La percepción remota es una de las aplicaciones más importantes de los satélites, ya que a través de un satélite se aprovecha la capacidad de observación de la tierra en su conjunto como ningún otro dispositivo puede hacerlo. Las aplicaciones de percepción remota son innumerables y van desde el monitoreo ambiental, la generación de mapas y la planeación urbana, entre muchas otras. La percepción remota es esencial para el desarrollo económico de las naciones, por lo que contar con satélites de observación representa una ventaja para un país, ya que le permite contar con información expedita y oportuna sobre su territorio. Su rol en la prevención de desastres, la protección del ambiente y la adaptación al cambio climático es indiscutible. Es por esto que en esta ocasión presentamos un texto introductorio a tan importante tema.
Los satélites de observación de la tierra son instrumentos que orbitan el planeta y registran la radiación electromagnética que emite o refleja la superficie terrestre. Su funcionamiento se basa en la llamada firma espectral, es decir en la forma peculiar de reflejar o emitir energía electromagnética de un determinado objeto o sustancia. Esta firma espectral depende de las características físicas y químicas que interaccionan con la energía electromagnética y varía según las longitudes de onda. A través de la firma espectral se pueden identificar diferentes tipos de suelos, cultivos, cuerpos de agua, y otras características de la superficie terrestre.
Los sensores de los satélites de observación de la tierra pueden estar sintonizados a diferentes bandas del espectro electromagnético, entre las que se encuentran el espectro visible, y los llamados infrarrojo cercano, infrarrojo medio e infrarrojo lejano, y con ello detectar diferentes características de la superficie terrestre.
Durante su operación, el satélite registra los datos captados por los sensores y los almacena en una memoria digital para enviarlos a la tierra cuando el satélite pase por una estación receptora.
Dependiendo de la aplicación, los sensores en un satélite de observación de la tierra pueden tener diferente resolución, es decir capacidad para distinguir información. Existen varios tipos de resolución y cada una de ellas nos da información distinta.
Resolución espacial: se refiere al objeto más pequeño que puede ser distinguido sobre una imagen. La resolución espacial juega un papel importante en la interpretación de una imagen porque entre más resolución se aprecian más detalles. El tamaño del pixel registrado por un sistema de observación de la tierra indica su resolución. La resolución espacial varía típicamente entre 1 m y 1000 m por pixel.
Resolución espectral: La resolución espectral es la capacidad para resolver las características espectrales y bandas que puede discriminar el sensor. Los sensores de alta resolución espectral permiten recoger información en bandas muy estrechas.
Resolución radiométrica: es la capacidad para detectar variaciones en la radiancia espectral que recibe, indicada por los niveles de gris recogidos. Cuanto mayor sea la resolución radiométrica mejor será la interpretación.
Resolución temporal, también llamada tiempo de revisita, es el tiempo que se requiere para volver a adquirir datos de una misma ubicación. Este parámetro depende de las características orbitales del satélite, así como las características del sensor. La resolución temporal se expresa generalmente en días.
Los diferentes tipos de resolución están muy relacionados entre sí y los sistemas de observación de la tierra se diseñan con características especiales dependiendo de la misión, ya que no se puede tener un sistema que cubra todas las necesidades. Otro parámetro importante en el diseño de un satélite de observación de la tierra es el ancho de barrido (swath en inglés), y se refiere al ancho de la franja de la superficie de la tierra que registran los instrumentos del satélite. El swath depende de otros parámetros, como la altura de la órbita y la óptica del satélite, y evidentemente entre más ancho sea, menor será el tiempo de revisita.
Tipos de sensores
Los sensores abordo de los satélites de observación de la tierra pueden ser pasivos o activos. Los sensores pasivos son análogos a una cámara fotográfica y sólo reciben las radiaciones electromagnéticas que emiten las superficies o que reflejan de la luz solar. Los sensores pueden ser del tipo CCD o CMOS. Los sensores activos emiten radiaciones que se reflejan en la superficie de la Tierra y regresan al dispositivo. El sensor activo más conocido es el radar, pero también existe el LIDAR a base de láser. Los sensores de radar tienen la ventaja que pueden atravesar las nubes, mientras que LIDAR ofrecen una gran resolución espacial.
Órbitas
La órbita de un satélite de observación de la tierra es una de las características más importantes ya que define muchos otros parámetros tales como la cobertura del barrido, la resolución espacial y el tiempo de revisita, entre otros. Todos estos parámetros se diseñan acorde a la misión del satélite. De acuerdo a su órbita, algunos tipos de satélites de observación de la tierra, son los siguientes
Satélites geoestacionarios
Con el fin de monitorear el clima a gran escala, es conveniente que un satélite se encuentre en una órbita geoestacionaria. En tal órbita un satélite es capaz de ver continuamente casi todo un hemisferio. Sin embargo, como la órbita es muy alta (35,786 kilómetros sobre la superficie de la tierra) no se puede alcanzar una alta resolución espacial. Un tamaño típico de pixel de un satélite geoestacionario de observación de la tierra es de 1 Km cuadrado. Un ejemplo de un satélite geoestacionario de observación de la tierra es el GOES de la NASA.
Satélites de órbita baja
Para aplicaciones que requieren imágenes de alta resolución de un área muy específica, tales como una región inundada por un tsunami, afectada por una helada, o destruida por un temblor, se requiere que el satélite permanezca a baja altura de la tierra (por ejemplo 600 Km) y disponga de sensores de alta resolución. Por cuestiones de mecánica orbital, al estar en una órbita tan baja, el satélite no puede observar continuamente la misma área, y al estar dándole una vuelta a la tierra aproximadamente cada 90 minutos, las imágenes de una región particular solo se pueden adquirir cuando el satélite pasa sobre ella.
Los satélites de órbita baja (LEO por sus siglas en inglés) generalmente funcionan en órbitas polares o cercanas a las polares, con el fin de cubrir toda la superficie terrestre. Su velocidad alrededor de la tierra, y por ende la de barrido es de aproximadamente 8 Km/s. Un tipo de órbita LEO muy importante para aplicaciones de percepción remota es la heliosincrónica. Esta órbita tiene la característica de que el satélite pasa por una misma latitud a la misma hora. Esta característica la hace importante para efectos de comparación de imágenes. La órbita heliosincrónica es aproximadamente polar (tiene una inclinación de aproximadamente 98 grados respecto al ecuador), por lo que generalmente el término órbita polar se aplica a las órbitas heliosincrónicas cuando se trata de satélites de observación de la tierra.
Como el periodo de una órbita LEO es de aproximadamente 90 minutos, un satélite le da alrededor de 16 vueltas completas a la tierra cada día, y, en el caso de un satélite en órbita polar, cada órbita pasa a unos 22.5 grados más al oeste de la órbita anterior.
Un ejemplo de satélite de observación de la tierra de alta resolución espacial es el GeoEye-1 de Digital Globe, que cuenta con una resolución espacial de 0.41 m y un ancho de barrido de 15.2 Km.
Otros ejemplos son la constelación SPOT, una serie de satélites diseñados y construidos por el CNES de Francia, con apoyo de Suecia y Bélgica. En particular el SPOT 5 y el SPOT 6 cubren el territorio mexicano y son útiles para monitorear la producción agrícola, atender contingencias climatológicas y otros temas de interés nacional.
Hasta aquí hemos revisado algunos conceptos fundamentales relacionados con los satélites de observación de la tierra. En entradas futuras iremos profundizando en los detalles y explorando diversas aplicaciones.
