Satélite da Nasa fará pesquisa global de águas diretamente do espaço

Foto: Nasa

A missão SWOT medirá a altura dos oceanos, rios e lagos do mundo, ajudando os cientistas a medir como os corpos de água doce e salgada mudam com o tempo.

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A missão SWOT medirá a altura dos oceanos, rios e lagos do mundo, ajudando os cientistas a medir como os corpos de água doce e salgada mudam com o tempo.

Com lançamento previsto para esta quinta-feira, 15 de dezembro, o satélite Surface Water and Ocean Topography ( SWOT ) promete fornecer uma contabilidade extraordinária da água em grande parte da superfície da Terra. Suas medições de água doce e do oceano ajudarão os pesquisadores a abordar algumas das questões climáticas mais prementes de nosso tempo e ajudar as comunidades a se prepararem para um mundo em aquecimento. Tornar isso possível é um instrumento científico chamado Ka-band Radar Interferometer (KaRIn).

Após anos de desenvolvimento, o instrumento foi projetado para capturar medições muito precisas da altura da água nos corpos de água doce da Terra e no oceano. KarIn medirá a altura da água no oceano, “vendo” características como correntes e redemoinhos com menos de 20 quilômetros de diâmetro – até 10 vezes menores do que aqueles detectáveis ​​com outros satélites do nível do mar. Ele também coletará dados sobre lagos e reservatórios com mais de 15 acres (62.500 metros quadrados) e rios com mais de 330 pés (100 metros) de diâmetro.

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“Para a água doce, este será um salto quântico em termos de nosso conhecimento”, disse Daniel Esteban-Fernandez, gerente de instrumentos KaRIn no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia. Por exemplo, os pesquisadores atualmente têm bons dados sobre apenas alguns milhares de lagos ao redor do mundo; O SWOT aumentará esse número para pelo menos um milhão.

O instrumento de ponta KaRIn está no centro desta missão internacional, a mais recente de uma colaboração de longa data entre a NASA e a agência espacial francesa Centre National d'Études Spatiales (CNES), com contribuições da Agência Espacial Canadense (CSA) e do Agência Espacial do Reino Unido.

Foto: NASA/JPL-Caltech

O mais recente satélite internacional de água

Até agora, os pesquisadores que procuravam estudar um corpo de água dependiam de instrumentos que medem em locais específicos – como medidores em rios ou oceanos – ou que são baseados no espaço, coletando dados ao longo de “faixas” estreitas da Terra que podem ser vistas da órbita. Os pesquisadores então precisam extrapolar se quiserem uma ideia mais ampla do que está acontecendo em um corpo d'água.

Karin é diferente. O instrumento de radar usa a frequência da banda Ka na extremidade de micro-ondas do espectro eletromagnético para penetrar na cobertura de nuvens e na escuridão da noite. Como resultado, ele pode fazer medições independentemente do clima ou da hora do dia. A configuração do instrumento consiste em uma antena em cada extremidade de uma lança de 33 pés (10 metros) de comprimento. Ao refletir os pulsos do radar na superfície da água e receber o sinal de retorno com ambas as antenas, o KaRIn coletará dados ao longo de uma faixa de 30 milhas (50 quilômetros) de largura em ambos os lados do satélite. “Com os dados do KaRIn, poderemos realmente ver o que está acontecendo, em vez de confiar nessas extrapolações”, disse Tamlin Pavelsky, líder de ciência de água doce da NASA para SWOT, com sede na Universidade da Carolina do Norte, Chapel Hill.

As duas antenas KarIn verão o mesmo ponto na Terra de 553 milhas (890 quilômetros) acima. Como as antenas olham para um determinado ponto da Terra a partir de duas direções, os sinais de retorno refletidos de volta ao satélite chegam a cada antena ligeiramente fora de sincronia, ou fase, entre si. Usando essa diferença de fase, a distância entre as duas antenas e o comprimento de onda do radar, os pesquisadores podem calcular a altura da água que o KaRIn está observando.

Tecnologia inovadora

Um instrumento tão notável exigiu muito da equipe que o desenvolveu. Para começar, havia a necessidade de estabilidade. “Você tem duas antenas olhando para o mesmo ponto no chão, mas se suas pegadas não se sobrepuserem, você não verá nada”, disse Esteban-Fernandez. Esse foi um dos muitos desafios técnicos que a missão enfrentou ao criar o KaRIn.

Os engenheiros também precisam saber exatamente como o SWOT está posicionado no espaço para garantir a precisão dos dados do KaRIn. Se os pesquisadores não sabem que a espaçonave está inclinada, por exemplo, eles não podem contabilizar isso em seus cálculos. “Imagine que o boom rola porque a espaçonave se move, então uma antena é ligeiramente mais alta que a outra”, disse Esteban-Fernandez. “Isso distorcerá os resultados – parecerá que toda a sua água está em um declive.” Assim, os engenheiros incluíram um giroscópio de alto desempenho no satélite para explicar as mudanças na posição do SWOT.

Os engenheiros que projetaram o KaRIn também tiveram que lidar com a quantidade de energia do radar transmitida. “Para medir as coisas com precisão centimétrica, você precisa transmitir pulsos de radar de 1,5 quilowatts, o que é uma quantidade enorme de energia para um satélite como este”, disse Esteban-Fernandez. “Para gerar isso, você precisa ter dezenas de milhares de volts operando no satélite.” Os engenheiros precisavam usar designs e materiais específicos para sistemas de alta tensão ao fabricar os componentes eletrônicos para ajudar o satélite a acomodar essas necessidades de alta potência e alta tensão.

A equipe passou anos superando esses e muitos outros desafios para entregar o instrumento KaRIn. Muito em breve, o interferômetro voará pela primeira vez no satélite SWOT e começará a enviar terabytes de dados. “KarIn vai colocar algo na mesa que simplesmente não existia antes”, disse Esteban-Fernandez.

Mais sobre a missão

Programado para ser lançado da Base da Força Espacial de Vandenberg, na Califórnia Central, em 15 de dezembro, o SWOT está sendo desenvolvido em conjunto pela NASA e pelo CNES, com contribuições da CSA e da Agência Espacial do Reino Unido. O JPL, administrado pela NASA pela Caltech em Pasadena, Califórnia, lidera o componente americano do projeto. Para a carga útil do sistema de voo, a NASA está fornecendo o instrumento Ka-band Radar Interferometer (KaRIn), um receptor GPS científico, um retrorrefletor a laser, um radiômetro de microondas de dois feixes e operações de instrumentos da NASA. O CNES está fornecendo o sistema Doppler Orbitography and Radioposition Integrated by Satellite (DORIS), o altímetro Poseidon de dupla frequência (desenvolvido pela Thales Alenia Space), o subsistema de radiofrequência KaRIn (juntamente com a Thales Alenia Space e com o apoio da Agência Espacial do Reino Unido) , a plataforma de satélite e o segmento de controle terrestre. A CSA está fornecendo o conjunto do transmissor de alta potência KaRIn. A NASA está fornecendo o veículo de lançamento e os serviços de lançamento associados.