudar al estado a utilizar y conservar de manera más eficiente los reservorios de agua subterránea que lo abastecen de agua dulce. "Los productores ven la información de evapotranspiración de detección remota como valiosa para cumplir con SGMA porque pueden usar la detección remota para estimar la cantidad de agua que están usando en lugar de intentar extraer esta información de sus registros de riego, "Dijo Anderson.

Probando la tecnología

CIRiS recolecta energía infrarroja y usa un "plano focal" para convertir esa energía en una señal eléctrica, similar a cómo una cámara digital convierte la energía de la luz visible en una señal eléctrica. Muchos planos focales para la detección infrarroja requieren operación a temperaturas criogénicas, y por lo tanto debe incorporar un refrigerador criogénico para establecer esas temperaturas, Dijo Osterman. El equipo decidió utilizar un tipo diferente de plano focal que funciona sin crioenfriamiento para disminuir el tamaño del sensor.

Aunque el plano focal de CIRiS no tiene el mismo nivel de sensibilidad que un plano focal más grande con un refrigerador criogénico, espera compensar cualquier deficiencia con capacidades sólidas para procesar los datos. "Estamos intentando sustituir el rendimiento del software por el rendimiento del hardware, ", Dijo Osterman. El aspecto del software, o procesamiento de datos, se inicia en la nave espacial y luego continúa después de que los datos se transfieren a tierra.

Los datos recopilados por CIRiS se pueden comparar con imágenes de otros sensores térmicos de la NASA actualmente en el espacio, como el Experimento del radiómetro térmico espacial ECOsystem en la estación espacial (ECOSTRESS). Colectivamente, Los instrumentos de investigación de la NASA como CIRiS y ECOSTRESS ayudan a identificar las características óptimas de los sensores que se pueden convertir en programas de monitoreo a largo plazo. Anderson dijo.

Si el CubeSat logra demostrar que puede operar en el espacio, Osterman espera ver una pequeña constelación de instrumentos similares a CIRiS orbitando la Tierra. Múltiples CubeSats en órbita nos permitirían medir los cambios en la evapotranspiración y otros fenómenos potencialmente tan a menudo como todos los días.

"Ha sido realmente emocionante ver cómo los pequeños instrumentos y las naves espaciales pueden contribuir a nuestra comprensión de la Tierra y, finalmente, de la Luna, "Dijo Osterman.