Informe de Avance sobre el Magnetic Mapping Payload y el Experimento GOLPE del SAC-C

con la contribución de

Tom Yunck, George Hajj (JPL), John LaBrecque (NASAS HQ)

Michael Purucker (GSFC), Carol Raymond (JPL)

A. GOLPE: Experimento de Reflexión Pasiva y Ocultamiento con el GPS:

Durante el último año el GOLPE efectuó un progreso considerable:

1. Experimento de Navegación Autónoma: Según lo esbozado en el folleto informativo sobre la Constelación Matutina (AM constellation) de LaBrecque, Ungar y Colomb, (1998-agregado) hemos iniciado la Fase 1 del experimento de vuelo en formación, también conocido como experimento de navegación autónoma. El software de navegación en tiempo real ha sido “subido” (transmitido al satélite) al BlackJack y su ensayo está en camino de concretarse con un conjunto de datos de rastreo de una semana en tiempo real. Pensamos que será necesario cierto ajuste en el software. Una vez comprobado el funcionamiento satisfactorio del software para determinación de la órbita esperamos “subir” el código de navegación para el planeamiento de maniobras en el marco temporal del mes de septiembre. La NASA ha establecido una transmisión global de la señal del GPS en tiempo real conjuntamente con John Deere para proveer navegación aérea y terrestre en tiempo real de 10-20 cm. Esperamos que la utilización de un posicionamiento dinámico reducido a bordo del vehículo podría proveer un posicionamiento al nivel de centímetros y una precisión temporal de nanosegundos. Esto permitiría el desplazamiento de los satélites en formación tal como los SAR biestáticos.

2. Reflexión de las señales del GPS: La antena para la reflexión de las señales a bordo del SAC-C es de ganancia muy marginal; sin embargo, continúan los experimentos para la búsqueda de señales de reflexión. Se cree que con un tiempo de integración suficientemente largo se observará una señal de reflexión. Tom Meehan espera tener un nuevo software de reflexión listo para ser ensayado en unas semanas. El SAC-C y el CHAMP, ambos, han observado reflexiones de GPS de ángulos rasantes mediante las antenas para sondear el limbo. Las reflexiones de ángulos rasantes no provocan un cambio de polarización. Las reflexiones en ángulos grandes sí inducen cambios de polarización y se observarán mediante la antena que apunta al nadir. Un trabajo sobre la primera observación de reflexiones de GPS de gran ángulo fue presentado por Lowe, S.T., J.L. LaBrecque, C. Zuffada, L.J. Romans, L. Young y G.A. Hajj, 2002 “First Spaceborne Observation of an Earth-Reflected GPS Signal” (Radio Science, Vol. 37, no. 1, pág. 1-28). Esperamos un rédito científico de significación de la medición operativa de reflexiones GPS en las áreas de tomografía ionosférica y atmosférica, vientos de superficie del mar, altimetría y posiblemente salinidad y humedad del suelo. La técnica requiere ganancias de antena de por lo menos 15-24 dB. La antena del SAC-C es de 6 dB. Las discusiones sobre la inclusión de un BlackJack y de antenas de mayor ganancia para reflexiones y sondeo de limbo en Aquarius deben continuarse como una prosecución de las posibilidades del SAC-C.

Sondeo GPS del limbo: Se presentó al JGR-Atmosphere un trabajo en el que se informaba importantes nuevos resultados técnicos y científicos de los experimentos de ocultamiento con GPS en el CHAMP y el SAC-C. Dichos resultados incluyen:

--60% de todos los perfiles alcanzan el fondo de 0,5 km de la atmósfera, número que pronto debería alcanzar el 90% o más –con encriptación GPS (anti-spoofing) de GPS conectada

--Demostración clara de una precisión de perfil simple de 0,5 km entre 5 y 20 km

--Demostración clara de una relación precisión/estabilidad en perfil promediado cercano a 0,05 K

--Detección de la parte superior de la capa límite planetaria con una precisión de aproximadamente 100m

-- Detección, resolución y cartografía de la tropopausa comparables.

--Demostración de errores significativos en los análisis de tiempo meteorológico vigentes en regiones de gradientes atmosféricos marcados

--Exactitud en altura de geopotencial <10 m –quizás aproximándose a 2 m

No existen otras mediciones desde el espacio que se aproximen a estos niveles de precisión. Estudios anteriores predecían una precisión promediada de ~0,1K en temperatura (10 veces superior que cualquier valor disponible), pero ahora 0,05 K o superior parece alcanzable. Se trata de algo revolucionario desde el punto de vista de la detección climática. Podremos ver señales de clima reales dentro de unos pocos años – dentro del alcance de la vida útil de una sola misión ESSP. Estos resultados se obtienen con un sistema:

--que se puede auto-calibrar y es absoluto para todos los instrumentos y todos los tiempos

--para todo tiempo meteorológico

--casi instantáneamente global (con una constelación pequeña)

--de bajo costo

Los productos de datos del GOLPE, niveles 0-2, se pueden obtener a través del sistema de datos GENESIS de la NASA http:www-genesis.jpl.nasa.gov/html/index.html con tan sólo una demora de algunos días y tienen acceso a ellos continuamente varias decenas de grupos de investigación del mundo. Está comenzando a aparecer un número bastante interesante de trabajos.

El SAC-C es el único satélite distinto del GRACE equipado con antenas para sondeo de limbo continuado. El software para activar esta aptitud se encuentra en desarrollo. Esperamos que esté habilitada en el SAC-C para el año 2003.

La razón de ser del SAC-C: Constituye un valiosísimo y sin precedentes banco de pruebas para la teleobservación satelital con GPS. Ningún instrumento con GPS en vuelo ha permitido, hasta la fecha, un acceso tan carente de trabas y con tanta libertad para experimentar con nuevas configuraciones y técnicas ni entregado una información de respuesta tan inmediata. Es una herramienta indispensable e inapreciable para el desarrollo. El rendimiento y la versatilidad del experimento GOLPE del SAC-C habrá de ahorrar enormes sumas si se lo compara con el desarrollo en un ambiente de proyecto más restringido. En ese sentido habrá de devolver su costo muchas veces incrementado. Todos nuestros nuevos datos transmitidos y cargados en la memoria de los satélites (uploads) son probados en el SAC-C antes de ser enviados al CHAMP o al GRACE, proporcionando así la última y decisiva seguridad de la misión. Junto con el CHAMP, el SAC-C ya ha dado claras pruebas de una incomparable exactitud de medición que no se podría haber mostrado de ninguna otra manera. No podríamos haber esperado una herramienta más cercana al ideal para el desarrollo, y podemos esperar que muy pronto un nuevo tipo de ciencia emerja de ella también. (Thomas Yunck es el punto de contacto para el GOLPE -typ@mail2.jpl.nasa.gov).

B. El Magnetic Mapping Payload-el Magnetómetro Escalar de Helio (SHM):

La pérdida del sensor estelar y, en consecuencia, la información sobre actitud en el MMP causó una considerable dificultad en el análisis del conjunto de datos. Aún estamos resolviendo la exactitud de las mediciones provenientes del Magnetómetro Escalar de Helio que serán críticas para la interpretación de los conjuntos de datos para la ciencia de la Tierra sólida. Las aplicaciones en física espacial pueden continuar utilizando tanto las mediciones con magnetómetros de tipo “fluxgate” y las del SHM con una mínima preocupación por los problemas de calibración.

Comparaciones recientes entre los encuentros cercanos del SAC-C y el Oersted indican que es probable que el SHM haya logrado una precisión superior a los 2,5 nT, siendo 1 nT el objetivo de la calibración del SHM. Se realizó una comparación entre los magnetómetros vectorial y escalar del SAC-C y el magnetómetro escalar del Oersted durante la aproximación cercana de ambos satélites en diciembre de 2001. La figura que muestra los resultados aparece más abajo. La corrección para el Magnetómetro Escalar de Helio (que consiste en los campos de ambos satélites y en todas las anisotropías de los magnetómetros) varía entre +2,5 nT a 60 grados de latitud Sur y +1 nT a 60 grados de latitud Norte. Este conjunto de datos de calibración fue ensamblado a partir de 17 pasadas del 28 y 29 de diciembre cuando el Oersted y el SAC-C se encontraban en la misma órbita y a unos pocos minutos uno del otro. Estos resultados, y, es de esperar, una calibración similar proveniente de las aproximaciones diurnas, se presentarán en el taller de modelado de campo que tendrá lugar inmediatamente después de la reunión OIST-4. Los detalles sobre este taller se encuentran en www.dsri.dk/Oestedt/Meetings/ La NASA ha otorgado una elevada prioridad a la estimación de la calibración del SHM y ha asignado suficiente financiamiento tanto en el JPL como en el GSFC para completar este análisis.

ILUSTRACIÓN

En el número del EOS del 20 de agosto aparece un artículo titulado “Highlights from AGU's virtual session on new magnetic field satellites.¨ Dicho artículo se encuentra en www.dsri.dk/multimagsatellites/eos_article.html y aparecerá en la sección ‘About AGU’ de EOS, porque AGU está tratando de lograr que otros de sus miembros prueben el enfoque de esta reunión. Nosotros contamos ocho menciones del SAC-C en el artículo. En la sesión virtual se puso a disposición de los participantes un conjunto de quince días de datos del SAC-C. Dicha sesión incluyó una significativa contribución argentina de Ghidella (Instituto Antártico Argentino), Kohn y Gianibelli (Universidad Nacional de La Plata). Se titula ‘Low-altitude magnetic anomaly complation in Argentina and its comparison with satellite data.’ Las presentaciones se encuentran en www.dsri.dk/multimagsatellites. También hemos incluido un CD con los resultados de una sesión virtual en la Reunión de la Unión Geofísica Americana, primavera de 2002, en la cual en varios trabajos se utilizaron datos de los satélites para estudios del campo magnético, SAC-C, Oersted y CHAMP. Se pueden obtener copias adicionales del CD solicitándolas a Michael Purucker. Michael Purucker (purucker@geomag.gsfc.nasa.gov) y Carol Raymond (Carol.A.Raymond@jpl.nasa.gov) son los puntos de contacto para el componente MMP de la NASA a bordo del SAC-C.

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