[CNESMAG] Cuando Galileo ayuda a la ciencia y los futuros satélites

Miles de millones de receptores utilizan señales de Galileo con fines de seguimiento. Pero este servicio masivo abierto no es el único disponible. Paralelamente, los científicos utilizan otras funciones de Galileo, aunque este uso no forma parte de las especificaciones del sistema. Hoy, 20.000 estaciones GNSS fijas funcionan en todo el mundo con fines científicos.

Primero secuestrar el potencial del GPS, después de Galileo hoy, permite grandes avances tecnológicos para el mundo científico.

Félix Perosanz, jefe del programa CNES Terre-Solide.

Terremotos y volcanes cada vez más conocidos

Ni una falla sísmica activa ni un volcán escapan ahora al monitoreo GNSS. “¡Al usar receptores y algoritmos específicos, GNSS nos permite observar la deformación de la Tierra con precisión milimétrica! Todas las fallas tectónicas, los volcanes activos ahora son monitoreados por GNSS ».

Modele el fenómeno y mida la acumulación de tensiones, precursores de grandes eventos, hoy ayudan a obtener información detallada sobre el nivel de riesgo. En Mayotte, desde principios de 2018, el seguimiento diario de las estaciones GNSS (IGS y REGINA privada) ha demostrado que la isla se curva hacia el este mientras se hunde varias decenas de centímetros en el mar.

La aparición de un volcán submarino deformó la corteza terrestre y provocó numerosos terremotos. “Galileo acumuló observaciones y contribuyó al cálculo de las coordenadas de estas estaciones, para medir con mayor precisión la deformación de la isla” precisa Félix Perosanz, también presidente del Servicio GNSS Internacional, IGS.

“Es un servicio científico colaborativo basado en GNSS que funciona desde hace casi 30 años”! Participan unas 100 organizaciones de 50 países. Sobre el asunto, CNES contribuye al IGS proporcionando acceso a datos de su red global de estaciones REGINA y proporcionando productos de órbita precisos.

Meteorología y oceanografía en el desarrollador

Los meteorólogos están acostumbrados a utilizar varios recursos para su modelado. Y cuando les interesa la troposfera, una zona de la atmósfera sensible a la presión, temperatura, humedad, Galileo es una potente fuente complementaria a las herramientas meteorológicas clásicas. “Arpège ha estado agregando datos GNSS (que son sensibles a estos parámetros climáticos) de una red europea durante al menos 15 años.

Este también es el caso de los datos de los receptores a bordo: Galileo permite realizar sondeos por ocultación de radio (señal desviada de un satélite ubicado detrás de la Tierra)” dice Félix Perosanz. GNSS-RO utiliza mediciones GNSS recibidas por un satélite en órbita terrestre baja para «perfilar» la atmósfera terrestre con alta resolución vertical y cobertura global.

Gracias a este enfoque, eventos intensos podrían anticiparse mejor, como el fenómeno Cevennes. “Las publicaciones muestran que la explotación de estos datos permite realizar tomografías atmosféricas para identificar las masas de agua precipitable que se acumulan. Es probable que esto se explore pronto”. explica Félix Perosanz. Sobre todo porque la falta de estaciones en el mar Mediterráneo, necesarias para mejorar la precisión, se pueden suplir con estaciones móviles GNSS, en boyas o barcos.

El campo oceanográfico representa otro inmenso campo de experimentación, donde Galileo proporciona a los científicos mediciones estratégicas para comprender el cambio climático.

Si el GNSS permite categorizar los datos registrados por los mareógrafos -el mar sube o la corteza terrestre se hunde- sus aportes van más allá. Galileo aporta una precisión notablemente mayor a la calibración/validación de altímetros espaciales, que son herramientas fundamentales para el estudio de los océanos y el cambio climático.

Mejor teledetección, con reflectometría

La ciencia de la reflectometría GNSS, conocida como «GNSS – R», se está desarrollando a gran velocidad y por una buena razón: las señales de los satélites se reflejan en el agua, el hielo y el suelo. Captados a través de una antena en tierra oa bordo de un satélite en órbita baja, permiten determinar la altura de la antena en relación con la superficie reflectante o medir un gran número de variables físicas de esa superficie. “La tecnología permite, por ejemplo, caracterizar la altura (nieve, río, mar costero, etc.) de una zona, la rugosidad del océano y observar la formación de ciclones o la humedad del suelo. Esta técnica de teledetección está en pleno desarrollo » dice Félix Perosanz.

Mejorar la precisión en tiempo real de los satélites

“Thalès equipó sus grandes plataformas satelitales con su receptor GPS TopStar 3000 en la década de 1990” recuerda Thomas Junique, especialista en receptores GNSS embarcados en el departamento de radionavegación del CNES. el advenimiento de Los nanosatélites ayudaron a democratizar los receptores GNSS espaciales.

Los receptores a bordo satisfacen las necesidades de sincronización de tiempo a bordo, así como la restitución de la órbita, ya sea por procesamiento posterior pero también en tiempo real, todo con la necesidad de una compacidad muy alta.

Thomas Junique, especialista en receptores GNSS embarcados en el departamento de radionavegación del CNES.

Gracias a Galileo, la dinámica multiconstelación y multifrecuencia iniciada multiplica la ventaja de disponer de receptores GNSS basados ​​en el espacio: la disponibilidad del servicio aumenta por la mejor visibilidad generada, y la cantidad de datos disponibles permite una mayor precisión en la posición.

Hacia nuevas capacidades para NanoSats

Queda por evaluar adecuadamente las necesidades: los canales necesarios para el procesamiento de frecuencia implican potencialmente una mayor potencia informática en vuelo.

Los fabricantes ahora quieren tener un receptor GNSS genérico a bordo para su plataforma, capaz de llevar a cabo una amplia gama de misiones. Pero el diseño de un receptor GNSS de vuelo está sujeto a diferentes restricciones que un receptor terrestre: “Las restricciones técnicas (consumo, velocidad, antenas, etc.) y relacionadas con el entorno espacial pueden limitar su rendimiento. Los navegadores a bordo ayudan a «filtrar» los datos en términos de posición en tiempo real, incluso si no hay suficiente satélite GNSS en visibilidad» dice Thomas junio.

El CNES está trabajando activamente en el tema, como nos recuerda el ejemplo de N-SPHERE. Desarrollado por Syrlinks, el receptor fue desarrollado con el apoyo de CNES: este receptor permitirá contribuir a la determinación precisa de múltiples constelaciones (GPS, Galileo) y órbitas GNSS de múltiples frecuenciasserá capaz de proporcionar excelente precisión incorporada en tiempo real… menos de un metro.

N-SPHERE se utilizará para la próxima misión GOMX-5 organizada por ESA y Gomspace A/S. El receptor, que va asociado a un navegador, se integra en una plataforma 12U Nano/Cubesat con el objetivo de demostrar las nuevas capacidades de los nanosatélites para futuras generaciones de constelaciones en órbita baja.