Cuando la Nasa y la Organización de Investigación Espacial de la India (ISRO) lancen dentro de unos meses el nuevo satélite terrestre NISAR (Nasa-ISRO Synthetic Aperture Radar), captará imágenes de la superficie de la Tierra tan detalladas que mostrarán cuánto se mueven pequeñas porciones de hielo y tierra, con una precisión de fracciones de pulgada.
NISAR utilizará un radar de apertura sintética para ofrecer información sobre los cambios en las superficies sólidas de la Tierra, incluida la capa de hielo de la Antártida. La nave espacial se lanzará desde la India. Al captar imágenes de casi todas las superficies sólidas de la Tierra dos veces cada 12 días, observará la flexión de la corteza terrestre antes y después de desastres naturales como terremotos; monitorizará el movimiento de los glaciares y las capas de hielo; y rastreará los cambios en los ecosistemas, incluido el crecimiento de los bosques y la deforestación.
Las extraordinarias capacidades de la misión provienen de la técnica que indica su nombre: radar de apertura sintética o SAR. El SAR, desarrollado por la Nasa para su uso en el espacio, combina múltiples mediciones, tomadas mientras un radar vuela sobre la superficie, para enfocar la escena que se encuentra debajo. Funciona como un radar convencional, que utiliza microondas para detectar superficies y objetos distantes, pero aumenta el procesamiento de datos para revelar propiedades y características en alta resolución.
Para obtener tal nivel de detalle sin SAR, los satélites de radar necesitarían antenas demasiado enormes para lanzarlas, y mucho menos para operarlas. Con 12 metros de ancho cuando está desplegado, el reflector de la antena de radar de NISAR es tan ancho como la longitud de un autobús urbano. Sin embargo, tendría que tener 19 kilómetros de diámetro para que el instrumento de banda L de la misión, utilizando técnicas de radar tradicionales, pudiera obtener imágenes de píxeles de la Tierra de hasta 10 metros de ancho.
“El radar de apertura sintética nos permite refinar las cosas con mucha precisión”, dijo Charles Elachi, quien dirigió las misiones SAR espaciales de la Nasa antes de desempeñarse como director del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la Nasa en el sur de California de 2001 a 2016. “La misión NISAR abrirá un ámbito completamente nuevo para aprender sobre nuestro planeta como un sistema dinámico”.
Cómo funciona el SAR
Elachi llegó al JPL en 1971 después de graduarse en Caltech y se unió a un grupo de ingenieros que estaban desarrollando un radar para estudiar la superficie de Venus. Entonces, como ahora, el atractivo del radar era simple: podía recopilar mediciones de día y de noche y ver a través de las nubes. El trabajo del equipo condujo a la misión Magallanes a Venus en 1989 y a varias misiones de radar del transbordador espacial de la Nasa.
Un radar en órbita funciona según los mismos principios que uno que rastrea aviones en un aeropuerto. La antena espacial emite pulsos de microondas hacia la Tierra. Cuando los pulsos chocan con algo (un cono volcánico, por ejemplo), se dispersan. La antena recibe esas señales y las envía de vuelta al instrumento, que mide su intensidad, el cambio de frecuencia, cuánto tiempo tardaron en regresar y si rebotaron en varias superficies, como edificios.
Esta información puede ayudar a detectar la presencia de un objeto o superficie, su distancia y su velocidad, pero la resolución es demasiado baja para generar una imagen clara. El SAR, concebido por primera vez en Goodyear Aircraft Corp. en 1952, aborda esa cuestión.
«Es una técnica para crear imágenes de alta resolución a partir de un sistema de baja resolución», dijo Paul Rosen, científico del proyecto NISAR en el JPL.
A medida que el radar se desplaza, su antena transmite continuamente microondas y recibe ecos de la superficie. Como el instrumento se mueve con respecto a la Tierra, se producen ligeros cambios de frecuencia en las señales de retorno. Este efecto, denominado efecto Doppler, es el mismo que hace que el tono de una sirena suba cuando se acerca un camión de bomberos y baje cuando se aleja.
El procesamiento informático de esas señales es como el lente de una cámara que redirige y enfoca la luz para producir una fotografía nítida. Con el SAR, la trayectoria de la nave espacial forma el “lente” y el procesamiento se ajusta a los cambios Doppler, lo que permite que los ecos se agreguen en una única imagen enfocada.
Uso del SAR
Un tipo de visualización basada en SAR es un interferograma, una composición de dos imágenes tomadas en momentos distintos que revela las diferencias midiendo el cambio en el retardo de los ecos. Aunque pueden parecer arte moderno para el ojo inexperto, las bandas concéntricas multicolores de los interferogramas muestran cuánto se han movido las superficies terrestres: cuanto más cerca están las bandas, mayor es el movimiento. Los sismólogos utilizan estas visualizaciones para medir la deformación de la tierra a causa de los terremotos.
Otro tipo de análisis SAR, llamado polarimetría, mide la orientación vertical u horizontal de las ondas de retorno en relación con la de las señales transmitidas. Las ondas que rebotan en estructuras lineales, como los edificios, tienden a regresar en la misma orientación, mientras que las que rebotan en elementos irregulares, como las copas de los árboles, regresan en otra orientación. Al mapear las diferencias y la intensidad de las señales de retorno, los investigadores pueden identificar la cobertura terrestre de una zona, lo que resulta útil para estudiar la deforestación y las inundaciones.
Estos análisis son ejemplos de cómo NISAR ayudará a los investigadores a comprender mejor los procesos que afectan a miles de millones de vidas. “Esta misión incorpora una amplia gama de conocimientos científicos en pos de un objetivo común: estudiar nuestro cambiante planeta y los impactos de los peligros naturales”, dijo Deepak Putrevu, codirector del equipo científico de ISRO en el Centro de Aplicaciones Espaciales en Ahmedabad, India.
