En busca de “burbujas” en la ionosfera

La NASA lanzará dos cubesats para estudiar la interrupción de señales desde el espacio

Francisco Martín León Francisco Martín León 22 Jun 2019 - 00:00 UTC
Los E-TBEx CubeSats explorarán cómo las señales de los satélites a la Tierra pueden interrumpirse a medida que pasan a través de esta región. Imagen de NASA
Los E-TBEx CubeSats explorarán cómo las señales de los satélites a la Tierra pueden interrumpirse a medida que pasan a través de esta región. Imagen de NASA

Dos CubeSats E-TBEx de la NASA están programados para lanzarse en junio a bordo del Programa de Pruebas Espaciales-2 del Departamento de Defensa. El lanzamiento incluye un total de 24 satélites de instituciones gubernamentales y de investigación. Se lanzarán a bordo de un cohete Falcon Heavy de SpaceX desde el histórico Complejo de Lanzamiento Espacial 39A del Centro Espacial Kennedy de la NASA en Florida.

Objetivos

Los CubeSats E-TBEx se centran en cómo las señales de radio que pasan a través de la atmósfera superior de la Tierra pueden distorsionarse mediante burbujas estructuradas en esta región, llamada ionosfera. Especialmente problemáticas en el ecuador, estas distorsiones pueden interferir con las comunicaciones militares y de las aerolíneas, así como con las señales de GPS. Cuanto más podamos aprender acerca de cómo evolucionan estas burbujas, más podremos mitigar esos problemas, pero en este momento, los científicos no pueden predecir cuándo se formarán estas burbujas o cómo cambiarán con el tiempo.

"Estas burbujas son difíciles de estudiar desde el suelo", dijo Rick Doe, gerente del programa de carga útil de la misión E-TBEx en SRI International en Menlo Park, California. "Si ves que las burbujas comienzan a formarse, luego se mueven. Estamos estudiando la evolución de estas características antes de que comiencen a distorsionar las ondas de radio que atraviesan la ionosfera para comprender mejor la física subyacente".

Las burbujas en la ionosfera

La ionosfera es la parte de la atmósfera superior de la Tierra donde las partículas se ionizan, lo que significa que están separadas en un mar de partículas positivas y negativas, llamadas plasma. El plasma de la ionosfera está mezclado con gases neutros, como el aire que respiramos, así que la atmósfera superior de la Tierra y las burbujas que se forman allí responden a una mezcla complicada de factores.

Debido a que sus partículas tienen carga eléctrica, el plasma en esta región responde a los campos eléctricos y magnéticos. Esto hace que la ionosfera responda al tiempo espacial: las condiciones en el espacio, incluido el cambio de campos eléctricos y magnéticos, a menudo influenciados por la actividad del Sol. Los científicos también piensan que las ondas de presión lanzadas por grandes sistemas de tormentas pueden propagarse hacia la atmósfera superior, creando vientos que dan forma a la manera en que las burbujas se mueven y cambian. Esto significa que la ionosfera y las burbujas están formadas por el tiempo terrestre y el tiempo espacial por igual.

Los E-TBEx CubeSats envían señales de radiobaliza a tres frecuencias, cercanas a las utilizadas por los satélites de comunicaciones y GPS, a estaciones receptoras en tierra, en las que los científicos pueden detectar cambios mínimos en la fase o amplitud de las señales. Esas interrupciones se pueden mapear de nuevo a la región de la ionosfera a través de la cual pasaron, dando a los científicos información sobre cómo se forman y evolucionan estas burbujas.

"Todas las señales se crean al mismo tiempo, con la misma fase, por lo que puedes ver cómo se distorsionan al pasar a través de las burbujas", dijo Doe. "Luego, al observar las distorsiones, puede anular la información sobre la cantidad de rugosidad y la densidad de las burbujas".

Los datos producidos por los dos CubeSats se complementan con balizas similares a bordo de los seis satélites COSMIC-2 de NOAA. Al igual que las E-TBEx CubeSats, las balizas COSMIC-2 envían señales a tres frecuencias, ligeramente diferentes a las utilizadas por E-TBEx, a las estaciones receptoras en tierra. La combinación de mediciones de los ocho satélites brindará a los científicos la posibilidad de estudiar algunas de estas burbujas desde múltiples ángulos al mismo tiempo.

La baliza de E-TBEx fue construida por un equipo de SRI International, que también diseñó y fabricó las balizas en COMSIC-2. Los E-TBEx CubeSats fueron desarrollados por Michigan Exploration Lab en la Universidad de Michigan en Ann Arbor. El diseño, la fabricación, la integración y las pruebas se llevaron a cabo principalmente por equipos de estudiantes de pregrado y posgrado.

"Construir y probar E-TBEx fue bastante complejo debido a la cantidad de piezas desplegables", dijo James Cutler, profesor de ingeniería aeroespacial en la Universidad de Michigan que dirigió los equipos de estudiantes que trabajaron en E-TBEx. "La carga útil es esencialmente una estación de radio voladora, por lo que tenemos cinco antenas para desplegar, cuatro con dos segmentos cada una, y también cuatro paneles solares".

Lo que los científicos aprenden de E-TBEx podría ayudar a desarrollar estrategias para evitar la distorsión de la señal, por ejemplo, permitiendo a las aerolíneas elegir una frecuencia que sea menos susceptible a la interrupción, o dejar que el ejército retrase una operación clave hasta que se produzca una interrupción potencial.

La implementación de E-TBEx se prueba en el Michigan Exploration Lab. La construcción y prueba de E-TBEx CubeSats fue particularmente compleja debido a las múltiples antenas y paneles solares que se implementan después del lanzamiento. Créditos: Universidad de Michigan/Michigan Exploration Lab
La implementación de E-TBEx se prueba en el Michigan Exploration Lab. La construcción y prueba de E-TBEx CubeSats fue particularmente compleja debido a las múltiples antenas y paneles solares que se implementan después del lanzamiento. Créditos: Universidad de Michigan/Michigan Exploration Lab

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