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La NASA y el Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales comienzan las pruebas FODA a medida que se acerca la fecha de lanzamiento

Con menos de un año para el final, el Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales (CNES) y la NASA están completando el ensamblaje final de la nave espacial Surface Water and Ocean Topografía (SWOT). SWOT es una misión conjunta entre la NASA y el CNES con contribuciones de la Agencia Espacial Canadiense (CSA) y la Agencia Espacial Británica (UKSA). La misión FODA será el primer topógrafo del mundo de todas las aguas de la Tierra y estudiará cómo los cuerpos de agua han cambiado con el tiempo.

grasa de codo El SpaceX Falcon 9 se lanzará sobre el SpaceX Falcon 9 desde el Space Launch Complex 4 East (SLC-4E) en la Base de la Fuerza Espacial Vandenberg (VSFB) en California. Actualmente, la misión está programada para lanzarse a más tardar en noviembre de 2022.

FODA es el último de una serie de satélites de cartografía del agua de la Tierra en asociación entre la NASA y CNES. Este programa comenzó con MISIÓN TOPEX / POSEIDON que se lanzó en agosto de 1992 a bordo del vehículo de lanzamiento Ariane 42P H10. Los satélites TOPEX / POSEIDON utilizaron radioaltímetros y sistemas de micro-órbita para mapear la topografía de la superficie del océano de la Tierra y cambiar el nivel del mar. El satélite puede ver cambios en el nivel del mar de hasta 4,2 centímetros.

Mientras está activo, TOPEX / POSEIDON ha permitido que la topografía oceánica global se observe continuamente mientras rastrea los cambios en el nivel del mar y cómo se almacena el calor en las aguas de los niveles superiores. Debido a una falla en la rueda de reacción de tono, TOPEX / POSEIDON fue descontinuado en enero de 2006. TOPEX / POSEIDON duró 13 años, excediendo su misión planeada de tres años.

Siete altímetros (Crédito: NASA JPL)

El éxito de TOPEX / POSEIDON ha llevado a la NASA y al Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales a seguir asociándose con el seguimiento del programa de satélites Jason. Jason comenzó como un programa dedicado a continuar la misión iniciada por TOPEX / POSEIDON, con los mismos objetivos que su predecesor pero con mayor precisión y operación con más de un satélite simultáneamente.

primer satélite, Jason-1, lanzado en 2001. Desde entonces, se han lanzado dos misiones más bajo el nombre de Jason en 2008 y 2016. Un quinto satélite, Sentinel 6 Michael Freilich se lanzó en el año 2020. Utiliza la misma tecnología pero bajo el nombre de Sentinel en asociación con la Agencia Espacial Europea. La misión también se conoce como Jason Continuity of Service (Jason-CS). Una segunda misión, Sentinel 6B / Jason-CS B, se lanzará en 2025. A medida que continúan los trabajos Jason 3 y Sentinel 6, el programa Jason continúa el legado creado por TOPEX / POSEIDON.

FODA comenzó en 2007 como una recomendación de la Encuesta Decadal del Consejo Nacional de Investigación. La tarea es parte del programa Jason que utiliza muchas de las mismas tecnologías. De 2007 a 2015, la expedición se sometió a estudios conceptuales y desarrollos tecnológicos. En 2015, comenzó la finalización inicial del diseño y la tecnología. En 2016, fue aprobado para su implementación y se inició el diseño final y la fabricación.

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La nave espacial FODA consta de dos partes principales: el conjunto de carga útil y el bus del satélite.

En 2015, Thales Alenia Space (TAS) fue seleccionada para realizar el bus satélite. El autobús utilizado en FODA es el autobús espacial más nuevo de TAS para cumplir con la ley de operaciones espaciales francesa. Esta ley tiene como objetivo reducir los desechos espaciales y reducir el riesgo de reingreso atmosférico sobre áreas pobladas. El nuevo autobús permitirá que cualquier satélite que utilice el autobús se controle durante el reingreso para garantizar una eliminación segura.

El portador de satélite se utilizará para albergar varios componentes para soportar el conjunto de carga útil. El autobús se coloca debajo del pabellón cuando se completa la construcción. Se utilizará una antena de banda S para permitir las comunicaciones por radio entre la nave espacial y las estaciones terrestres. El procesador de comandos y datos se utilizará para administrar las comunicaciones de la nave espacial y varias otras tareas. Se utilizarán paneles solares duales para proporcionar energía eléctrica.

Impresión artística del autobús satelital FODA. (crédito: NASA)

El autobús también albergará el Sistema de Control de Actitud y Propulsión (ACS) de la nave espacial. Los cañones autopropulsados ​​utilizarán rastreadores de estrellas con rieles de torsión magnéticos y ruedas de reacción para controlar dónde dirigir la nave espacial. La nave espacial contiene ocho propulsores de hidracina de 22 Newton para controlar la órbita de la nave espacial.

En la parte superior del portador de satélite está el conjunto de carga útil. La suite albergará seis instrumentos, incluida una antena de banda X, para llevar a cabo la misión FODA. A diferencia del autobús fabricado en Francia, el pabellón está construido en Laboratorio de propulsión a chorro de la NASA en California. Las herramientas son proporcionadas por las cuatro agencias espaciales contribuyentes.

El instrumento principal, el interferómetro de radar de banda Ka (KaRIn), es proporcionado por JPL. CSA y UKSA proporcionarán componentes para KaRIn.

KaRIn utilizará interferometría para medir los niveles de aguas superficiales y océanos. El dispositivo utilizará dos antenas para ver los niveles del agua con un área de visualización de 60 km para cada antena. Habrá un espacio de 20 metros entre las dos secciones.

Durante el funcionamiento, tendrá modo de baja y alta precisión. La resolución más baja se utilizará sobre los océanos con más procesamiento a bordo. La alta resolución en áreas continentales de gran escala se utilizará para enfocar los estudios hidrológicos. Las dos antenas se conectarán durante el lanzamiento. Después del lanzamiento, las antenas se desplegarán para permitir el monitoreo global del nivel del agua.

Para llenar la mayor parte del espacio de 20 metros, el Centro Nacional Francés de Estudios Espaciales proporcionará dos instrumentos. El altímetro Nadir de clase Jason se utilizará para recopilar datos entre los espacios de KaRIn. El altímetro Nadir enviará señales a la superficie del mar y utilizará el tiempo de ida y vuelta de la señal para determinar la altitud.

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Se proporcionará un segundo instrumento, la Antena Orbital Doppler y Posicionamiento de Radiación Integrado por Satélite (DORIS), para soportar el raro altímetro. La antena DORIS captará señales de radio terrestres para determinar la órbita FODA. El receptor GPS proporcionado por JPL se utilizará junto con el altímetro Nadir y la antena DORIS para determinar con precisión la órbita.

JPL también proporcionará otras dos herramientas DAFO. El conjunto del reflector láser JPL utilizará espejos y láseres terrestres para el seguimiento en órbita, así como para la determinación adicional de la órbita. El último instrumento es un radiómetro de microondas para medir el vapor de agua. El radiómetro enviará señales al suelo y si las señales son lentas, hay más vapor de agua.

Una vez que se completó el conjunto de carga útil, se entregó a través de un avión C-17 de la USAF a TAS en Francia el 30 de junio de 2021. En agosto de 2021, con la ayuda de los equipos CNES y JPL, el conjunto fue acoplado a satélites por TAS.

«La mejor parte es ver dos sistemas complejos construidos en todo el mundo por diferentes equipos que se unen y trabajan», dijo el Laboratorio de Propulsión a Chorro Saeed Kaki, subdirector de proyectos de SWOT.

El ensamblaje básico de la nave espacial permitió a TAS completar el ensamblaje final de la nave espacial. Esto puede incluir cualquier extra, incluidos los sistemas y dispositivos eléctricos de la nave espacial. El ensamblaje final de la nave espacial FODA podría permitir a los equipos de TAS comenzar las pruebas de lanzamiento final.

En los próximos meses antes del lanzamiento FODA, comenzarán las pruebas para ver si la nave espacial puede resistir el duro lanzamiento y el entorno espacial. La prueba FODA se realizará en tres fases.

La primera etapa es probar la nave espacial si puede sobrevivir al entorno de lanzamiento. Los equipos conectarán los satélites a una mesa vibratoria y luego a una cámara acústica. Esto puede permitir que la nave espacial se sacuda y explote con sonidos para simular el lanzamiento.

A partir de ahí, la nave espacial se colocará en una cámara de vacío termostática para imitar el vacío y los cambios extremos de temperatura que experimentará en el espacio. La etapa final de la prueba incluirá controles de interferencia electromagnética.

Una vez que la luna haya pasado las pruebas, el hardware final se instalará en la nave espacial antes de entregarlo a VSFB para su lanzamiento.

«A continuación, instalamos el botón de la nave espacial y lo enviamos al sitio de lanzamiento», dijo Kaki. En Vandenberg, el equipo finalizará el satélite para prepararlo para el lanzamiento, que está programado a más tardar en noviembre de 2022.

El equipo científico también se prepara para FODA cuando la nave espacial está en órbita. El equipo ejecuta simulaciones para asegurarse de que estén listos cuando FODA esté en órbita para ensamblar la bandera. El equipo científico apoya a muchas agencias espaciales de todo el mundo.

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«La mejor parte de mi trabajo como científico de proyectos de expedición es poder trabajar con un gran equipo de investigación internacional con diversos intereses y antecedentes en oceanografía e hidrología», dijo a SWOT Lee-Lueng Fu, científico del proyecto JPL. «Este experimento amplió el horizonte de mi carrera científica incluso después de 40 años de dedicación a la investigación de la Tierra».

Para ayudar a respaldar la misión FODA, la NASA desarrolló la misión AirSWOT. AirSWOT es un instrumento aerotransportado basado en el avión B2000 Super King Air operado por el Centro de Investigación de Vuelo de la NASA. AirSWOT utiliza el radar aerotransportado de fenomenología FODA de banda Ka (KaSPAR) para recopilar dos conjuntos de datos en tierra.

AirSWOT se usa para recopilar datos para comprender las características naturales de la Tierra, mientras que también se usa para comprender mejor los datos que pronto serán recopilados por SWOT. AirSWOT está actualmente en uso y también se utilizará después del lanzamiento. Se puede utilizar para preparar al equipo para los datos de FODA y ayudar a calibrar los datos recopilados por el satélite.

Falcon 9 (B1063-3) está vertical en SLC-4E antes del lanzamiento de la misión Prueba de redireccionamiento de doble asteroide (DART) de la NASA. (crédito: Jack Baer para NSF)

SpaceX Falcon 9 pondrá el satélite de aproximadamente 2.000 kg en una órbita de polo cercano. El Falcon 9 fue seleccionado como vehículo de lanzamiento FODA por el Programa de Servicio de Lanzamiento (LSP) de la NASA en noviembre de 2016..

Los satélites se colocarán en una órbita circular inicial de 857 km con una inclinación de 77,6 grados. El satélite permanece en esta órbita durante los primeros seis meses después del lanzamiento para realizar un «muestreo rápido». En los primeros 85 días después del lanzamiento, el satélite comenzará a desorbitar y comenzará el período de puesta en servicio. Los próximos 90 días comenzarán la calibración FODA.

Una vez completado, el satélite pasará una semana elevando su órbita hasta la altitud operativa. Una vez que alcance su órbita operativa de 891 kilómetros, FODA comenzará su misión de tres años. En esta órbita, FODA podrá ver el 86% del planeta. La nave observará la Tierra con mediciones interferométricas con un tiempo de reconsideración promedio de 11 días.

La NASA y el Centro Nacional de Estudios Espaciales operarán conjuntamente el satélite en órbita. Las comunicaciones de Banda S se utilizarán para controlar y hablar con la nave espacial y las comunicaciones de Banda X se utilizarán para los datos de carga útil.

El satélite se comunicará con las estaciones terrestres 21 veces al día. Después de que tanto la NASA como el Centro Nacional de Estudios Espaciales reciban la información del satélite, los datos serán procesados ​​y publicados dentro de los 60 días.

Imagen destacada: Thales Alenia Space fusiona la carga útil y el bus satélite. (crédito: Thales Alenia Space)