• El proyecto, liderado por el CSIC, ha usado señales por satélite para obtener imágenes precisas del nivel del mar y de la velocidad de las corrientes marinas en Mallorca

Figura: Prueba de configuración de la campaña (ESA)

Esporles, 13 de septiembre de 2021. La instalación de una estación receptora experimental de navegación por satélite en lo alto de la isla de Mallorca permite captar estas señales desde el horizonte lejano a medida que rebotan en las olas del océano, pudiendo así los receptores medir la altura de la superficie del mar en una escala de centímetros.

"Instalamos un par de receptores de navegación por satélite en una orientación casi horizontal, 1400 m sobre el nivel del mar en la cima más alta de Mallorca, a 4 km de la costa", comenta Estel Cardellach del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña. “Nuestro objetivo era recibir señales de Galileo, GPS y otros sistemas globales de navegación por satélite (GNSS) de una manera que no es posible utilizando receptores comerciales estándar. Recogemos señales de navegación por satélite que se han reflejado en la superficie del mar en geometrías muy inclinadas, casi horizontales, y luego usamos estos resultados para derivar la altura y la forma de la superficie del mar ".

Foto: Izq: Depositando la Boya de localización en el mar; Dcha: Boya de localización ya depositada (ESA)

“La idea básica detrás de la 'reflectometría' GNSS no es nueva”, explica el ingeniero de microondas de la ESA Manuel Martín-Neira, quien ideó la técnica por primera vez a principios de la década de 1990. El concepto surgió de la práctica bien establecida de la altimetría de radar, donde los pulsos de radar se rebotan desde los satélites en órbita para medir los contornos precisos de la superficie de la Tierra. El par Copernicus Sentinel-3 son los últimos contribuyentes a un conjunto de datos de altimetría global que se remonta a tres décadas atrás. Manuel tuvo la idea de que las señales de navegación por satélite que caen continuamente sobre la Tierra desde múltiples constelaciones de satélites GNSS podrían utilizarse de manera comparable: comparar las señales de navegación por satélite originales y reflejadas podría arrojar altitud junto con información ambiental adicional. Desde entonces, múltiples misiones espaciales han probado el método. “La reflectometría GNSS estándar funciona como altimetría de radar, con satélites orbitales que reciben señales reflejadas desde abajo, en una orientación casi vertical. En cambio, esta campaña de prueba ha empleado una geometría inclinada, haciendo uso de señales reflejadas en ángulos poco profundos de los satélites GNSS en el horizonte lejano. ¿Por qué hacer esto? Porque mientras que una geometría vertical da una superficie de mar muy agitada, en geometrías poco profundas el mar se parece más a un espejo; piense en la forma en que las persianas venecianas pueden parecer abiertas o cerradas según cómo las mire. Esta suavidad de la superficie significa que las señales reflejadas siguen siendo más coherentes a su vez, lo que potencialmente nos permite obtener mediciones de distancia de mucha mayor precisión”, añade Manuel. Este enfoque surge de un método tradicional de navegación por satélite para aumentar la precisión: en lugar de procesar los códigos pseudoaleatorios incrustados en las señales de navegación por satélite, el llamado procesamiento de 'fase de portadora' utiliza las propias señales de navegación por satélite de frecuencia mucho más alta, aumentando potencialmente la precisión resultante de una escala de varios metros hasta centímetros, aunque en la práctica todavía es necesario tener en cuenta los efectos atmosféricos.

Estel añade: “Nuestra campaña de prueba fue apoyada a través de la Open Space Innovation Platform de la ESA para ayudar a prepararnos para una nueva pequeña misión de reflectometría llamada PRETTY (Passive REflecTome Try y dosimetry), que utilizará la misma geometría inclinada en órbita. Este CubeSat en miniatura de la ESA está siendo desarrollado por RUAG en Austria y la Universidad de Graz”.

Los resultados de las pruebas de reflectometría se compararán con los datos altimétricos de Sentinel-3 de las áreas de prueba en alta mar, junto con una boya oceanográfica desplegada especialmente para proporcionar resultados de "verdad sobre el terreno".

El Instituto de Estudios Espaciales del Instituto de Ciencias Espaciales de Cataluña (IEEC / ICE-CSIC) lideró la campaña, con el IMEDEA (CSIC-UIB) y el Sistema de Previsión y Observación Costera de las Islas Baleares (SOCIB) trabajando en el despliegue de boyas, recuperación de datos, archivo, difusión y análisis. El Centro Aeroespacial Alemán Institute for Solar-Terrestrial Physics (DLR-SO) supervisa el análisis de la interferencia troposférica e ionosférica.

La estación receptora se instaló dentro de la zona militar del 7º Escuadrón de Vigilancia Aérea del Ejército del Aire español, que también proporcionó energía eléctrica y apoyo logístico.

Foto: Receptor de satélite en la isla de Mallorca (ESA)

“Nuestra campaña de prueba ha terminado, y se desarrolló de abril a julio”, comenta Estel. “La razón principal por la que no estamos observando durante más tiempo es simplemente la gran cantidad de datos sin procesar recopilados por nuestros receptores: 320 MB por segundo, lo que suma más de un terabyte por hora. Si bien nuestras indicaciones preliminares parecen prometedoras, todavía nos llevará varios meses procesar correctamente este gigantesco conjunto de datos ".

La prueba ya ha tenido un resultado significativo, explica Manuel: “El objetivo principal de esta campaña era probar cómo procesar los datos de la misión PRETTY. Mientras lo hacíamos, utilizando frecuencias de navegación por satélite duales, nos dimos cuenta de que la longitud de onda más larga L5 proporciona una mayor coherencia en comparación con L1. Así que hemos propuesto cambiar la frecuencia de trabajo del PRETTY monofrecuencia de L1 a L5. Dicho cambio, sujeto a la aprobación técnica final, debería mejorar en gran medida el desempeño de la misión ". PRETTY está programado para lanzarse en la segunda mitad de 2022.