El centinela que vela por la Tierra: Sentinel-1A

Su despegue el pasado 3 de abril desde Kourou, en la Guayana Francesa, fue perfecto, pero poco después de que el lanzador inyectara al nuevo satélite Sentinel-1A cerca de su órbita, saltaron las alarmas. Al introducir sus coordenadas en la base de datos de basura espacial, las pantallas anunciaron que el viejo satélite Acrimsat de la NASA iba a pasar a tan solo 20 metros de la nave. 

“Fue un tema serio y la primera vez que pasa algo así en el espacio”, explica el ingeniero español Ramón Torres (Zaragoza, 1960), jefe del proyecto Sentinel-1, desde el centro ESTEC de la Agencia Espacial Europea (ESA) en Holanda. 

Afortunadamente la pericia de los técnicos permitió efectuar una maniobra de adelantamiento por debajo de Acrimsat y alejar a Sentinel-1A del peligro. En los días siguientes fue recuperando órbita y ya se aproxima a su altitud definitiva, 693 kilómetros, donde operará a lo largo de los próximos siete años. La nave pasa cada 100 minutos por los dos polos y da 175 vueltas alrededor de toda la Tierra durante un ciclo de 12 días. 

Este Sentinel (centinela, en inglés) es el primero de una serie de satélites del programa Copernicus de monitorización de la Tierra promovido por la Comisión Europea y la ESA. Sus datos servirán para gestionar el tráfico marítimo, identificar cultivos, detectar movimientos de tierras y vigilar masas de hielo. 

El principal y único instrumento del satélite es un avanzado radar de apertura sintética, compuesto por una antena exterior de 12 metros –que transmite y recibe pulsos de frecuencia de microondas– y una electrónica asociada. Opera día y noche, y sus imágenes no se ven afectadas en ningún momento por la presencia de nubes o cualquier otro fenómeno meteorológico. 

Para navegantes, agricultores, esquiadores y constructores 

“Actualmente estamos en una fase de calibrado de los sistemas que durará tres meses, pero luego el radar ofrecerá sus datos de forma continua y sistemática para ponerlos a disposición de navegantes, agricultores, esquiadores, constructores, administraciones o cualquier otro colectivo que los necesite”, destaca Torres, quien explica los cuatro modos de funcionamiento que tiene Sentinel 1. 

El modo habitual, cuando sobrevuela tierra firme y las áreas marinas próximas a la costa por donde discurren la mayoría de las rutas marítimas, es el denominado ‘interferometric wide swath’. Se registran franjas de terreno de 250 km de ancho con una resolución de 20×5 m. 

De esta forma ya se ha detectado, mediante tonos rojizos y azulados, la distinta velocidad a la que avanzan algunos glaciares en la Antártida o en las islas noruegas de Svalbard, en el Ártico. “Las imágenes radar son en blanco y negro, pero se pueden colorear de acuerdo a los cuatro parámetros o dimensiones en que se reciben, lo que ofrece información valiosa”, aclara Torres.

A la izquierda, imagen en falso color de Austfonna, la capa de hielo más grande de las islas noruegas Svalbard. Las mediciones del satélite Sentinel-1A de la ESA en abril de 2014 revelan que el movimiento del hielo hacia el océano se está acelerando y fluye diez veces más rápidamente que lo que indicaban datos anteriores. En el cuadro de la derecha, los colores indican las velocidades de este flujo, de más lento (azul oscuro) a más rápido (rojo). / ESA

El último desbordamiento del río Zambeze, en Namibia, también se ha captado con esta modalidad, y la calidad de los datos da una idea de las posibilidades del satélite a la hora de gestionar este tipo de desastres. Por ejemplo, en las recientes inundaciones en Reino Unido, las imágenes tardaron 30 horas en procesarse y estar disponibles, pero se espera que con los nuevos Sentinel lleguen casi en tiempo real y con una resolución vertical del orden de milímetros, lo que permitirá predecir con rapidez la evolución de las aguas. 

El segundo modo se llama ‘wave mode’ (modo olas) y se activa cuando la nave sobrevuela el océano abierto. En este caso se toman muestras puntuales de 20×20 km, que  permiten deducir el tamaño y la dirección del oleaje, y, en consecuencia, la velocidad de los vientos y las corrientes. Esta información se puede introducir en los modelos climáticos y de predicción del tiempo. En casos concretos también se puede cambiar de modalidad en el mar, para observar actividades concretas con más detalle, como los vertidos de las plataformas petrolíferas frente a las costas de Noruega. 

Izquierda: Adquisición de Sentinel-1A en Wave Mode sobre el Pacífico. Las 42 pequeñas imágenes se indican en forma de puntos. A la derecha, una de estas imágenes. La rugosidad en la superficie marina se debe a la propagación de las olas. / ESA

Misión especial: terremotos 

El modo ‘strip map’ es el que mayor resolución consigue (5×5 m) y registra bandas de superficie con una anchura de 80 km. Es el ideal para captar los movimientos de tierra asociados a catástrofes naturales, como los terremotos. 

Torres recuerda que Sentinel-1 es el componente de Copernicus con la tarea específica de asistir a emergencias como esta, para analizar sus consecuencias en edificios, carreteras, aeropuertos y otras infraestructuras. En cualquier caso la gran calidad de las imágenes permite distinguir los detalles de grandes áreas urbanas, como Bruselas, o los cambios que se producen en los campos, como los registrados en el valle del Ebro.

Primera imagen de España tomada por Sentinel. Se trata del valle del Ebro, con el modo strip map. La coloración artificial se usa para resaltar los diferentes tipos de terreno y cultivos. / ESA

Por último, el ‘extra wide swath’ (EW) es un modo de resolución media (20×40 m) que cubre franjas de 400 km en los hielos de las zonas polares; sobre todo del hemisferio norte, para dar apoyo al servicio canadiense de Radarsat2, uno de los pocos instrumentos parecidos al europeo.

“La NASA no tiene satélites civiles de apertura sintética, salvo alguno militar, que toma imágenes de muy alta resolución de objetivos de pocos kilómetros”, aclara el ingeniero europeo.

Con el modo EW, por ejemplo, se han tomado datos de las costas heladas que rodean Groenlandia, una información muy útil para establecer rutas de navegación actualizadas.

Las imágenes de Sentinel informan a los navegantes de la situción de los hielos en las costas de Groenlandia -en modo EW en este caso- u cualquier otra zona de las regiones polares, lo que ayuda a actualizar las cartas de navegación. / ESA

Todos los datos de Sentinel se recibirán en cuatro estaciones terrestres: la española de Maspalomas, en Canarias, la noruega de Svalbard, la italiana de Matera y una que se está construyendo en el norte de Canadá. Además el satélite también dispone de un terminal láser que le permitirá comunicarse con otros centinelas dentro del futuro proyecto European Data Relay System (EDRS). 

Un vigilante que es abastecido en España 

La información recogida se centralizará en el Centro de Observación de la Tierra que tiene la ESA cerca de Roma. “Los datos en bruto son totalmente gratuitos –destaca el jefe del proyecto– pero la idea es que las empresas puedan desarrollar con ellos productos de valor añadido para el usuario final, lo que puede generar bastante negocio”. 

Un consorcio de más de 60 compañías de 13 países ha participado en el desarrollo del primer centinela, liderado por Thales Alenia Space Italia y Airbus DS (Alemania y Reino Unido).

Las delegaciones en España de ambas compañías también han participado activamente. Thales Alenia Space España ha suministrado los dispositivos de transmisión de datos en banda X, que también irán en los Sentinel 2 y 3. “Es el sistema más eficiente que ha volado nunca en banda X, duplicando la capacidad de sistemas pasados (se consiguen cifras de 520 Megabit/s efectivos)”, destaca Torres. Esta empresa también ha desarrollado electrónica asociada al despliegue de la antena del radar.

Por su parte, Airbus DS España ha contribuido con el control térmico del satélite, algo esencial para protegerlo de la radiación solar y asegurar el margen de entre -10º y +40 ºC al que operan los sistemas electrónicos (cuando fuera la temperatura oscila entre -110 y +120 ºC). Esto se consigue mediante un sistema de mantas térmicas, radiadores, sensores, calentadores y otros dispositivos. La compañía también es responsable de algunos componentes de Sentinel-2 y en Sentinel-3 es la contratista principal del radiómetro de microondas, uno de los cuatro instrumentos principales de esa misión.

Otras empresas españolas que participan en el proyecto son GMV España, que ofrece análisis de ‘determinación de órbita precisa’ a los usuarios; Rymsa Espacio, que se ha ocupado del cableado de la plataforma del satélite; Elecnor Deimos España-Portugal, que ha desarrollado sistemas de procesado y el equipo de calibración de tierra; así como diversas aportaciones de Iberespacio, Indra, Mier Comunicaciones y Alter Technology.

“A pesar de los recortes dramáticos que ha habido en los gastos espaciales, y sobre todo en este programa en concreto, la contribución de España a los satélites Sentinel está siendo fundamental”, reflexiona Torres. 

Tras siete años de trabajo, el papel de Torres en Sentinel-1A prácticamente acaba con su calibrado en el espacio. Ahora ya está metido de lleno en la finalización del 1B, cuyo lanzamiento está previsto a principios de 2016, así como en la preparación de los contratos de los futuros C y D de la familia Sentinel-1. 

Mientras tanto, el primer centinela vigilará y registrará los cambios que se vayan produciendo en toda la Tierra, incluyendo los alrededores de Pedrola, el pueblo zaragozano que vio crecer al ingeniero español.

_______________________________________________________________________

La familia Sentinel 

Sentinel-1A solo es el primero de la legión de centinelas que se lanzarán en los próximos años dentro del programa Copernicus. El desarrollo de los dos primeros modelos de cada Sentinel se ha financiado con un presupuesto mixto de 6.000 millones de euros, al 50% por la Comisión Europea y la Agencia Espacial Europea (ESA). Los siguientes correrán a cargo de la Comisión. 

Sentinel-1. El satélite A tendrá un hermano gemelo B, que tiene previsto su lanzamiento a principios de 2016. Juntos ofrecerán imágenes de cualquier punto de la Tierra cada seis días, y hasta dos días en latitudes más altas. El coste del A ha rondado los 280 millones de euros, pero el segundo valdrá la mitad al no tener los gastos de desarrollo y calificación asociados al primero. 

Sentinel-2. Misión también en órbita polar pero multiespectral de alta resolución, diseñada para monitorizar la superficie terrestre analizando la cubierta vegetal, los usos del terreno y de las aguas, los cauces navegables y las zonas costeras. Tomará datos para los servicios de emergencias. El lanzamiento del A está previsto para el año que viene, y dos años más tarde el del B. 

Sentinel-3. Transportarán instrumentos para medir la elevación, la temperatura y el color de la tierra y de los océanos con gran precisión y fiabilidad. Esta misión contribuirá a los servicios de pronóstico marítimo y la monitorización del clima y del medio ambiente.  En 2015 despegará el A y 18 meses después el B. 

Sentinel-4. Cada uno de ellos se embarcará en los sucesivos satélites Meteosat de tercera generación que se lancen a partir de 2017. Ayudarán a monitorizar la atmósfera desde una órbita estacionaria a 36.500 km de altura. 

Sentinel-5P o Precursor. Un único satélite concebido para cubrir la discontinuidad entre la misión Envisat y  el futuro Sentinel-5, cuyo diseño se verificará con este precursor. Su lanzamiento está previsto para el año 2015. 

Sentinel-5. Serán tres cargas útiles que supervisarán la atmósfera desde una órbita polar –entre 700 u 800 km de altura– a bordo del correspondiente trío de satélites MetOp de segunda Generación. Operarán a partir de 2020. 

Sentinel-6 o Jason CS. Todavía está en fase de definición. Se propondrá su desarrollo –junto al de Sentinel 5– en el consejo de ministros de la ESA a finales de este año. Incorporará un altímetro radar para medir la altura de la superficie del mar a escala global, y sus datos se destinarán a los ámbitos de la oceanografía operacional y los estudios climáticos. 

Cuando cada Sentinel haya cumplido con su misión y finalice su vida útil, está programado que todas las naves se desintegren de forma controlada en la atmósfera. Así no perdurarán como basura espacial y se evitará un incidente como el que sufrió el primer centinela poco después de su lanzamiento.