La salinidad de los océanos y el cambio climático

En memoria del Dr. Raúl Colomb
*
El Dr. Raúl Colomb (izquierda) con el Dr. Carl Sagan, fotografiados durante una conferencia en la Sociedad Planetaria
sobre el proyecto SETI en Toronto, Canadá, Octubre de 1988. Foto: Guillermo Lemarchand (Southern SETI Project
Director), extraída del Sitio de Internet de The Planetary Society.1
El Dr. Fernando Raúl Colomb se graduó en Física en la Universidad Nacional de Buenos Aires (UBA) en 1965, fue miembro fundador del
Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) en la década del ’60 del cual fue Director durante el período 1984-1995, Investigador Asistente
del National Radioastronomy Observatory de los EE.UU. (1966-1968), en 1970 se graduó como Dr. en Física en la Universidad Nacional de la
Plata (UNLP), fue miembro del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) entre 1971 y 1995 y del J. S.
Guggenheim Fellowship New York durante los años 1977 y 1978, Presidente de la Sociedad Argentina de Astronomía (1978-1981), Presidente
del Directorio del Complejo Astronómico “El Leoncito” dependiente del CONICET (1984-1989), Presidente del IAU Commission 51:
Bioastronomy dependiente del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai (1994-1997), miembro del Directorio de la Comisión
Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) desde 1993 hasta su fallecimiento el 4 de Mayo de 2008, en la cual se desempeñaba además
como Investigador Principal de la Misión SAC-D/Aquarius de la CONAE-NASA. Traducción propia basada en el artículo de Guillermo
Lemarchand publicado por The Planetary Society el 7/May/2008:
http://www.planetary.org/news/2008/0507_In_Memoriam_Fernando_Raul_Colomb.html
1
The Planetary Society: http://www.planetary.org
*
Ricardo De Dicco
La salinidad de los océanos y el cambio climático: objetivos de las misiones
SAC-D/Aquarius y SMOS
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La salinidad de los océanos y el cambio climático
Objetivos de las misiones SAC-D/Aquarius y SMOS
(Segunda Edición ampliada y actualizada)
TABLA DE CONTENIDOS
Presentación............................................................................................................. 2
Misión SAC-D/Aquarius........................................................................................ 3
Misión SMOS ...................................................................................................... 6
Motivo y objetivos del informe ............................................................................. 8
La Salinidad, la Temperatura Superficial y la Densidad del Agua de Mar .............. 11
El Ciclo del Agua ..................................................................................................... 16
La Circulación Oceánica y el Clima ......................................................................... 21
La Salinidad Superficial del Mar analizada desde el Espacio ................................. 24
Instrumento Aquarius del SAC-D.........................................................................24
Instrumento MIRAS del SMOS ............................................................................34
Apéndice de imágenes Misión SAC-D/Aquarius de la CONAE/NASA ..................... 43
Apéndice de imágenes Misión SMOS de la ESA ...................................................... 61
Sitios de internet consultados................................................................................ 77
Sitios de internet de referencia .............................................................................. 80
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La salinidad de los océanos y el cambio climático: objetivos de las misiones
SAC-D/Aquarius y SMOS
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La salinidad de los océanos y el cambio climático
Objetivos de las misiones SAC-D/Aquarius y SMOS
Por Ricardo De Dicco
Buenos Aires, Marzo de 2010
Presentación
E
n la década de 1870, los científicos a bordo del H.M.S. Challenger midieron
sistemáticamente la salinidad, temperatura y densidad del agua en los océanos
del mundo. A lo largo de los años las técnicas para la medición de esas
propiedades del agua de los océanos han cambiado drásticamente tanto en el método
empleado como en la precisión obtenida. Aunque todo el mundo sabe que el agua de
mar es salada, pocos saben que incluso pequeñas variaciones en la Salinidad
Superficial del Mar (en adelante: SSM) puede tener efectos dramáticos en el ciclo
del agua y la circulación de los océanos. Por esta razón urge la necesidad de producir
sistemáticamente mapas mundiales de la SSM como los que obtendrán el instrumento
MIRAS del satélite Proteus de la Misión SMOS de la ESA y el instrumento Aquarius
de la NASA abordo del satélite argentino SAC-D, los cuales resultarán cruciales para
el estudio de la salinidad de los océanos y del cambio climático, así como también de
su predicción.
Mapa: © National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), 2005.2
2
Fuente del mapa: World Ocean Atlas 2005, Volume 2: Salinity. S. Levitus, Ed. NOAA. Atlas
NESDIS 62, U.S. Government Printing Office, Washington, D.C.
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SAC-D/Aquarius y SMOS
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Misión SAC-D/Aquarius
El objetivo de la misión SAC-D/Aquarius es el de contribuir a una mejor
comprensión e interpretación de la totalidad del sistema terrestre y de las
consecuencias de los cambios naturales y los inducidos por el hombre en el medio
ambiente del planeta.
En ese sentido, su misión será la de estimar la salinidad de los océanos en forma
global, pero particularmente la de obtener nueva información climática a partir de las
mediciones de salinidad en el Mar Argentino y una nueva visión de la circulación y
procesos de mezcla en el Océano Atlántico, así como también detectar focos de alta
temperatura en la superficie terrestre para la obtención de mapas de riesgo de focos de
calor (incendios y erupciones volcánicas) y humedad del suelo con el fin de poder
implementar alertas tempranas de inundaciones.
El comando, control, monitoreo y recolección de los datos científicos que produzca la
Misión SAC-D/Aquarius se realizará en las facilidades del Centro Espacial Teófilo
Tabanera de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE): la
Estación Terrena Córdoba y el Centro de Control de Misión (en Falda del Carmen,
Provincia de Córdoba); dicha información espacial será compartida con la Red de
Estaciones Terrenas de la National Aeronautics and Space Administration (NASA).
Cabe destacar que el diseño y construcción de la plataforma satelital SAC-D estuvo a
cargo de la prestigiosa empresa argentina de alta tecnología radicada en Bariloche,
INVAP Sociedad del Estado, así como también la integración (de los 8 instrumentos
y de los paneles y celdas solares), y los ensayos finales. El SAC-D es el cuarto satélite
construido por INVAP para la CONAE, y da continuidad al Plan Espacial Nacional
2004-2015 y a los acuerdos bilaterales que son parte del desarrollo espacial argentino.
Su puesta en órbita estaba programada originalmente para el 22/May/2010, pero la
misma se reprogramó para fines de 2010 o inicios de 2011, dependiendo la misma del
tiempo que insuma para el LIT-INPE de Brasil el testeo ambiental, así como también
de las condiciones meteorológicas en la base Vandenberg de la U.S. Air Forces
(USAF) que emplea la NASA, y para tal propósito será empleado un cohete Boeing
Delta II (similar al que envió al espacio al SAC-C a fines del año 2000).
La CONAE es responsable de 5 de los 8 instrumentos científicos que conforman la
carga útil de la plataforma satelital SAC-D:
•
El Radiómetro de Microondas (MWR) para medir la velocidad superficial del
viento, vapor de agua y contenido de agua en las nubes sobre los océanos,
concentración de hielo marino con el fin de proveer parámetros geofísicos
relevantes aplicados a pronósticos climáticos e hidrológicos orientados a estudios
regionales, así como también contribuir a la determinación de la SSM obtenida
por el instrumento Aquarius. Este radiómetro operará en las frecuencias 23.8 GHz
y 36.5 GHz (banda Ka).
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•
La Cámara Infrarroja de Nueva Tecnología (NIRST) para determinar eventos de
alta temperatura sobre el suelo (incendios y erupciones volcánicas), medir sus
parámetros físicos (energía liberada, temperatura, ubicación de focos de calor,
etc.) y medir la Temperatura Superficial del Mar (TSM) sobre la costa oriental de
Sudamérica y otras áreas seleccionadas. También la TSM podrá emplearse para
un ajuste más fino de la determinación de la SSM obtenida por el Aquarius. Este
instrumento operará en las siguientes bandas: 3.8, 10.85 y 11.85 µm.
•
La Cámara de Alta Sensibilidad (HSC) para el estudio de auroras, intensidad de
luces urbanas, tormentas eléctricas, vigilancia, detección de incendios y cobertura
de nieve, entre otras importantes aplicaciones. Esta cámara operará entre 490-610
nm.
•
El Sistema de Recepción y Transmisión de Datos Meteorológicos/Ambientales
(DCS) para recibir datos meteorológicos y ambientales generados por sistemas de
mediciones en tierra para la posterior retransmisión a la Estación Terrena de
Córdoba y a los usuarios vía Internet.
•
El Paquete de Demostración Tecnológica (TDP) mejorar futuras misiones y
además para determinar la posición del satélite y su velocidad, entre otros datos.
Desarrollos e instrumentos científicos argentinos albergados en el satélite SAC-D:
•
La CONAE diseña los requerimientos del sistema satelital SAC-D.
•
INVAP Sociedad del Estado participa como contratista principal de la CONAE en
el diseño y en la construcción de la plataforma satelital SAC-D; realiza además la
integración (de los 8 instrumentos y de los paneles solares) y los ensayos finales.
•
La CONAE aporta una cámara de alta sensibilidad (HSC) para observación
nocturna y aplicaciones al estudio de fenómenos atmosféricos.
•
El Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR) y la Facultad de Ingeniería de la
Universidad Nacional de La Plata (FI-UNLP) aportan un radiómetro de
microondas (MWR).
•
El Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp), el IAR y la FI-UNLP (con la
participación de la Canadian Space Agency –CSA–) aportan una cámara de nueva
tecnología de barrido en el infrarrojo (NIRST).
•
La Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) aporta los dispositivos
fotovoltaicos (los paneles y celdas solares que proveerán de energía a todos los
instrumentos que integran el observatorio), diseñados, fabricados y ensayados por
el Grupo de Energía Solar de la Gerencia de Investigación y Aplicaciones, el
Departamento de Ensayos No Destructivos y Estructurales, el Departamento de
Materiales y la Gerencia Química, todos ellos pertenecientes al Centro Atómico
Constituyentes (CAC) de la CNEA, los cuales incluyen sensores solares gruesos
de silicio. Las irradiaciones fueron realizadas con el acelerador de partículas lineal
TANDAR del CAC-CNEA. Cabe destacar que en el diseño, integración y ensayos
de los paneles solares se emplearon procedimientos y herramientas desarrolladas
en la CNEA, y que las técnicas de integración fueron previamente calificadas
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mediante la realización de ensayos mecánicos y de termovacío sobre modelos de
ingeniería y calificación también diseñados e integrados por la CNEA.
•
La FI-UNLP aporta un sistema de recolección de datos (DCS), un instrumento de
demostración tecnológica (TDP) para determinación de órbita, posición y
velocidades angulares del satélite (que será utilizado en futuras misiones de la
CONAE), compuesto por un receptor GPS. Cabe señalar que participa en el
diseño del TDP el Instituto Universitario Aeronáutico (IUA) de la Fuerza Aérea
Argentina (FAA).
•
El CIOp aporta cuatro giróscopos del tipo IFOG para el TDP.
•
Entre otros organismos gubernamentales del ámbito de la Ciencia y Tecnología
nacional relacionados al proyecto, se destacan: Consejo Nacional de
Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Universidad Tecnológica
Nacional (UTN), Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA) e
Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF);
entre las empresas privadas de base tecnológica se destacan DTA S.A. y
CONSULFEM S.A.
Organismos espaciales asociados al Proyecto SAC-D/Aquarius:
•
La CONAE provee la plataforma satelital SAC-D, los cinco instrumentos
científicos que conforman el observatorio argentino, los dispositivos fotovoltáicos
que proveerán la energía, las facilidades del Centro Espacial Teófilo Tabanera
para la operación, control y recolección de datos científicos y telemetría de la
Misión, así como también la generación de información espacial.
•
La NASA provee el instrumento Aquarius, compuesto por un radiómetro
(provisto por el Goddard Space Flight Center –GSFC–) y un scaterómetro en
banda L (provisto por el Jet Propulsion Laboratory –JPL–), el vehículo lanzador
Boeing Delta II, las facilidades y servicios de lanzamiento del satélite en la base
Vandenberg de la USAF en California, y además aporta sólo para la fase inicial
de la Misión el monitoreo del satélite en órbita, y en casos de emergencias el
apoyo técnico-programático y la disponibilidad de la Red de Estaciones Terrenas.
•
La ASI (Agenzia Spaziale Italiana) provee el instrumento Radio Occultation
Sounder for Atmosphere (ROSA), destinado a observaciones de ocultaciones de
los satélites del NAVigation System and Ranging - Global Position System
(NAVSTAR-GPS). Además, la ASI aporta dos receptores GPS para la plataforma
de servicios del satélite, así como también la disponibilidad de las estaciones
terrenas de Malindi (en Kenia) para la fase inicial de la Misión y en casos de
emergencias, y también la de Matera (en Italia) para complementar los servicios
de la Estación Terrena Córdoba de la CONAE. Con el instrumento ROSA la ASI
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pretende medir perfiles atmosféricos (tropósfera y estratósfera) de temperatura,
humedad y presión, así como también perfiles ionosféricos a la altitud del SAC-D
empleando la técnica de medición de radio-ocultación de GPS. Los datos del
ROSA podrán ser usados particularmente para aplicaciones en climatología y
meteorología. Cabe señalar que, según informa la ASI, dicho instrumento fue
testeado con éxito el año pasado, al formar parte de la carga útil de la plataforma
satelital OCEANSAT-2 de la India, lanzada al espacio en Septiembre de 2009;
luego, en 2010 irá integrado al satélite argentino SAC-D y en 2011 al satélite
italiano ASI SABRINA.
•
El CNES (Centre National dÉtudes Spatiales de Francia) aporta el instrumento
denominado CARMEN-1, destinado a medir las propiedades y distribución de
micrometeroritos y desechos espaciales, así como también servirá para la
medición de los efectos de la radiación cósmica sobre componentes electrónicos
de nueva generación. El uso de datos del instrumento CARMEN-1 estarán sujetos
a la política de datos del CNES.
•
El INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais de Brasil) realizó en 2008 los
ensayos de calificación del modelo estructural del SAC-D en su Laboratório de
Integração e Testes (LIT). A partir de Mayo de 2010, y por espacio de tres o
cuatro meses, el sistema satelital SAC-D con todos sus instrumentos y paneles
solares será sometido a ensayos ambientales en el LIT-INPE (es decir, se probará
la resistencia del satélite ante las exigencias termomecánicas que tendrá durante
su lanzamiento y luego mientras desempeñe su misión en el espacio), y
posteriormente el satélite argentino será enviado a la base Vandenberg en
California para su puesta en órbita prevista para fin de año.
Misión SMOS
La misión SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity)3 de la European Space Agency
(ESA),4 tiene como objetivo medir la salinidad de los océanos y estudiar la humedad
del suelo mediente el empleo del instrumento MIRAS (Microwave Imaging
Radiometer with Aperture Synthesis).5
SMOS fue propuesto como misión para el programa Earth Explorer de la ESA en
1998 por el Dr. Yann H. Keer, Investigador Principal del Centre d’Études Spatiales
de la Biosphère (CESBIO). La selección del SMOS como misión ocurrió en Abril de
1999, fecha en que se inician los primeros estudios. Cabe señalar que el SMOS se
trata de un pequeño satélite de la serie Proetus desarrollado por el Centre National
dÉtudes Spatiales (CNES) de Francia, y en cierto sentido puede decirse que el
3
4
Humedad del Suelo y Salinidad de los Océanos.
“Los 18 Estados Miembros de la ESA son: Alemania, Austria, Bélgica, Dinamarca, España, Finlandia,
Francia, Grecia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Noruega, Países Bajos, Portugal, Reino Unido, República
Checa, Suecia y Suiza. Canadá y Hungría tienen un estatus especial y participan en algunos proyectos
conforme a un acuerdo de cooperación” http://www.esa.int/esaCP/SEMN29W4QWD_Spain_0.html
5
Radiómetro de Microondas empleando Síntesis de Apertura.
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SAC-D/Aquarius y SMOS
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proyecto SMOS es una iniciativa del CNES por su fuerte respaldo y apoyo ante la
ESA desde 1999.
Entre los principales participantes del proyecto se destacan: la ESA (responsable de la
Misión, incluida la financiación), el CNES, el Centro para el Desarrollo Tecnológico
Nacional (CDTI) de España y el Institut français de recherche pour l'exploitation de
la mer (Ifremer). Forman parte también del proyecto SMOS: la Universidad
Politécnica de Cataluña (UPC), el Instituto de Ciencias del Mar (ICM), el Centro
Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft-und Raumfahrt, DLR), los
conglomerados europeos EADS CASA, EADS Astrium y Thales Alenia Space y la
empresa española Mier Comunicaciones.
Es importante destacar que la Canadian Space Agency (CSA) aportó el diseño y
desarrollo de un procesador para medir la humedad de los suelos. Por otra parte, el
Canadian Meteorological Center recepcionará los datos recolectados por el SMOS
con el fin de generar información espacial en tiempo real. Ello significará en una
importante colaboración para el European Center for Medium-Range Weather
Forecasts.
En el segmento espacial, la ESA encargó en 2004 a EADS-CASA y CDTI la
construcción del instrumento MIRAS, que representa la carga útil de la Misión
SMOS, en cuyo desarrollo participó la UPC. En 2005 fue sometido exitosamente al
Critical Design Review, y hacia Marzo de 2007 EADS-CASA entregó el instrumento
a Thales Alenia Space para su integración a la plataforma satelital Proteus,
desarrollada por el CNES, culminando la misma en Diciembre de ese año.
Con respecto al segmento terreno, la ESA cuenta con el Segmento Terreno
Operaciones Espaciales desarrollado por el CNES, ubicado en Toulouse, y
Segmento Terreno de Procesamiento de Datos, construido por un grupo
conglomerados españoles,6 ubicado en el predio de la Estación de Seguimiento
Satélites en Villafranca del Castillo.
de
el
de
de
El SMOS fue sometido exitosamente a varios ensayos antes de la Revisión de
Aceptación para el Vuelo, la cual tuvo lugar el 25 de Mayo de 2009 (previo a ello
estuvo almacenado al menos por casi un año en las instalaciones de Thales Alenia
Space en Cannes, al Sur de Francia, donde se le habían practicado los testeos al
modelo estructural entre Julio/2007 y Junio/2008).
El 27 de Agosto fue trasladado al cosmódromo de Plesetsk, en el Norte de Rusia, y el
2 de Noviembre se llevó a cabo satisfactoriamente el lanzamiento y puesta en órbita
del satélite, mediante el empleo del misil balístico intercontinental ruso Rockot, a
cargo de la empresa germano-rusa EUROCKOT Launch Services GmbH.
A continuación se presentan, de acuerdo con el CNES, la cronología de las metas
principales de la Misión SMOS:
6
INDRA Espacio, GMV Aerospace and Defense e INSA.
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Fuente: © Centre National d’Études Spatiales (CNES), 2009.
“In the first few days after launch, we performed a series of checks and adjustments
on the satellite systems to make sure they are in good shape”,7 explica François
Bermudo, SMOS Project Leader at CNES (26/Nov/2009). En ese sentido, las
calibraciones y verificaciones de las antenas, instrumentos y giroscopios culminaron
el 17 de Noviembre, permitiendo la puesta en operación del radiómetro
interferométrico MIRAS (en el “Apéndice de imágenes Misión SMOS de la ESA” del
presente informe se exponen las primeras imágenes obtenidas por el sensor MIRAS
del SMOS). Vale mencionar que en esta etapa de calibraciones del instrumento
MIRAS participan científicos de la UPC y del ICM, así como también en el
desarrollo de algoritmos que permitirán comprender e interpretar estas variables con
la precisión requerida.
Según la ESA la fase de operación se ejecutará a partir de Mayo de 2010. No
obstante, la ESA ha programado una serie de evaluaciones mediante instrumentos
embarcados en aeronaves para validar los datos obtenidos durante la vida útil de la
Misión. En ese sentido, las mediciones previstas con aeronaves resultarán en
campañas a ser realizadas en Australia y Europa.
El SMOS será la primera misión que proporcione una visión global de los niveles de
salinidad de los océanos. De esa forma, se logrará obtener una mejor comprensión e
interpretación de la salinidad y la temperatura de los mares, lo cual ayudará a predecir
más fácil y tempranamente las zonas donde se intensifican los huracanes. La salinidad
en los mares tiene un gran impacto sobre la circulación de los océanos, que
desempeña un papel clave en la conducción del clima mundial.
Meses más tarde le seguirá la misión argentina-estadounidense SAC-D/Aquarius, que
podrá obtener la misma información con mayor precisión y a escala global, además
de poder cumplir con otros estudios e investigaciones científicas relacionadas a la
teleobservación de la Tierra, así como también realizar demostraciones tecnológicas
(véanse páginas 3 a 6 del presente informe).
Motivo y objetivos del informe
Cabe destacar la importancia estratégica que adquiere para Argentina participar en
una de las dos primeras misiones sobre el estudio de la salinidad de los océanos y del
cambio climático, y que la NASA haya confiado en la CONAE y en el desarrollo de
7
“En los primeros días después del lanzamiento, se realizó una serie de controles y ajustes en los
sistemas del satélite para asegurarse de que están en buena forma”. http://www.cnes.fr
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una plataforma satelital argentina (diseñada y construida por INVAP Sociedad del
Estado) para integrar el instrumento Aquarius de U$S 251 millones, no es un dato
menor.
En ese sentido, el motivo por el cual se elaboró el presente informe de divulgación
científica corresponde con la intención del autor y del equipo al que representa8 en
divulgar la importancia que adquiere comprender e interpretar la SSM y sus efectos
en el cambio climático, así como la provisión de datos sobre la humedad del suelo en
grandes extensiones, para prevenir tempranamente el desarrollo de catástrofes
naturales (como huracanes, inundaciones, e incluso la aparición/dispersión de
enfermedades), y mostrar que la generación de información espacial en ese sentido
responde a los intereses vitales del país, así como también a su Seguridad Nacional.
Este informe es el resultado de una larga recopilación y procesamiento de datos
secundarios producidos por organismos e institutos estatales (y algunos privados) de
la Argentina, los Estados Unidos y la Unión Europea (listados en orden alfabético):
•
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•
•
American Geophysical Union, USA.
Centre d’Études Spatiales de la Biosphère (CESBIO), Francia.
Centre National d’Études Spatiales (CNES), Francia.
Centro Atómico Constituyentes (CAC) de la Comisión Nacional de Energía
Atómica (CNEA), Argentina.
Departamento de Tecnología Aeroespacial del Centro Latinoamericano de
Investigaciones Científicas y Técnicas (CLICET), Argentina.
Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), Argentina.
Earth & Space Research (ESR), USA.
European Space Agency (ESA), 18 Estados Miembros.
Inter-American Institute for Global Change Research (IAI), Brasil.
Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (Ifremer), Francia.
Instituto de Investigación en Ciencias Sociales (IDICSO, Universidad del
Salvador), Argentina.
Investigaciones Aplicadas Sociedad del Estado (INVAP), Argentina.
National Academy of Sciences, USA.
National Aeronautics and Space Administration (NASA), USA.
National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), USA.
School of Marine Sciences (University of Maine), USA.
Scripps Institution of Oceanography (UC San Diego), USA.
The Oceanography Society, USA.
USC Earth Sciences (University of Southern California), USA.
El objetivo principal de este informe es la divulgación científica acerca de la
importancia estratégica que representa el estudio de la SSM y sus efectos en el
cambio climático, abordando la evolución de las dos únicas misiones en su tipo en la
8
Departamento de Tecnología Aeroespacial del CLICET.
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SAC-D/Aquarius y SMOS
actualidad, y que llevan a cabo agencias espaciales gubernamentales: SMOS de la
ESA y SAC-D/Aquarius de la CONAE/NASA.
En ese sentido se realizará un análisis conceptual sobre la salinidad, temperatura
superficial y densidad del agua de mar, para luego abordar sus efectos sobre el ciclo
del agua, en la circulación de los océanos y el cambio climático, y por último se
caracterizarán los objetivos y aplicaciones de las misiones científicas mencionadas.
Sobre el final del documento se presentan apéndices con imágenes correspondientes a
la evolución de ambas misiones satelitales.
Agradezco a la Gerencia General de INVAP Sociedad del Estado la posibilidad de
visitar con mi equipo de trabajo durante el mes de Marzo de 2010 las nuevas
instalaciones de la empresa en Bariloche y poder observar los trabajos de integración
de los instrumentos científicos, paneles solares y componentes electrónicos a la
plataforma satelital SAC-D antes de su partida al espacio.9
Ricardo De Dicco.
Buenos Aires, Junio/2009 (1º Ed.) y S. C. de Bariloche, Marzo/2010 (2º Ed.).
9
Previa escala en el LIT-INPE de Brasil para el testeo ambiental correspondiente, como fuera
mencionado oportunamente.
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La Salinidad, la Temperatura Superficial y la Densidad del Agua de
Mar
E
l contenido de sal (o la salinidad) del agua de mar se mide por la cantidad de
sal contenida en un kilogramo de agua. También puede definirse la salinidad
como un coeficiente de conductividad adimensional, conocido como
“Unidades Prácticas de Salinidad” (PSU, por su sigla en inglés). Por ejemplo, la
salinidad es de 35 PSU equivalente a 35.000 ppm (partes por millón),10 lo que
significa que hay más de 35 libras de sal por cada 1.000 libras de agua de mar; dicho
de otra forma, 34,8 gramos de sal por cada kilogramo de agua en los océanos
(recordar que en el mar un litro de agua pesa más que un kilogramo). El agua de los
mares del mundo posee un total aproximado de 3,5% de sal.11 Además de la
salinidad, también es importante conocer la temperatura del agua. La figura que se
expone a continuación representa la temperatura media anual de la superficie del mar:
Figura: © University of Southern California.
10
Cabe destacar que la SSM varía según el lugar. La SSM en el océano abierto generalmente oscila
entre 32 y 37 PSU, pero puede ser mucho menor, cerca de fuentes de agua dulce, o evitar la media y
alcanzar registros de hasta 42 PSU, como en el Mar Rojo.
11
Las sales disueltas en los océanos conforman por: 55,3% cloro, 30,8% sodio, 3,7% magnesio, 2,6%
sulfuro, 1,2% calcio y 1,1% potasio.
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En la superficie, las pautas de la temperatura media en general, coinciden con la
latitud: las temperaturas más cálidas se encuentran en los trópicos y las aguas más
frías se encuentran próximas a los polos, como es sabido. En términos generales, la
temperatura promedio en las aguas superficiales de los océanos es de 17ºC. Sin
embargo, importantes excepciones a esta tendencia se ven cerca de las costas a lo
largo del ecuador en el Océano Pacífico. Al disolverse la sal en el agua, la masa
aumenta, mientras que su volumen se mantiene igual, por lo que la densidad del agua
aumentará. La disminución de la temperatura del agua también aumentará su
densidad. Por consiguiente, obtenemos una salinidad del océano y temperaturas de
superficie en densidades que oscilan entre 1.016 y 1.028 kg por metro cúbico. En
efecto, la temperatura y la salinidad son dos factores fundamentales que afectan las
densidades en los mares, y es por ello que en la medida que la temperatura desciende
la densidad del agua de los océanos aumenta constantemente, hasta el punto de
congelación (-1,94ºC), así como también el aumento de salinidad provoca de igual
forma un aumento de la densidad del agua de mar. Sin embargo, la temperatura
muestra un mayor efecto que la salinidad sobre la densidad del agua. La figura de
abajo representa la dependencia de la densidad del agua en función de la temperatura
y la salinidad. Temperatura y Salinidad del agua de mar: las líneas representan
isopycnals (líneas de densidad constante) en la superficie del mar, y se define como σt
(densidad – 1.000 kg/m3-):
Figura: © University of Southern California.
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SAC-D/Aquarius y SMOS
Veamos a continuación la variación de la temperatura de la superficie de los océanos,
durante el período Enero-Mayo de 2009:
Fecha
Enero/2009
Febrero/2009
Marzo/2009
Abril/2009
Mayo/2009
Fuente: © Earth Observatory de la NASA, 2009.
Consultar los siguientes hipervínculos:
http://earthobservatory.nasa.gov/GlobalMaps/view.php?d1=MYD28M
http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/Search.html?datasetId=MYD28M
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La salinidad de los océanos y el cambio climático: objetivos de las misiones
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Veamos a continuación la presentación de anomalías en la temperatura de la
superficie de los océanos, durante el período Enero-Mayo de 2009:
Fecha
Enero/2009
Febrero/2009
Marzo/2009
Abril/2009
Mayo/2009
Fuente: © Earth Observatory de la NASA, 2009.
Consultar los siguientes hipervínculos:
http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/Search.html?datasetId=MYD28M
http://neo.sci.gsfc.nasa.gov/Search.html?datasetId=AMSRE_SSTAn_M
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La figura que se expone a continuación representa la salinidad media anual de la
superficie de los océanos:
Figura: © University of Southern California.
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El Ciclo del Agua
U
na característica definitoria del agua de mar es la relativamente alta
concentración de sales disueltas o salinidad.12 Para comprender por qué el
mar es salado es necesario comprender los ciclos del agua entre sus estados
físicos: líquido, gaseoso (vapor) y sólido (hielo). Como un líquido, el agua disuelve
las rocas y los sedimentos, y reacciona con las emisiones de los volcanes y fuentes
hidrotermales: esto da lugar a una solución de sales minerales en nuestras cuencas
oceánicas. En otras partes del ciclo, sin embargo, el agua y la sal son incompatibles:
el vapor de agua y el hielo son esencialmente libres de sal.
A través de la historia de la Tierra, ciertos procesos -incluida la erosión de las rocas,
la evaporación del agua del océano y la formación de hielo marino- han servido para
hacer que el mar sea salado. Estos factores que provocaron un “aumento” de la
salinidad son contrarrestados por la continua disminución de la salinidad, debido a
procesos tales como el continuo aporte de agua dulce de los ríos, las precipitaciones
de lluvia y nieve, y el derretimiento del hielo.
La molécula de agua, H2O, es única en el sentido de que, naturalmente, puede existir
como un gas (vapor), líquido (agua) y sólido (hielo) dentro de la gama relativamente
pequeña de la temperatura del aire y las presiones encontradas en la superficie de la
Tierra. “El ciclo del agua” está determinado por los intercambios entre el océano y la
atmósfera. De hecho, el 86% de la evaporación y el 78% de la precipitación mundial
se producen sobre el océano.
La SSM se convierte, por así decirlo, en un instrumento de medición para comprender
e interpretar mejor los ciclos de agua dulce en el océano. Esto es debido a que en
algunas partes del ciclo del agua aumentará la salinidad, así como también disminuirá
en otras partes (véase el diagrama de la página siguiente).
La SSM a nivel mundial se rige por patrones de diferencias geográficas. Al igual que
en los continentes, algunas latitudes del océano son “lluviosas”, mientras que otras
son “áridas y desérticas”, por así decirlo. En general, determinada por las latitudes,
las precipitaciones tienen bajos SSM, y las determinadas por la alta evaporación de
alta SSM.
En relación a las corrientes oceánicas, la SSM también puede modificar las pautas de
comportamiento en el transporte de las aguas superficiales -SSM y su “firma”- a
través de los cinturones de latitud. La Corriente del Golfo, por ejemplo, transporta
agua caliente, de alta salinidad del agua, de los trópicos a Europa a lo largo del
Océano Atlántico.
12
La concentración (cantidad por peso) de sal en el agua varía según el tipo: agua dulce (1.000 ppm),
agua levemente salada (de 1.000 a 3.000 ppm), agua moderadamente salada (de 3.000 a 10.000 ppm) y
agua altamente salada (de 10.000 a 35.000 ppm).
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Diagrama: © NASA-GSFC.
Para realizar el seguimiento de los cambios en los patrones de SSM en el tiempo, los
científicos deberán vigilar la relación entre los dos principales procesos en los
océanos: 1) la evaporación (“E”) que controla la pérdida de agua, y 2) la precipitación
(“P”) que regula la ganancia de agua. Mediante el SMOS y con mayor precisión con
el SAC-D/Aquarius, los científicos serán capaces de producir mapas a nivel mundial
(E - P). Así, por primera vez se podrá observar cómo el océano responde a la
variabilidad en el ciclo del agua, de temporada a temporada y de año tras año.
(E - P)
SSS Cambio
Ejemplos de cómo el cambio en la SSS puede
afectar el medio ambiente
Incremento
Reducción de agua de mar en la capacidad de
absorber dióxido de carbono, un gas de efecto
invernadero. Los científicos han visto pruebas de tal
cambio frente a las costas de Hawaii.
Disminución
El "refrescar" de agua de mar disminuye su
densidad, lo que reduce su capacidad de sumidero.
Mantener la densidad de la circulación termohalina
controlados es clave para mantener el transporte de
calor del océano -y el clima de la Tierra- en
equilibrio.
Positivo: La
evaporación
supera la
precipitación
Negativo: La
precipitación es
superior a la
evaporación
Fuente: © NASA-GSFC.
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Fuente: © NASA-GSFC.
Los modelos SVAT (Soil-Vegetation-Atmosphere Transfer) actuales se diseñan para
describir los procesos básicos de evaporación en la superficie, junto con la
transpiración vegetal, el drenado, la escorrentía superficial y las variaciones de
humedad del suelo. En las simulaciones de modelos de SVAT se necesita un valor
inicial suficientemente realista de cantidad de agua en la zona no saturada, que la
misión SMOS permitirá estimar de forma global. Como dice el Mission Requirements
Document:
“(…) las series temporales de humedad del suelo superficial permiten la
determinación de la humedad de la zona no saturada y la evapotranspiración. En
suelos sin vegetación (o con muy poca), las series temporales de humedad superficial
permiten calcular la escorrentía y el ritmo de evaporación. En suelos cubiertos de
vegetación, la humedad de la zona no saturada es necesaria para describir los flujos
de agua y energía en el continuo suelo-vegetación-atmósfera. Es más, incluyendo
algoritmos de asimilación de CO2 en los esquemas de SVAT se puede llegar a simular
el crecimiento de la vegetación y explorar así los mecanismos de respuesta de la
biosfera a cambios en los patrones de lluvia, en la temperatura y en el
almacenamiento de agua en el terreno” (http://www.esa.int/esaLP/LPsmos.html)
En suelos con abudante vegetación, la cantidad de agua almacenada por las plantas
(denominada profundidad óptica de la vegetación) debe ser tenida en cuenta. La
misma profundidad óptica de la vegetación puede ser un producto útil para la
comunidad científica, con el objeto de monitorizar el estado de la cubierta vegetal. Al
liberar vapor de agua a la atmósfera, se libera calor del terreno hacia la atmósfera por
lo que en terrenos con alta humedad del suelo la temperatura local tiende a bajar. Por
otra parte, cabe señalar que la cantidad de agua en las capas superficiales del terreno
determina directamente la capacidad de alamacenamiento de calor de ese suelo, su
conductividad térmica, y la partición de energía entre los flujos de calor latente y
sensible. Es poor ello que la humedad del suelo es una variable clave en el
intercambio de energía entre la Tierra y la atmósfera, y en ese sentido la importancia
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que representa para ambas misiones espaciales poder tomar las mediciones
pertinentes.
La humedad contenida en las capas más superficiales de las zonas continentales
supone en realidad una muy pequeña parte del agua del planeta -un esquema de cuyo
ciclo global se puede observar en la ilustración que se expone abajo-, pero su
importancia a la hora de mantener la vida es fundamental -pareja a la del vapor de
agua atmosférico-, al constituir el principal aporte de agua que recibe la vegetación.
Obtener medidas precisas de esta variable es especialmente valioso para la ecología,
el estudio de los ciclos biogeoquímicos, la monitorización de zonas propensas a sufrir
deslizamientos de tierra, etc. Además, permite controlar los recursos hidrológicos
globales y determinar la producción de alimentos, por lo que es de gran interés para la
política de gestión de recursos primarios. Como fuera mencionada precedentemente,
las misiones SMOS y SAC-D/Aquarius podrán llevar a cabo esta clase de estudios.
Ilustración: © ESA.
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Ilustración: © ESA.
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La Circulación Oceánica y el Clima
L
a influencia de la salinidad en la circulación de los océanos y el clima puede
ser más profunda en las altas latitudes del planeta. Por ejemplo, el Atlántico
Norte es una fuente primaria de hundimiento de masas de frías, densas y de
alto contenido de salinidad, desencadenando el proceso de la circulación termohalina
que se extiende a lo largo los océanos del mundo. La circulación termohalina es la
responsable de la mayor parte del transporte de calor que regula el clima. Además,
estudios recientes muestran que los últimos cambios climáticos están relacionados
con cambios significativos en la fuerza de la circulación termohalina.
Representación esquemática de la circulación termohalina:
Esquema: © University of Southern California.
En latitudes medias, la salinidad influye en la profundidad a la que las masas de agua
se hunden y en qué medida se extienden a través del océano. La ubicación y la
profundidad de estas masas de agua controlan el calor, y las sales se transportan entre
los trópicos y en latitudes altas. Al igual que los frentes atmosféricos que aportan
tiempo inestable, los frentes oceánicos son áreas de alta correlación con la actividad,
a menudo importantes, tales como la pesca de atún.
En los trópicos, la SSM está muy controlada por las precipitaciones y la escorrentía
fluvial;13 estas fuentes de agua dulce interactúan con la atmósfera para regular los
océanos, las cuales afectan a casi la mitad de la población humana del mundo cada
13
La escorrentía fluvial es aquella agua proveniente tanto de precipitaciones de agua o nive que no
llegan a ser absorvidas por el suelo de forma natural.
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año. Asimismo, los fenómenos de “El Niño” y “La Niña” tienen efectos profundos en
la humanidad y son -a un grado desconocido- regidos por la salinidad y temperatura
de los océanos.
Con la puesta en órbita del SMOS en Noviembre pasado y del SAC-DAquarius a
fines de 2010, los científicos podrán indagar sobre los patrones de SSM a lo largo del
tiempo y poder así comprender las variaciones de salinidad del océano y la influencia
de la densidad de la circulación de los océanos desde los trópicos hacia los polos. La
SSM es la clave para discernir e interpretar las variaciones en la circulación de los
océanos y sus efectos en el cambio climático global a través del tiempo.
Algunos mapas al respecto elaborados por el Goddard Space Flight Center (GSFC) de
la NASA:
Mapa: © NASA-GSFC.
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Mapa: © NASA-GSFC.
Mapa: © NASA-GSFC.
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La Salinidad Superficial del Mar analizada desde el Espacio
Instrumento Aquarius del SAC-D
Hipotética imagen desde el vehículo lanzador Delta II de la NASA del sistema
satelital SAC-D/Aquarius con sus paneles solares desplegados, en órbita a 657 km
sobre la Patagonia y el Mar Argentino, a fines de 2010
Ilustración: © NASA Goddard Space Flight Center (GSFC).
L
a SSM es una medida clave en el ciclo mundial del agua, que recientemente
comienza a ser estudiada y monitoreada desde el espacio. El instrumento
Aquarius de la NASA incluirá un conjunto de tres radiómetros que son
sensibles a la salinidad (1,413 GHz; banda L) y un dispersómetro que corrige la
rugosidad de la superficie (oleaje) del océano. En combinación con el Aquarius, los
dos instrumentos provistos por la CONAE complementan su estratégica Misión: el
Radiómetro de Microondas (MWR) desarrollado por el IAR y la FI-UNLP y la
Cámara Infrarroja de Nueva Tecnología (NIRST) desarrollada por el CIOp, el IAR y
la FI-UNLP (con la colaboración de la CSA). Los tres instrumentos combinados
recopilarán más datos en dos meses que lo que se había acumulado por los buques
oceanográficos y en los sensores durante los cien años previos a su lanzamiento. En
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ese sentido, la Misión SAC-D/Aquarius será capaz de monitorear los cambios
mundiales de la SSM de manera sistemática y constante.
Mapas: © NASA-GSFC.
Los datos relacionados con los objetivos del instrumento Aquarius son:
•
Proporcionar la primera generación de observaciones mundiales de SSM, que
cubre la superficie de la Tierra una vez cada 7 días.
•
Entrega mensual de mapas de 150 kilometros de resolución SSM a través de
una misión de 3 años de vida (mínimo).
•
La SSM podrá alcanzar la precisión de 0,2 PSU.
Los objetivos relacionados con la investigación del Aquarius incluyen una mejor
comprensión de:
•
14
El ciclo del agua. El 86% de la evaporación y el 78% de la precipitación
mundial ocurrirá en los océanos,14 por lo que la SSM se convierte en la
variable clave para comprender e interpretar cómo el agua dulce de entrada y
de salida afecta a la dinámica de los océanos.
Como fuera mencionado en el capítulo “El “Ciclo del Agua”, página 16 del presente informe.
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•
La circulación de los océanos. Con la temperatura, la salinidad del agua del
mar determina la densidad y la flotabilidad, que impulsan la medida de la
estratificación de los océanos, la mezcla, y la formación de masa de agua.
•
Clima. Como modelos a evolucionar, el Aquarius proporcionará la SSM
imprescindible de datos necesarios para conectar los dos componentes
principales del sistema climático: el ciclo del agua y la circulación de los
océanos.
En el esquema de abajo se puede observar que entre los importantes factores
geofísicos que deben incluirse en la recolección de datos de la salinidad por parte de
un radiómetro en el espacio son las emisiones de la atmósfera, la rotación de Faraday
en la ionósfera, la temperatura y la rugosidad (del oleaje) de la superficie del océano,
y la presencia de las radiaciones cósmicas que se reflejan en la superficie:
Esquema: © NASA-GSFC.
Como fuera mencionado en la presentación de este informe, el instrumento Aquarius
está compuesto por un radiómetro provisto por el GSFC y un scaterómetro en banda
L provisto por el JPL.
A continuación se presenta una tabla con información técnica del instrumento
Aquarius:
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Aquarius Instrument Information
Item Value
Summary/Units
Sensor type
Radiometers at 1.413 GHz; scatterometer at 1.26
GHz
Number of instruments
1
Number of channels
3 antenna feeds, 3 polarimetric radiometers, 1
polarimetric scatterometer
Size
3 m x 6 m_ 4 m, antenna deployed
Mass with contingency
400 kg
Power with contingency
450 W, 100% duty cycle, 50 W standby
Data rate with contingency
TBD kbps
Optical layout
3 antenna beams at 29°, 38°, 45° incidence angles
to shadow side of orbit
Footprint sizes
76 X 94 km, 84 X 120 km, 96 X 156 km
Radiometer NEDT 6 sec integration
0.08 K
Radiometer stability for 7 days
0.12 K
Radar calibration stability for 7 days
0.13 dB
Ground calibration scheme
In situ SSS sensors on buoys and ships
Onorbit calibration scheme
Noise diodes in radiometer and cold sky
measurements
Pointing requirements (3s)
0.05 (knowledge); 0.5 (control and stability)
Command and control requirements
Once per month for cold sky measurement
Operational modes
ON, Standby, Survival
Modelos digitales del instrumento Aquarius y del satélite SAC-D
Fuente: © NASA-GSFC.
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Instrumentos abordo de la Misión SAC-D/Aquarius por Agencias Espaciales
Instrumentos
Aquarius
MWR
NIRST
Agencias
Espaciales
Objetivos
Comprensión de la circulación oceánica, el ciclo global
del agua y sus interacciones con el clima. Medida de
humedad de suelo sobre Argentina
Promedio de precipitaciones, velocidad del viento,
concentración de hielos marinos, vapor de agua y
nubes
Detección de focos de calor,
temperatura superficial del mar
mediciones
de
HSC
Iluminación urbana, tormentas eléctricas, auroras,
cobertura de nieve
DCS
Sistema de recolección de datos
ROSA
CARMEN I
Modelos de
demostración
tecnológica
Propiedades de la atmósfera
CONAE
(Argentina)
CONAE
(Argentina) /
CSA (Canadá)
CONAE
(Argentina)
CONAE
(Argentina)
ASI (Italia)
Efectos de la radiación cósmica sobre componentes
electrónicos, distribución de micrometeoritos y
desechos espaciales
Determinación de posición,
Velocidad angular inercial
NASA (EE.UU.)
velocidad
y
tiempo.
CNES (Francia)
CONAE
(Argentina)
Nota. Para información técnica sobre los instrumentos que irán abordo del satélite SAC-D,
consultar: http://www.conae.gov.ar/satelites/sac-d_instrum.html
Fuente: CONAE. Ilustración: © NASA-GSFC.
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Perfil de la Misión SAC-D/Aquarius
Responsables de la Misión
CONAE-NASA
Áreas de interés general de la Misión
Oceanografía, Ciencias Atmosféricas, Hidrología,
Monitoreo de Desastres y Vigilancia Ambiental,
Hielo marino y nieve, Ambiente y Biodiversidad,
Epidemiología Panorámica y Pesca
Constructor del satélite
INVAP Sociedad del Estado
Carga útil
8 instrumentos científicos (5 de ellos argentinos)
Dispositivos fotovoltáicos para provisión
de energía
Integración y ensayos de los
instrumentos científicos y paneles solares
Centro Atómico Constituyentes de la CNEA
INVAP Sociedad del Estado
Testeo ambiental
LIT-INPE de Brasil
Peso del satélite
1.405 kg
Órbita
Helio sincrónica 657 km
Hora de pasada del satélite
06:00 pm (hora local del nodo descendente)
Fecha de lanzamiento
Fines de 2010 o comienzos de 2011
Vehículo lanzador
Boeing Delta II provisto por la NASA
Lugar del lanzamiento
Base Vandenberg de la USAF en California
Fuente: CONAE y NASA.
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El siguiente esquema refleja el circuito inicial de la misión:
Esquema de la misión SAC-D/Aquarius de la CONAE-NASA
Satélite SAC-D/Aquarius
(CONAE/NASA)
Diciembre/2010: Delta II
(NASA)
Estación Terrena Córdoba y Centro de Control de
Misión para la recolección y procesamiento de
datos (CONAE)
Productos y archivo de mapas
de salinidad de los océanos
(CONAE/NASA-JPL)
Sistema Terreno Aquarius
(NASA-GSFC)
Créditos de las ilustraciones y fotos: CONAE, INVAP, NASA y Vandenberg Air Force Base.
Fuente: elaboración propia en base a datos de la CONAE y la NASA.
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Configuración del vehículo de lanzamiento Boeing Delta II:
Configuración del SAC-D/Aquarius para su lanzamiento:
Ilustraciones: © CONAE / NASA-GSFC, 2009.
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Configuración del sistema satelital:
Vistas en perspectivas de la plataforma satelital de servicios:
Ilustraciones: © CONAE / NASA-GSFC, 2009.
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Para mayor información sobre la Misión SAC-D/Aquarius, consultar:
NASA Aquarius web site
CONAE SAC-D web site
INVAP SAC-D web site
The Aquarius/SAC-D Mission: Designed to Meet the Salinity Remote-Sensing
Challenge (Mar/2008, elaborado por Gary Lagerloef de la NASA, Fernando Raul
Colomb de la CONAE et al).
Proyecto SAC-D/Aquarius (Ago/2008, elaborado por Ricardo De Dicco del CLICET
/ IDICSO-USAL y publicado por el CLICET).
Proyecto SAC-D/Aquarius (Oct/2008, elaborado por Ricardo De Dicco del CLICET /
IDICSO-USAL y publicado por el Instituto Argentino de Radioastronomía).
Notas de prensa de la CONAE:
Mar/2010. Se realizó en Bariloche el Seminario de la Misión Satelital SACD/Aquarius
Oct/2009. Se presentaron los proyectos de investigación del Grupo de Ciencia SACD Aquarius
Oct/2009. 5to. Encuentro de Ciencia de la Misión SAC-D Aquarius
Sep/2009. Reunión del Grupo de Trabajo de Operaciones de la Misión SACD/Aquarius
Jun/2009. El instrumento Aquarius está en Bariloche para ser integrado al satélite
SAC-D
Dic/2008. Comienza el 4to. Workshop de Ciencia SAC-D Aquarius en honor al
Dr.Fernando Raul Colomb. 3 al 5 de diciembre en Puerto Madryn, Chubut
Jul/2008. Finalizó con éxito la Revisión Crítica del Diseño del satélite SACD/Aquarius (Misión y Observatorio). Buenos Aires, 21 al 24 de julio de 2008
Mar/2008. Fue aprobada la revisión crítica de diseño y se inicia la construcción del
modelo de vuelo del satélite SAC-D/Aquarius
Dic/2005. Revisión del Diseño Preliminar de los instrumentos argentinos de la
Misión SAC-D/Aquarius
Mar/2004. Firma CONAE - NASA por el SAC-D AQUARIUS
Feb/2004. La máxima autoridad de la NASA, Sean O´Keefe, viene a la Argentina a
firmar un acuerdo de cooperación con la CONAE para la Misión satelital conjunta
SAC-D / Aquarius
Oct/2003. Avances de la Misión SAC-D / Aquarius, el nuevo proyecto satelital
argentino en el que participa todo el sistema científico y tecnológico nacional
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Instrumento MIRAS del SMOS
Concepción artística del SMOS orbitando la Tierra el 2/Nov/2009
Ilustración: © European Space Agency (ESA), 2009.
El objetivo fundamental de la misión SMOS al observar las zonas marinas del planeta
es monitorear globalmente la circulación oceánica, al permitir la observación de la
salinidad la determinación del trazado de las masas de agua, y en especial de la
circulación dependiente de los cambios de densidad en las masas de agua.
La densidad oceánica es una función no lineal dependiente de dos variables, como
fuera explicado oportunamente en las páginas precedentes: la temperatura del agua y
su salinidad, motivo por el cual el conjunto de estos procesos globales se denomina
circulación termohalina (de termo -temperatura- y halina -salinidad-). Ésta se puede
determinar utilizando los datos de salinidad que obtendrá la Misión SMOS.
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Esquema de la circulación termohalina:
Esquema: © University of Southern California.
Como fuera mencionado en el capítulo introductorio, la Misión SMOS consiste en
una pequeña plafatorma satelital genérica denominada Proteus, suministrada por el
CNES de Francia, la cual sirve de base para un innovador instrumento denominado
MIRAS (Microwave Imaging Radiometer with Aperture Synthesis), desarrollado por
EADS-CASA Espacio en España. SMOS es la primer Misión que llevará un
radiómetro interferométrico en 2D a una órbita polar.
Según la ESA, mediante el empleo de esta nueva tecnología, la Misión SMOS medirá
la concentración de humedad en el suelo y de sal en la superficie de los océanos para
comprender e interpretar mejor el ciclo del agua y conocer con mayor profundidad
cómo el cambio climático puede estar afectando a los patrones de evaporación en los
océanos y en tierra firme. Por otra parte, cabe destacar que los datos de la salinidad de
las aguas superficiales de los océanos también avanzarán nuestro conocimiento sobre
la circulación de los océanos, que constituye un factor importante en la moderación
del clima.
A continuación una serie de mapas de simulación de la SSM temporada tras
temporada:
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Mapas: © ESA.
Los sensores del MIRAS permitirán captar la radiación de 1,4 GHz que emite la
superficie de la Tierra, ya que es la óptima en cuanto a sensibilidad de la salinidad y
de la humedad del suelo. Además, a esta frecuencia, dentro de la denominada banda L
de microondas en la que la atmósfera es prácticamente invisible para las radiaciones,
está prohibido hacer emisiones artificiales para no interferir con las observaciones.
Presentan sólo pequeñas variaciones, aunque demuestran la uniformidad de una
comparación más salada del Atlántico al Pacífico. Desde el muestreo in situ es difícil,
en la actualidad la única manera de estimar la salinidad de los océanos mundiales es
para simular los datos a través de complejos modelos de informáticos. Pero ello será
diferente con las misiones SMOS y SAC-D/Aquarius.
En suma, los objetivos científicos del SMOS son:
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•
Supervisar a escala mundial la humedad de la superficie del suelo y la SSM.
•
Mejorar la caracterización del hielo y de las superficies cubiertas de nieve.
Dichos objetivos se persiguen con el fin de obtener:
•
Un importante avance para la climatología, oceanografía, meteorología,
hidrología, agronomía y ciencias glaciológicas.
•
Evaluar el potencial de estas mediciones para mejorar la gestión de los
recursos hídricos.
A continuación se expone una ilustración del instrumento MIRAS. Como fuera
mencionado antes, el radiómetro podrá operar entre 1.400 y 1.427 MHz (banda L). Se
compone de una estructura central y de tres paneles desplegables, cada uno de los
cuales tiene tres segmentos. Los 69 elementos de antena-receptor (LICEFs) están
distribuidos en los tres paneles y estructura central. La ilustración que se presenta
aquí muestra una vista detallada de un LICEF:
Imagen: © ESA.
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“The biggest challenge the SMOS mission faces is to fly
and demonstrate a completely new type of instrument –
a radiometer that operates between 1400-1427 MHz (Lband).
In order to achieve the required spatial resolution for
observing soil moisture and ocean salinity a huge
antenna would normally be necessary. For the SMOS
mission, however, the antenna aperture has been
cleverly synthesized through a multitude of small
antennae. After more than 10 years of research and
development, with the aim of demonstrating key
instrument performance such as antenna deployment
and image validation, the innovative SMOS instrument,
called MIRAS (Microwave Imaging Radiometer using
Aperture Synthesis) has been realised.
MIRAS consists of a central structure and three
deployable arms, each of which has three segments.
During launch, these arms are folded-up, but soon after
separation from the launch vehicle they are gently
deployed via a system of spring-operated motors and
speed regulators.
There are 69 antenna elements – the so-called LICEF
receivers, which are equally distributed over the three
arms and the central structure. Each LICEF is an
antenna-received integrated unit that measures the
radiation emitted from the Earth at L-band. The acquired
signal is then transmitted to a central correlator unit,
which performs interferometry cross-correlations of the
signals between all possible combinations of receiver
pairs. By pre-processing the calculations on-board, the
amount of data that has to be transmitted to the ground
is significantly reduced”.
Fuente: © ESA.
Despliegue del SMOS:
Imagen: © CNES, 2009.
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Principales características de la Misión SMOS
Launched
2/Nov/2009 (lanzamiento exitoso)
Duration
Nominally 3 years (including a 6 month comissioning phase) with
an optional 2 year extension.
Instrument
Microwave Imaging Radiometer using Aperture Synthesis – MIRAS
Instrument concept
Passive microwave 2D-interferometer
Frequency
L-band (21 cm-1.4 GHz)
Number of receivers
69
Spatial resolution
35 km at centre of field of view
Tilt angle
32.5 degrees
Radiometric resolution
0.8 - 2.2 K
Angular range
0-55 degrees
Temporal resolution
3 days revisit at Equator
Mass
Total 658 kg launch mass comprising: 275 kg for platform, 355 kg
for payload, 28 kg fuel
Orbit
Sun-synchronous, dawn/dusk, quasi-circular orbit at altitude 758
km. 06.00 hrs local solar time at ascending node
Launcher
Rockot, KM-Breeze upper stage
Bus
Proteus (1 m cube)
Power
Up to 1065 W (511 W available for payload; 78 AH Li-ion battery
Spacecraft Operations
Control Centre
CNES, Toulouse, France
S-Band TTC link
4 kbps uplink, 722 kbps downlink
Payload Mission and
Data Centre
ESAC, Villafranca, Spain
X-Band data downlink
16.8 Mbps
Lifetime
Minimum 3 years
Fuente: CNES y ESA.
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Configuración del satélite SMOS para el lanzamiento:
Imagen: © CNES, 2009.
Concepción artística del SMOS orbitando la Tierra el 2/Nov/2009
Ilustración: © ESA, 2009.
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Modelo digital del SMOS en órbita casi polar el 2/Nov/2009
Ilustración: © ESA, 2009.
El SMOS alcanzando su órbita definitiva a 758 km sobre la Tierra el 19/Nov/2009
Ilustración: © ESA, 2009.
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Para mayor información sobre la Misión SMOS, consultar:
ESA SMOS web site
CNES SMOS Globlal Water Cycle Mission web site
Measuring Ocean Salinity with ESA’s SMOS Mission (elaborado por la ESA,
Ago/2002).
SMOS: la misión del agua de la ESA (elaborado por la ESA, May/2009).
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Apéndice de imágenes Misión SAC-D/Aquarius de la CONAE/NASA
Proyecto SAC-D/Aquarius
Instrumentos científicos de la CONAE y la
NASA abordo de la plataforma satelital
argentina SAC-D
Gary Lagerloef, Investigador Principal por
parte de la NASA-GSFC en el Proyecto
Aquarius, posando junto a la plataforma
satelital SAC-D de la CONAE
Ensamblaje de los componentes y de la antena del Aquarius en el SAC-D de la CONAE
Ilustraciones y Foto: © NASA-GSFC, 2008.
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Integración de omponentes al instrumento Aquarius en instalaciones del GSFC y
del JPL de la NASA
Fotos: © NASA-GSFC, 2008.
Presentación de la plataforma satelital argentina SAC-D. Foto: © NASA-GSFC, 2008.
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Testeo del modelo estructural del sistema satelital SAC-D/Aquarius en el LIT-INPE de Brasil.
Foto: Gentileza del INPE © 2008.
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Un ingeniero de control del Jet Propulsion Laboratory (JPL) de la NASA examinando al
instrumento Aquarius en su etapa de preparación para su envío a la Argentina el 1/Jun/2009.
Foto: © NASA-JPL, 29/May/2009.
“El instrumento Aquarius es descargado de la bodega del avión” (Boeing C-17 Globemaster
III, matrícula 55143 del Air Force Reserve Command -AFRC-), en el Aeropuerto Internacional
de San Carlos de Bariloche, Provincia de Río Negro, Argentina.
Foto: © CONAE, 3/Jun/2009.
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“El Ing. Daniel Caruso, jefe del proyecto SAC-D, y el Ing. Enrique Botinelli formaron parte del
equipo de la CONAE que tuvo a su cargo las operaciones de recepción, carga y traslado del
instrumento Aquarius y equipamiento relacionado”.
Foto: © CONAE, 3/Jun/2009.
Fotos: Construcción y ensayos de los dispositivos fotovoltaicos que brindarán energía a los
instrumentos del sistema satelital SAC-D/Aquarius de la CONAE-NASA.
Foto: Centro Atómico Constituyentes de la CNEA © 2009.
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Inauguración de las nuevas instalaciones de INVAP realizada por la Presidente de la Nación,
Dra. Cristina Fernández de Kirchner, el 20/Ene/2010. Fotos: Gentileza de INVAP ©
Enero/2010 (arriba y al centro) y NASA-GSFC © Enero/2010 (abajo).
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Instrumento Aquarius. Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Arriba: Modelo estructural del SAC-D con instrumentos y paneles solares. Abajo: integración
de instrumentos a la plataforma satelital SAC-D.
Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Ensayos al modelo estructural del satélite SAC-D.
Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Arriba: Paneles solares (adelante y derecha), satélite SAC-D sobre plataforma de ensayos y modelo estructural del
satélite de telecomunicaciones ARSAT-1 (atrás, izquierda y derecha respectivamente). Abajo: ensayos sobre
componentes electrónicos del SAC-D. Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Arriba: modelo estructural del SAC-D sobre plataforma de ensayos. Abajo: integración de
instrumentos y componentes electrónicos. Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Integración de instrumentos y componentes electrónicos a la plataforma satelital SAC-D.
Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Integración y ensayos del satélite SAC-D.
Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Integración y ensayos del satélite SAC-D.
Foto: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Arriba: vista panorámica de la sala de integración y ensayos. Abajo: paneles solares que
brindarán energía a los instrumentos del SAC-D. Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Ensayos sobre paneles solares que brindarán energía a los instrumentos del SAC-D.
Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Ensayos sobre paneles solares que brindarán energía a los instrumentos del SAC-D.
Fotos: Gentileza de INVAP © Marzo/2010.
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Vehículo de lanzamiento Boeing Delta II, similar al que será empleado para
llevar al espacio la Misión SAC-D/Aquarius
Foto: © Vandenberg Air Force Base, 2008.
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Apéndice de imágenes Misión SMOS de la ESA
El SMOS durante el testeo de vibraciones y acústica en las instalaciones de la
ESA-ESTEC en Holanda, Junio/2005
Fotos: © ESA, 2005.
SMOS carga útil en los ensayos en el Gran Simulador Espacial de la ESA-ESTEC en
Noordwijk, Holanda, Abril/2007
Foto: © ESA, 2007.
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El SMOS en instalaciones de la ESA-ESTEC en Holanda, durante las pruebas de
integración de la carga útil, Septiembre/2008
Foto: © ESA, 2008.
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El SMOS en las instalaciones de Thales Alenia Space en Cannes, Francia
(24/Abr/2009)
Fotos: © ESA, 2009.
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El SMOS arriba al cosmódromo de Plesetsk, Rusia, en un avión de transporte
pesado Antonov An-124 (27/Ago/2009)
Foto: © ESA, 2009.
Cohete ruso Rockot, torre de lanzamiento y equipo del CNES en el cosmódromo
de Plesetsk, Rusia (2/Oct/2009)
Foto: © CNES, 2009.
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Arriba: SMOS llega a la plataforma de lanzamiento del cosmódromo de Plesetsk,
Rusia (27/Oct/2009)
Abajo: Centro de Control de Misión del cosmódromo de Plesetsk,
Rusia (28/Oct/2009)
Fotos: © ESA, 2009.
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Torre de lanzamiento del cosmódromo de Plesetsk, Rusia (30/Oct/2009)
Foto: © CNES, 2009.
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Esquema del cosmódromo de Plesetsk, Rusia
Ilustración: © Russian Federal Space Agency (Roscosmos).
Esquema del cosmódromo de Plesetsk, Rusia
Ilustración: © ESA.
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El cosmódromo de Plesetsk (Rusia) es uno de los más empleados en el mundo
Ilustración: © ESA.
Vehículo de lanzamiento ruso Rockot, similar al empleado para poner
en órbita al SMOS
Foto: © EUROCKOT Launch Services GmbH.
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Preparativos para el lanzamiento del SMOS desde el cosmódromo de Plesetsk,
Rusia (2/Nov/2009)
Fotos: © ESA, 2009.
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Lanzamiento del SMOS desde el cosmódromo de Plesetsk, Rusia (2/Nov/2009)
Fotos: © ESA, 2009.
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Lanzamiento del SMOS desde el cosmódromo de Plesetsk, Rusia (2/Nov/2009)
Fotos: © ESA, 2009.
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Control de Misión del CNES en Toulouse, Francia, recibiendo las primeras señales
del SMOS en órbita (3/Nov/2009)
Fotos: © ESA 2009 (arriba) y © CNES 2009 (abajo).
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Primer señal recibida del instrumento MIRAS del SMOS en el ESAC
(17/Nov/2009)
Imagen: © ESA, 2009.
Primer envío de datos del instrumento MIRAS del SMOS. Imagen no calibrada de
temperatura de brillo (17/Nov/2009)
Imagen: © ESA, 2009.
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Envío de datos del instrumento MIRAS del SMOS. Imagen de temperatura de brillo
(11/Dic/2009)
Imagen: © CNES, 2009.
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Imágenes de la temperatura de brillo sobre los países escandinavos (arriba),
Australia (segunda foto) y el Amazonas (tercera foto), 23/Feb/2010
Imágenes: © ESA, 2010.
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Mapa de la contaminación electromagnética realizado gracias a las observaciones
del SMOS. Las áreas donde la emisión de interferencias es alta y permanente se
muestra en rojo, aquellas en las que la contaminación es intermitente se
manifiestan en amarillo y verde, 29/Mar/2010
Imagen: © CESBIO, 2010.
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Sitios de internet consultados
American Geophysical Union: Salinity
http://www.agu.org/revgeophys/schmit01/node15.html
Centre d’Études Spatiales de la Biosphère (CESBIO)
http://www.cesbio.ups-tlse.fr
Centre National d’Études Spatiales (CNES)
http://www.cnes.fr
CNES – Les Mission Scientifiques du Centre National d’Études Spatiales
http://smsc.cnes.fr/html-images/HomeGB.html
Centro Latinoamericano de Investigaciones Científicas y Técnicas (CLICET)
http://www.cienciayenergia.com
CLICET – Departamento de Tecnología Aeroespacial
http://www.cienciayenergia.com/paginas/tecn%20aeroesp%20arg.htm
Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE)
http://www.conae.gov.ar
CONAE – Instrumentos abordo del satélite SAC-D
http://www.conae.gov.ar/satelites/sac-d_instrum.html
Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA)
http://www.cnea.gov.ar
CNEA – Laboratorio TANDAR del Centro Atómico Constituyentes
http://www.tandar.cnea.gov.ar
Earth & Space Research (ESR)
http://www.esr.org
ESR – The Salinity Sea Ice Working Group
http://www.esr.org/ssiwg/mainssiwg.html#SOO
European Space Agency (ESA)
http://www.esa.int
ESA – SMOS
http://www.esa.int/SPECIALS/smos
Inter-American Institute for Global Change Research (IAI)
http://www.iai.int
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Institut français de recherche pour l'exploitation de la mer (Ifremer)
http://www.ifremer.fr/francais/index.php
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
http://www.inpe.br
Investigaciones Aplicadas Sociedad del Estado (INVAP)
http://www.invap.com.ar
INVAP – Misión SAC-D/Aquarius
http://www.invap.net/space/sac-d/intro.html
Michel Sylvain (2006). Télédétection de la salinité à la surface des océans.
Variabilité de la salinité de surface d'après un modèle global de couche mélangée
océanique. Ph.D. Thesis, Université de Paris VII. Denis Diderot. Disponible en:
http://archimer.ifremer.fr/doc/2006/these-2302.pdf
National Academy of Sciences – America’s Climate Choices
http://americasclimatechoices.org
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
http://www.nasa.gov
NASA – Aquarius Mission Web Site
http://aquarius.nasa.gov
NASA – Earth Observatory
http://earthobservatory.nasa.gov
NASA – Global Climate Change
http://climate.nasa.gov
NASA – Goddard Space Flight Center (GSFC)
http://www.gsfc.nasa.gov
NASA – Jet Propulsion Laboratory (JPL)
http://www.jpl.nasa.gov
NASA – The Earth Observing System (EOS), Project Science Office
http://eospso.gsfc.nasa.gov
National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA)
http://www.noaa.gov
NOAA – National Oceanigraphic Data Center (NODC)
http://www.nodc.noaa.gov/General/salinity.html
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NOAA – Office of Global Programs
http://www.research.noaa.gov/programs/ogp.html
The Oceanography Society
http://www.tos.org
University of California (UC)
http://www.universityofcalifornia.edu
UC San Diego – Scripps Institution of Oceanography
http://aquarium.ucsd.edu/Education/Learning_Resources/Challenger
University of Maine (UMaine)
http://www.umaine.edu
UMaine School of Marine Sciences
http://www.umaine.edu/marine
University of Southern California (USC)
http://www.usc.edu
USC Earth Sciences
http://earth.usc.edu/classes/geol150/stott/variability/deepocean.html
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Sitios de internet de referencia
Agenzia Spaziale Italiana (ASI)
http://www.asi.it
Canadian Space Agency (CSA)
http://www.asc-csa.gc.ca
Centro para el Desarrollo Tecnológico Nacional (CDTI)
http://www.cdti.es
Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET)
http://www.conicet.gov.ar
Cosmódromo de Plesetsk, Rusia
http://www.plesetzk.ru
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR, German Aerospace Center)
http://www.dlr.de
EADS N.V.
http://www.eads.com
EADS Astrium
http://www.astrium.eads.net
EUROCKOT Launch Service GmbH
http://www.eurockot.com
Instituto Argentino de Oceanografía, CONICET, Universidad Nacional del Sur
http://iado.criba.edu.ar/web/index.php
Instituto de Ciencias del Mar (ICM)
http://www.icm.csic.es/es
Instituto Universitario Aeronáutico (IUA) de la Fuerza Aérea Argentina (FAA)
http://www.iua.edu.ar
Mier Comunicaciones
http://www.mier.es
Russian Federal Space Agency (Roscosmos)
http://www.roscosmos.ru
Thales Alenia Space
http://www.thalesgroup.com
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The Boeing Company / Delta II
http://www.boeing.com/defense-space/space/delta/delta2/delta2.htm
United Launch Alliance
http://www.ulalaunch.com/site/pages/Products_DeltaII.shtml
Universidad de Buenos Aires (UBA)
http://www.uba.ar
Universidad Nacional de La Plata (UNLP)
http://www.unlp.edu.ar
UNLP – Centro de Investigaciones Ópticas (CIOp)
http://www.ciop.unlp.edu.ar
UNLP – Instituto Argentino de Radioastronomía (IAR)
http://www.iar.unlp.edu.ar
Universidad Politécnica de Cataluña (UPC)
http://www.upc.edu
Universidad Tecnológica Nacional (UTN)
http://www.utn.edu.ar
Vandenberg Air Force Base
http://www.vandenberg.af.mil
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NOTAS SOBRE EL AUTOR
Ricardo A. De Dicco
•
Es especialista en Economía de la Energía y en Infraestructura y Planificación
Energética del Instituto de Investigación en Ciencias Sociales (IDICSO) de la
Universidad del Salvador.
•
Especialista en Tecnología Nuclear y en Teledetección Satelital del Centro
Latinoamericano de Investigaciones Científicas y Técnicas (CLICeT).
•
Se desempeñó entre 1991 y 2001 como consultor internacional en Tecnologías
de la Información y de las Telecomunicaciones Satelitales.
•
A partir de 2002 inició sus actividades de docencia e investigación científica
sobre la problemática energética de Argentina y de América Latina en el Área
de Recursos Energéticos y Planificación para el Desarrollo del IDICSO
(Universidad del Salvador), desde 2005 en la Universidad de Buenos Aires, a
partir de 2006 como Director de Investigación Científico-Técnica del CLICeT, y
desde 2008 es miembro del Observatorio de Prospectiva Tecnológica
Energética Nacional (OPTE) de Argentina.
•
También brindó servicios de consultoría a PDVSA Argentina S.A. y de
asesoramiento a organismos públicos e internacionales, como ser la Comisión
de Energía y Combustibles de la H. Cámara de Diputados de la Nación, el
Ministerio de Planificación Federal, Inversión Pública y Servicios y la
Organización de Naciones Unidas.
•
Ha participado como expositor en numerosos seminarios y congresos
nacionales e internacionales sobre la problemática energética de Argentina y
de América Latina.
•
Es autor de más de un centenar de informes de investigación y artículos de
opinión publicados en instituciones académicas y medios de prensa del país y
extranjeros.
•
Entre sus últimas publicaciones, se destacan: “2010, ¿Odisea Energética?
Petróleo y Crisis” (Editorial Capital Intelectual, Colección Claves para Todos,
Buenos Aires, 2006), co-autor de “La Cuestión Energética en la Argentina”
(FCE-UBA y ACARA, Buenos Aires, 2006), de “L’Argentine après la débâcle.
Itinéraire d’une recomposition inédite” (Michel Houdiard Editeur, París, 2007) y
de “Cien años de petróleo argentino. Descubrimiento, saqueo y perspectivas”
(Editorial Capital Intelectual, Colección Claves para Todos, Buenos Aires, 2008).
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