La misión Plancton, Aerosol, Cloud, Ocean Ecosystem (PACE) tardó solo 13 minutos en alcanzar la órbita terrestre baja desde la Estación de la Fuerza Espacial de Cabo Cañaveral en febrero de 2024. Una red de científicos de la NASA e instituciones de investigación de todo el mundo necesitó más de 20 años para diseñar y probar cuidadosamente los novedosos instrumentos que permiten a PACE estudiar el océano y la atmósfera con una claridad sin precedentes.
A principios de la década de 2000, un equipo de científicos del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, creó un prototipo del instrumento Ocean Radiometer for Carbon Assessment (ORCA), que finalmente se convirtió en la principal herramienta de investigación de PACE: el instrumento Ocean Color (OCI). Luego, en la década de 2010, un equipo de la Universidad de Maryland, condado de Baltimore (UMBC), trabajó con la NASA para crear un prototipo del polarímetro arcoíris hiperangular (HARP), un instrumento del tamaño de una caja de zapatos que recopilará mediciones innovadoras de aerosoles atmosféricos.
Ni OCI de PACE ni HARP2 (una copia casi exacta del prototipo HARP) existirían si no fuera por las primeras inversiones de la NASA en tecnologías novedosas para la observación de la Tierra a través de subvenciones competitivas distribuidas por la Oficina de Tecnología de Ciencias de la Tierra (ESTO) de la agencia. Durante los últimos 25 años, ESTO ha gestionado el desarrollo de más de 1.100 nuevas tecnologías para recopilar mediciones científicas.
“Toda esta inversión en el desarrollo tecnológico desde el principio básicamente hizo que fuera mucho, mucho más fácil para nosotros convertir el observatorio en lo que es hoy”, dijo Jeremy Werdell, oceanógrafo del Goddard de la NASA y científico del proyecto PACE.
Charles “Chuck” McClain, quien dirigió el equipo de investigación de ORCA hasta su jubilación en 2013, dijo que el compromiso de la NASA con el desarrollo tecnológico es la piedra angular del éxito de PACE. “Sin ESTO, esto no habría sucedido. “Fue un camino largo y sinuoso llegar a donde estamos hoy”.
Fue ORCA quien demostró por primera vez que un telescopio que gira a una velocidad de seis revoluciones por segundo podría sincronizarse perfectamente con una serie de dispositivos de carga acoplada: microchips que transforman proyecciones telescópicas en imágenes digitales. Esta innovación hizo posible que OCI observara tonos hiperespectrales del color del océano que antes no se podían obtener utilizando sensores espaciales.
Pero lo que hizo que ORCA fuera especialmente atractiva para PACE fue su pedigrí de pruebas exhaustivas. “Una consideración realmente importante fue la preparación tecnológica”, dijo Gerhard Meister, quien se hizo cargo de ORCA después de que McClain se jubilara y se desempeña como científico de instrumentos de OCI. En comparación con otros diseños de radiómetros oceánicos que se consideraron para PACE, “teníamos este instrumento listo y habíamos demostrado que funcionaría”.
La preparación tecnológica también convirtió a HARP en una solución atractiva para el desafío del polarímetro de PACE. Los ingenieros de la misión necesitaban un instrumento lo suficientemente potente como para garantizar que las mediciones del color del océano de PACE no se vieran comprometidas por la interferencia atmosférica, pero lo suficientemente compacto como para volar en la plataforma del observatorio PACE.
Cuando Vanderlei Martins, un científico atmosférico de la UMBC, habló por primera vez con Werdell sobre la incorporación de una versión de HARP en PACE en 2016, ya había probado la tecnología con AirHARP, una versión de HARP montada en aviones, y estaba usando un premio ESTO para Prepare HARP CubeSat para el espacio.
HARP2 se basa en el mismo sistema óptico desarrollado a través de AirHARP y HARP CubeSat. Una lente gran angular observa la superficie de la Tierra desde hasta 60 ángulos de visión diferentes con una resolución espacial de 2,6 kilómetros (1,62 millas) por píxel, todo sin partes móviles. Esto ofrece a los investigadores una visión global de los aerosoles desde un instrumento diminuto que consume muy poca energía.
Si no fuera por el apoyo inicial de la NASA a AirHARP y HARP CubeSat, dijo Martins, “no creo que tendríamos HARP2 hoy”. Añadió: “Logramos cada objetivo, cada elemento, y eso fue porque ESTO se quedó con nosotros”.
Ese apoyo sigue marcando una diferencia para investigadores como Jessie Turner, oceanógrafa de la Universidad de Connecticut que utilizará PACE para estudiar la proliferación de algas y la claridad del agua en la Bahía de Chesapeake.
“Para mi aplicación que estoy construyendo para los primeros usuarios de los datos PACE, de hecho creo que los polarímetros van a ser realmente útiles porque es algo que no hemos hecho completamente antes para el océano”, dijo Turner. “Los datos polarimétricos pueden ayudarnos a ver qué tipo de partículas hay en el agua”.
Sin el desarrollo inicial y las pruebas de manejo de los instrumentos de los equipos de McClain y Martins, PACE tal como lo conocemos no existiría.
“Todo encajó en el momento oportuno, lo que nos permitió madurar los instrumentos, junto con la ciencia, justo a tiempo para PACE”, dijo McClain.
Para explorar las oportunidades actuales de colaborar con la NASA en nuevas tecnologías para estudiar la Tierra, visite la página de solicitudes abiertas de ESTO aquí.
Por Gage Taylor
El Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA, Greenbelt, Maryland.
