Estaciones terrestres de satélite: todo lo que siempre quisiste saber.

Nuestra empresa colaboradora, ESS Weathertech ha publicado una serie completa de artículos sobre estaciones terrestres de satélite. Nos gustaría compartirlos con los lectores de ESS Earth Sciences. Un agradecimiento especial a Amy Hewitson de ESS Weathertech, autora de los artículos.

¿Qué son las estaciones terrestres de satélite?

Las estaciones terrestres de satélite (SGS) se construyen para recopilar y transmitir datos satelitales de teledetección a diversos usuarios y aplicaciones. Esto puede incluir centros meteorológicos nacionales como la Oficina de Meteorología o centros de investigación como CSIRO. Dichos centros recopilan datos clima y de otro tipo para proporcionarlos a sus clientes y al público en general.

Las estaciones terrestres de satélite generalmente constan de los siguientes componentes principales: una antena receptora, una bocina de alimentación, una guía de ondas y un receptor. Todos ellos suelen estar montados sobre un pedestal. Las estaciones terrestres de satélite también pueden estar protegidas por un radomo, la esfera que cubre la antena.

La antena es un plato parabólico de diseño llamativo. Su forma está diseñada para dirigir y reflejar con precisión las ondas de radio entrantes. Sin embargo, su principal función es amplificar la señal entrante sin añadir ruido significativo. La antena más pequeña, situada en el foco de la antena parabólica, se denomina bocina de alimentación. La bocina de alimentación se utiliza para captar las señales reflejadas por el plato y transmitirlas a un bloque de bajo ruido (LNB). El LNB procesa la señal para su posterior procesamiento, como la demodulación, donde se extrae la señal original de la onda portadora recibida y, finalmente, se visualiza en un ordenador o televisor, etc.

Ondas electromagnéticas

Las ondas electromagnéticas que viajan desde satélites distantes tienen una potencia de apenas unas pocas billonésimas de vatio cuando llegan a la antena parabólica. Esta amplifica estas diminutas señales miles de veces, sin distorsión ni ruido, y las concentra en el alimentador central. Allí, las ondas electromagnéticas se convierten en corrientes eléctricas, que pueden ser amplificadas aún más por el LNB. Finalmente, alcanzan la potencia suficiente para ser procesadas por el receptor, donde se recuperan los 0 y 1 enviados originalmente por el satélite tras su largo recorrido.

Entonces, ¿qué es un satélite?

Un satélite (artificial) es un instrumento espacial que orbita la Tierra. Recopilan datos meteorológicos importantes y los transmiten a una estación terrestre de satélites. A su vez, la estación recibe los datos para que podamos procesarlos y visualizarlos en una computadora. Nota: un ejemplo de satélite natural, el más grande de la Tierra, es la Luna.

¿Qué es un satélite geoestacionario?

Un satélite geoestacionario o en órbita geosíncrona (GEO) es un satélite sincronizado con la órbita de la Tierra. Estos satélites se ubican a 35,786km sobre el ecuador terrestre. A esta altura, el satélite orbita a la misma velocidad que la Tierra (¡11,000km /h!), por lo que la Tierra permanece inmóvil bajo él. En consecuencia, el satélite no se mueve con respecto a la Tierra, por lo que la antena no necesita moverse. Esto significa que los satélites están constantemente apuntando hacia la misma región de la Tierra y registrando datos de ella. Debido a la distancia, los satélites geoestacionarios suelen tener menor resolución que los satélites de órbita polar; sin embargo, la cobertura continua resulta ventajosa.

¿Existen otros tipos de satélites?

¡Sí! El otro tipo de órbita se conoce como órbita terrestre baja (LEO), ya que está mucho más cerca de la Tierra. Debido a que la Tierra se mueve por debajo del satélite, este parece desplazarse por el cielo, tardando entre 10-15 minutos en cruzar de horizonte a horizonte. Para recopilar datos de estos satélites, la antena debe moverse para seguir su trayectoria, por lo que las estaciones terrestres que reciben estos datos se conocen como "rastreadores".

Ejemplos de estaciones terrestres de satélite

ESS ofrece diferentes variedades de sistemas de estaciones terrestres de satélite que se han instalado a nivel nacional e internacional:

Oberón

El sistema Oberon utiliza una antena de seguimiento, que, como su nombre indica, rastrea los satélites en el espacio mediante una montura XY para recopilar datos de una amplia gama de sistemas de satélites de observación ambiental en órbita polar, incluidos los operados por la NASA y la NOAA. El Oberon cuenta con recepción de alta precisión en las bandas X y L, y también ha sido modificado para aplicaciones europeas con el fin de recopilar datos de más fuentes (para más información, consulte: http://www.eecradar.com/oberon-xl.php).

Estos sistemas no solo se utilizan para Meteorología y la predicción Clima, sino que también tienen numerosas aplicaciones en oceanografía física y biológica, hidrología, pesca, agricultura y silvicultura, estudios climáticos y de cambio global, y estudios de detección de cambios terrestres.

Capella y Telesto

Los sistemas Capella y Telesto utilizan un tipo de antena diferente, denominada «antena fija». Como su nombre indica, estas antenas no se mueven y se utilizan para recopilar datos de satélites geoestacionarios, incluyendo la serie GOES-R (Satelitale Geostationary Operational Environmental Satellite-R). Capella viene con tres tamaños de antena diferentes: 3.7m, 5m y 6m, según la ubicación terrestre con respecto al satélite. Se pueden aplicar en las siguientes áreas: detección y seguimiento de tormentas, monitoreo de incendios, calidad del aire, monitoreo costero y oceánico, pronóstico de huracanes, monitoreo de lluvias e inundaciones, observaciones de cobertura terrestre, detección de ceniza volcánica, detección de rayos y predicción de tormentas severas (para más información, consulte: http://www.eecradar.com/capella-gr.php).

Telesto

Telesto es también una estación terrestre de satélite geoestacionario capaz de captar una amplia gama de fuentes de datos y que puede aplicarse en la predicción clima, la detección y el seguimiento de ciclones, y la detección y el seguimiento de ceniza volcánica (para más información, consulte: http://www.eecradar.com/telesto.php).

Por último, ESS ofrece una estación terrestre específica para el satélite japonés Himawari - 8. Esta estación recibe datos con mayor resolución espacial y mayor frecuencia (¡cada 10 minutos!), además de contar con un mayor número de bandas espectrales que mejoran las imágenes producidas. También permite visualizar los siguientes productos estándar: canales VIS, IR1-4, presión atmosférica en la cima de las nubes, altura atmosférica en la cima de las nubes, temperatura en la cima de las nubes, tipo de nube, cantidad de nubes, temperatura de la superficie del mar, temperatura de la superficie terrestre y puntos de incendio (para más información, consulte: 8).

Tipos de datos, fuentes y Software

Existen numerosos satélites orbitando la Tierra, por lo que las estaciones terrestres de satélites pueden obtener datos de diversas fuentes. En cuanto a las estaciones terrestres mencionadas anteriormente, para el seguimiento de antenas, las fuentes pueden provenir de los siguientes satélites:

• NASA Terra y Aqua; Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio, Estados Unidos
• NOAA de EE. UU.; Administración Nacional Oceánica y Atmosférica, Estados Unidos
• EUMETSAT – METOP; Organización Europea para la Explotación de Satélites Meteorológicos, Europa (Los países exactos se pueden encontrar aquí: https://www.eumetsat.int/website/home/AboutUs/WhoWeAre/MemberStates/index.html)
• NSMC Fengyun; Centro Nacional de Meteorología Satelital de la Administración Meteorológica de China, China
• Suomi NPP; Asociación Nacional de Órbitas Polares, Estados Unidos
• JPSS-1; Sistema Conjunto de Satélites Polares, Estados Unidos

Y para antenas fijas:

• GOES; Satélite Geoestacionario Operacional Ambiental, Estados Unidos
• MTSAT; Satélites de transporte multifuncionales, Japón (Nota: reemplazó Himawari - 5)
• FY-2; FengYun 2, China (Traducción: FengYun —> Vientos y nubes)
• COMS; Satélites de Comunicación, Oceánicos y Meteorológicos, Corea del Sur
• Himawari - 8 / 9; Japón (Traducción: Himawari —> Girasol)
• GK-2A; GEO-KOMPSAT-2, Corea del Sur

Nota: Los formatos de datos típicos de los satélites incluyen: Nivel 1B, productos de Nivel 2 (por ejemplo, temperatura de la superficie del mar, clasificación de nubes), HDF, NetCDF, GRIB, SYNOP.

Para visualizar los datos satelitales, se configuran estaciones de trabajo específicas que proporcionan capacidad de procesamiento y visualización. Esto permite generar imágenes espectaculares de diversos parámetros, como se muestra en las figuras 2 y 3 ESS proporciona software PROTEUS (próximamente PULSE) y Himawari Cast, específicamente para los productos Himawari.

Historia del proyecto

ESS ha participado en numerosas instalaciones de estaciones terrestres de satélite, incluyendo la actualización continua de estos sistemas a lo largo de los años. ESS se enorgullece de albergar dos sistemas de recepción de satélite en su azotea en Richmond, Melbourne (HimawariCast y SATRAX). Entre los proyectos instalados se incluyen proyectos locales en Australia, así como proyectos internacionales en países como Singapur, Hong Kong, China, Corea del Sur e incluso la Antártida, entre otros. A continuación, presentamos algunos proyectos destacados del impresionante repertorio de ESS.

Geoscience Australia, Australia – Sistema de recepción de satélites

A medida que se flexibilizan las restricciones COVID-19, nuestro equipo local de Melbourne se trasladará a Alice Springs en diciembre para instalar un nuevo sistema de estación terrestre satelital para la transmisión de datos de Terra y Aqua, NOAA, MetOp A/B/C, SNPP, FY3-C/D y futuros datos de NPAA21/22 y MetOp SG. ¡Estén atentos! Esta será la tercera antena de seguimiento ESS que se instalará en el parque de antenas de Geoscience Australia en Alice Springs en los últimos 25 años.

Observatorio de Hong Kong, Hong Kong – Sistema de Recepción de Satélites Oberon

En 2018, el Observatorio de Hong Kong encargó a ESS un nuevo sistema de recepción y procesamiento de datos satelitales para reemplazar la antena y el radomo SATRAX suministrados originalmente e instalados en 2003 El nuevo y mejorado sistema permite ahora procesar satélites chinos de nueva generación (FY3B, C y D) además de los productos existentes de NOAA AVHRR, MetOpA/B, SNPP, NOAA20, Terra y Aqua.

Agencia Nacional de Medio Ambiente de Singapur – Himawari - Estación terrestre 8

ESS se complace en haber firmado un contrato con la Agencia Nacional de Medio Ambiente (NEA) en 2015 para el diseño, suministro, entrega, instalación, pruebas, puesta en marcha y mantenimiento integral de un Sistema de Recepción y Procesamiento de Datos Satelitales para la recepción y el procesamiento de datos de los satélites Himawari - 8 / 9 de la Agencia Meteorológica de Japón (JMA) y una actualización de la antena de seguimiento de satélites ESS SATRAX para el Sistema Conjunto de Satélites Polares (JPSS). Esto incluye una gran antena parabólica 3.7m que puede recibir datos en banda C. Este proyecto aún continúa para dar soporte al mantenimiento del sistema.