Desde instrumentos de radar más pequeños que una caja de zapatos hasta radiómetros del tamaño de un cartón de leche, hoy en día los científicos tienen a su disposición más herramientas que nunca para observar sistemas terrestres complejos. Pero esta abundancia de sensores disponibles crea su propio desafío único:¿cómo pueden los investigadores organizar estos diversos instrumentos de la manera más eficiente para campañas de campo y misiones científicas?

Para ayudar a los investigadores a maximizar el valor de las misiones científicas, Bart Forman, profesor asociado de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de Maryland, y un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología Stevens y el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA crearon un prototipo de un experimento de simulación de un sistema de observación. (OSSE) por diseñar misiones científicas dedicadas a monitorear el almacenamiento de agua dulce terrestre.

"Hay diferentes tipos de sensores. Hay radares, radiómetros, lidars; cada uno mide diferentes componentes del espectro electromagnético", dijo Bart Forman, profesor asociado de Ingeniería Civil y Ambiental de la Universidad de Maryland. "Diferentes observaciones tienen diferentes puntos fuertes."

El almacenamiento terrestre de agua dulce describe la suma integrada de agua dulce esparcida por la nieve de la Tierra, la humedad del suelo, la cubierta vegetal, los embalses de agua superficial y el agua subterránea. Es un sistema dinámico, que desafía los sistemas tradicionales y estáticos de observación científica.

El proyecto de Forman se basa en avances tecnológicos anteriores que logró durante un proyecto anterior de la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra (ESTO), en el que desarrolló un experimento de simulación de un sistema de observación para mapear la nieve terrestre.

También depende en gran medida de las innovaciones iniciadas por el Sistema de Información Terrestre (LIS) de la NASA y la Herramienta de Análisis del Espacio Comercial para el Diseño de Constelaciones (TAT-C) de la NASA, dos herramientas de modelado que comenzaron como inversiones de ESTO y rápidamente se convirtieron en elementos básicos dentro de la comunidad de ciencias de la Tierra. /P>

La herramienta de Forman incorpora estos programas de modelado en un nuevo sistema que proporciona a los investigadores una plataforma personalizable para planificar misiones de observación dinámicas que incluyen una colección diversa de conjuntos de datos espaciales.

Además, la herramienta de Forman también incluye una herramienta de estimación de costos de "dólares para la ciencia" que permite a los investigadores evaluar los riesgos financieros asociados con una misión propuesta.

Juntas, todas estas características brindan a los científicos la capacidad de vincular observaciones, asimilación de datos, estimación de incertidumbre y modelos físicos dentro de un marco único e integrado.

"Estábamos tomando un modelo de superficie terrestre y tratando de fusionarlo con diferentes mediciones espaciales de nieve, humedad del suelo y agua subterránea para ver si había una combinación óptima que nos diera el máximo rendimiento a nuestra inversión científica", explicó Forman.

Si bien la herramienta de Forman no es el primer sistema de información dedicado al diseño de misiones científicas, sí incluye una serie de características novedosas. En particular, su capacidad para integrar observaciones de radiómetros ópticos pasivos espaciales, radiómetros de microondas pasivos y fuentes de radar marca un avance tecnológico significativo.

Forman explicó que si bien estas observaciones indirectas de agua dulce incluyen información valiosa para cuantificar el agua dulce, también contienen cada una sus propias características de error únicas que deben integrarse cuidadosamente con un modelo de superficie terrestre para proporcionar estimaciones de las variables geofísicas que más interesan a los científicos. /P>

El software de Forman también combina LIS y TAT-C dentro de un único marco de software, ampliando las capacidades de ambos sistemas para crear descripciones superiores de la hidrología terrestre global.

De hecho, Forman destacó la importancia de contar con un equipo grande y diverso que incluya expertos de todas las comunidades de modelado y ciencias de la Tierra.

"Es bueno ser parte de un gran equipo porque estos son problemas grandes y yo mismo no sé las respuestas. Necesito encontrar mucha gente que sepa mucho más que yo y lograr que se involucren. y arremangarse y ayudarnos, y lo hicieron", afirmó Forman.

Después de haber creado un experimento de simulación de un sistema de observación capaz de incorporar observaciones dinámicas basadas en el espacio en modelos de planificación de misiones, Forman y su equipo esperan que los futuros investigadores aprovechen su trabajo para crear un programa de modelado de misiones aún mejor.

Por ejemplo, mientras Forman y su equipo se centraban en generar planes de misión para sensores existentes, una versión ampliada de su software podría ayudar a los investigadores a determinar cómo podrían utilizar sensores futuros para recopilar nuevos datos.

"Con el tipo de cosas que TAT-C puede hacer, podemos crear sensores hipotéticos. ¿Qué pasaría si duplicamos el ancho de la franja? Si pudiera ver el doble de espacio, ¿eso nos daría más información? Simultáneamente, podemos hacer preguntas sobre el impacto de diferentes características de error para cada uno de estos sensores hipotéticos y explorar el equilibrio correspondiente", dijo Forman.

Proporcionado por la NASA