Mapeando el planeta para una mejor ubicación: la misión GENESIS de la Agencia Espacial Europea

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20/10 2022
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La Dirección de Navegación de la Agencia Espacial Europea está planeando un nuevo satélite cuyos resultados le permitirán generar un modelo global actualizado de la Tierra, el Marco de Referencia Terrestre Internacional, que se utiliza para todo, desde levantamientos topográficos hasta medir el aumento del nivel del mar, con una precisión de hasta 1 mm, mientras sigue el movimiento del suelo de aproximadamente solo 0,1 mm por año. Esta mejora, de un solo golpe, tendrá un gran impacto en múltiples aplicaciones de navegación y ciencias de la Tierra, incluida la mejora de la precisión del sistema de navegación Galileo. Esta misión, denominada GÉNESIS, ha sido propuesta para Reunión del Consejo de la ESA a nivel ministerial próximo mes.

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GENESIS trabajará reuniendo las cuatro tecnologías principales que se utilizan actualmente para medir y ubicar la Tierra geodésica en la misma plataforma por primera vez, a bordo de un satélite en órbita a una altitud de 6000 km. En el proceso, este satélite también tendrá una de las órbitas específicas más precisas de cualquier objeto en el espacio, hasta la escala milimétrica.

«La medición se trata de puntos de referencia exactos», explica Javier Ventura-Traveset, jefe de la Oficina de Ciencias de la Navegación de Galileo en la Agencia Espacial Europea.

Medición precisa de la Tierra desde el espacio

«Gracias a GENESIS mejoraremos la precisión del sistema de referencia espacial de la Tierra en aproximadamente un orden de magnitud. Esto es esencial para el posicionamiento y la navegación en la sociedad civil y para la georreferenciación adecuada de toda la información geoespacial. GENESIS también permitirá mejorar la ‘precisión orbitando’ de Galileo y otros satélites, por lo que mejorará inmediatamente el rendimiento del GPS, porque tendremos una referencia más correcta de las distancias exactas a las que viajan sus señales desde el espacio a la Tierra».

Además de mejorar nuestro conocimiento de las órbitas de Galileo, y del Sistema Global de Navegación por Satélite y los satélites GNSS, los datos recopilados por GENESIS también permitirán la «calibración del centro de fase» de las antenas GNSS, determinando el desplazamiento entre sus centros mecánico y eléctrico. , que juega un papel clave en muchos aspectos del posicionamiento, la navegación y el tiempo.

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Cargas útiles geodésicas en el satélite GENESIS

Además, el seguimiento orbital de alta resolución que GENESIS necesita para realizar su misión permitirá uno de los modelos más precisos hasta ahora de las fuerzas no gravitacionales que actúan sobre los satélites en el espacio, como la presión de la radiación solar, el empuje ligero pero constante que los objetos en órbita reciben del propio sol.

GENESIS en sí mismo será un satélite relativamente pequeño, pero el desafío será sincronizar y calibrar la matriz de carga útil cuádruple en un entorno muy estable, posicionándolos en relación con el centro de masa del satélite hasta un milímetro o menos durante toda la duración de la misión. .

Marco Terrestre Internacional de Referencia

Una nueva visión de nuestro planeta

También se acumularán beneficios equivalentes para muchas otras misiones espaciales, como los satélites de altímetro de radar utilizados para rastrear el aumento del nivel del mar, así como las geociencias y los servicios basados ​​en la ubicación.

Javier añade: “Gracias a GENESIS mejoraremos la precisión actual del Marco Internacional de Referencia Terrestre (ITRF), que es la base de todas las observaciones espaciales y terrestres en la navegación y las ciencias de la Tierra, por lo que su mejora proporcionará beneficios significativos en todas las aplicaciones relacionadas. Los hallazgos de GENESIS también mejorarán muchos servicios basados ​​en la ubicación en la vida cotidiana, como topografía, sistemas de transporte inteligente, agricultura de precisión y mantenimiento de infraestructura. «

Estaciones del Sistema Geodésico Global en todo el mundo

ITRF, a su vez, se construye a partir de una red de puntos de referencia específicos: Sistema de Monitoreo Geodésico Global Las estaciones distantes de todo el mundo se ubican con precisión y regularidad utilizando una combinación cuádruple de técnicas geodésicas espaciales.

Javier agrega: “El problema es que cuando combinas todos estos métodos de generación de ITRF, se ven afectados por la precisión con la que definimos las coordenadas diferenciales entre los puntos de referencia para cada tecnología, los llamados enlaces locales, algunos errores sistemáticos , y la construcción del nivel de error general. «

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Desde láser hasta satélite

«Pero ahora al operarlos todos juntos desde el mismo satélite, con instrumentos debidamente calibrados y sincronizados, podemos identificar y corregir estos sesgos con el tiempo, logrando una mayor precisión y estabilidad general. GENESIS se convertirá a su vez en un observatorio geodésico espacial dinámico, que de manera eficiente complementa la estructura de las subestructuras terrestres existentes, proporcionando un gran avance en la mejora de la precisión y consistencia del marco de referencia terrestre”.

Mediciones científicas combinadas

GENESIS se embarcará en las siguientes cargas útiles geodésicas, utilizadas hoy para ubicar estaciones de monitoreo:

Sistema Global de Navegación por Satélite Receptor La navegación por satélite, también conocida como satnav, es una de las técnicas geodésicas más utilizadas. La posición de un sitio en particular se fija continuamente, utilizando múltiples constelaciones de estrellas del satélite para una mayor precisión, y con el tiempo se vuelve cada vez más precisa hasta la escala milimétrica, además de detectar desviaciones graduales debido al movimiento de la Tierra.
rango de láser satelital Este método de medición consiste en hacer rebotar los pulsos de láser en un reflector trasero a bordo de un satélite y luego medir el tiempo de viaje en ambos sentidos para determinar la distancia a la que brilló la luz del láser, hasta unos pocos milímetros.
receptor DORIS Imagen Doppler francesa y posicionamiento radiológico integrado vía satélite o doris El sistema ha estado en funcionamiento durante las últimas tres décadas y se ha convertido en una fuente de datos estándar para la ITRF. Las señales de DORIS de los satélites se comparan con las de una red de 60 receptores espaciados por todo el planeta en términos de un «desplazamiento Doppler» (la frecuencia aumenta con la aproximación y se hunde con la distancia) para fijar su posición relativa en la escala de centímetros.
VLBI La interferometría fundamental muy larga, o VLBI, comenzó como una técnica de radioastronomía en la que las observaciones de cuerpos celestes como los cuásares de múltiples radiotelescopios se combinan con precisión para producir una resolución equivalente a la de un solo telescopio gigante. Para la geodesia, esta técnica se puede invertir para que los tiempos exactos de las observaciones conjuntas de los objetivos celestes puedan derivar la distancia exacta entre las ubicaciones. Por lo tanto, una fuente de radio artificial a bordo de GENESIS serviría como un objetivo común para múltiples estaciones VLBI en tierra, transmitiendo en al menos dos bandas de frecuencia.
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Uno o más de estos instrumentos, una vez debidamente calificados y marcados para la misión GENESIS, también podrían transportarse en futuros satélites Galileo.

Interferometría de línea de base ultralarga

Fuerte apoyo científico e internacional.

Después de publicar un libro blanco científico y ESA recientemente Simposio Científico GNSS En Sofia, Bulgaria, la misión propuesta ha recibido un fuerte apoyo de la comunidad científica, así como el interés de la NASA.

Ficha técnica NAV para CM22

Además, las capacidades de esta expedición también fueron reconocidas recientemente durante Comité Internacional de las Naciones Unidas sobre Sistemas Mundiales de Navegación por Satélite 16El décimo Reunión en Abu Dhabi del 9 al 14 de octubre, destacando la amplia gama de beneficios de esta misión para la micronavegación, geodesia, ciencias de la tierra y monitoreo del cambio climático.

recién «Solicitud de información» de la ESA para la misión Génesis Se publica para recopilar más aportes de socios industriales que puedan hacer el trabajo, una vez aprobado.

Reenviar a FutureNAV

GENESIS cuenta con el apoyo del programa FutureNAV de la Dirección de Navegación de la Agencia Espacial Europea, que también incluye satélites de demostración en órbita para la constelación de órbita terrestre baja Satnav. FutureNAV, incluido GENESIS, está a punto de tomar una decisión en la próxima ESA consejo de nivel ministerial En noviembre.

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