Sentinel-4

Sentinel-4 is a series of European Earth observation missions supporting the EUCopernicus Programme. It is the first project to monitor European air quality from geostationary orbit.^[3] Sentinel-4 focuses on monitoring of trace gas concentrations and aerosols in the atmosphere to support air-quality near-real time applications, air-quality monitoring, and climate monitoring – specifically with a short revisit period over Europe.^[4][5]

Sentinel-4s are not standalone satellites, but a type of instrument (ultraviolet, visible, and near-infrared imaging spectrometer) mounted on satellites of the MTG-S series of the Meteosat programme in a two-missions-one-satellite approach. The first Sentinel-4 mission (Sentinel-4A) launched in July 2025 aboard the MTG-S1 satellite on Falcon 9.^[3]

The Sentinel-5 Precursor, Sentinel-4, and Sentinel-5 missions are complementary elements of a constellation intended to serve the needs of the Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS).^[6] Sentinel-4 is one of two instruments^[7] integrated onboard Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S) satellites intended to primarily observe the composition of the Earth's troposphere.

Los datos recopilados se pondrán a disposición del Programa Copernicus con el objetivo de contribuir a las aplicaciones de calidad del aire con los Servicios Atmosféricos de Copernicus, así como a las iniciativas de monitoreo de la calidad del aire en Europa y el norte de África. ^{[ 8 ]} Al igual que otros aspectos del Programa Copernicus, la iniciativa Sentinel-4 se financia principalmente a través de la Unión Europea, y el diseño y desarrollo técnico son responsabilidad de la Agencia Espacial Europea (ESA).

El objetivo principal de la misión es observar la concentración de parámetros de calidad del aire en la atmósfera sobre Europa y el norte de África, incluyendo ozono , dióxido de nitrógeno , dióxido de azufre , glioxal y formaldehído . ^{[ 9 ]} La información recopilada se utilizará para brindar mayor información a los responsables de la toma de decisiones.

Para la detección y medición de estas características atmosféricas, se han diseñado dos instrumentos de carga útil: el espectrómetro multiespectral ultravioleta e infrarrojo cercano (S4 UVN) y el radiómetro infrarrojo (IRS). Ambos instrumentos se instalarán en dos satélites Eumetsat Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S), cuyo lanzamiento está previsto para 2025 y 2034. ^{[ 10 ] [ 3 ]}

Meteosat de Tercera Generación es la tercera generación de satélites meteorológicos y es desarrollado por Thales Alenia Space (TAS) bajo la responsabilidad de Eumetsat y la ESA . ^{[ 11 ]} Es la «próxima generación» para la predicción numérica del tiempo y la predicción a corto plazo . La tecnología de perfilado y resolución sin precedentes proporcionará una mejora sustancial en la fiabilidad de la predicción meteorológica a medio y largo plazo. Eumetsat lidera las operaciones del programa y también garantiza el suministro de datos y servicios meteorológicos a usuarios europeos e internacionales, así como una mejor capacidad de obtención de imágenes para la comunidad científica.

“ El objetivo del sistema MTG es proporcionar datos de observación continuos de alta resolución y parámetros geofísicos del sistema terrestre derivados de mediciones directas de la radiación que emite y refleja, utilizando sensores satelitales desde una órbita geoestacionaria. Gracias a los avances tecnológicos, MTG, en comparación con el sistema MSG actual, también proporcionará una herramienta más potente al contribuir con mejoras significativas al servicio existente mediante una misión de imágenes mejorada y la introducción de nuevas misiones de sondeo y rayos desde una órbita geoestacionaria ” – cita de la publicación de MTG producida y publicada por OHB System AG . ^{[ 11 ]}

Los satélites MTG-S constituyen 2 de los 6 satélites de la flota de satélites MTG. Los satélites MTG-S están montados en plataformas estabilizadas de 3 ejes comunes y están dedicados a aplicaciones de sondeo, incluyendo la integración del instrumento Sentinel 4 (S4-UVN) y otros dos instrumentos llamados MTG-IRS y RMU. ^{[ 12 ]}

• Sonda ultravioleta, visible e infrarroja cercana (UVN) Sentinel 4
• Sonda infrarroja (IRS)
• Unidad de Monitoreo de Radiación (RMU)

El espectrómetro multiespectral UVN del Sentinel 4 es un espectrómetro hiperespectral que opera con bandas espectrales dentro del espectro de reflectancia solar. Para la parte UVVIS, el rango es de 305 nm a 500 nm con una resolución de 0,5 nm, y para la parte NIR, el rango es de 750 nm a 775 nm con una resolución de 0,12 nm. Estas bandas funcionan en combinación con baja sensibilidad a la polarización y alta precisión radiométrica. El diseño del instrumento permite un tiempo de revisita de escaneo este-oeste de aproximadamente 1 hora, cubriendo la mayor parte de Europa y el norte de África. Con alrededor de 570 muestras espaciales en la dimensión espacial este-oeste, es posible una tasa de escaneo correspondiente (tasa de muestreo espacial) de aproximadamente 8 km cada 6 segundos (alrededor de 1,3 km/s). ^{[ 8 ]}

Al amanecer en el este, el instrumento solo escaneará la parte iluminada de la Tierra, lo que permite un tiempo total de escaneo de menos de 1 hora. Lo mismo se aplica al oeste al atardecer. Durante otoño-invierno, el área de cobertura se desplaza 5 grados dos veces, lo que optimiza las áreas iluminadas, y durante invierno-primavera se invierte. El instrumento está desplegado en el satélite MTG, que estará en una órbita geoestacionaria (GEO) con una longitud de aproximadamente 0 grados y una altitud de alrededor de 36 000 km sobre el ecuador. El despliegue en el satélite está optimizado y permitirá campos de visión claros y sin obstrucciones de la radiación terrestre, así como de la irradiancia solar y térmica. Por diseño, mediante otros componentes del satélite, se mantiene al mínimo la luz parásita proveniente del sol o de la Tierra. Minimizar la luz parásita es muy importante con respecto a la clase de este instrumento, que implica el requisito de precisión de productos de datos de nivel 1B y 2, donde la sensibilidad a la luz parásita es muy alta. El satélite MTG-S realiza maniobras de giro de guiñada en los equinoccios para optimizar el entorno térmico del instrumento. Gracias a la disponibilidad de dos dispositivos de carga acoplada (CCD) a bordo, los elementos espectrales UV e infrarrojo cercano (NIR) pueden registrarse por separado. ^{[ 13 ]} Cada CCD observa tanto la dimensión espectral como la dimensión espacial norte-sur. La sensibilidad a la polarización terrestre del instrumento debe ser inferior al 1 % con respecto a las condiciones orbitales GEO. ^{[ 8 ]}

El instrumento también está equipado con dos difusores solares que minimizan las anomalías espectrales y espaciales, las cuales, de otro modo, interferirían con la detección y recuperación de los gases traza atmosféricos. Asimismo, el instrumento cuenta con una fuente de luz blanca (WLS) de 5 W como parte de su sistema de calibración. ^{[ 8 ]}

En el rango UVVIS entre 315 nm y 500 nm, se requiere que el error máximo de precisión espectral radiométrica relativa en una ventana espectral de 3 nm sea menor al 0,05 %. Se requiere que la precisión radiométrica absoluta en vuelo de la radiancia espectral de la Tierra y de la irradiancia solar sea mejor que el 3 %, con un objetivo del 2 %. ^{[ 13 ]} Todos los valores se aplican con un nivel de confianza de una desviación estándar . A medida que el instrumento envejece en el entorno espacial, pueden existir algunas limitaciones detectables en la precisión al final de la vida útil prevista de la misión Sentinel-4, de 10 años. ^{[ 11 ]}

El UVN del S4 es también el primer espectrómetro espacial en utilizar una rejilla de reflexión dieléctrica. Este tipo de rejilla se desarrolló inicialmente para la manipulación de pulsos láser, pero el Instituto Fraunhofer de Óptica Aplicada e Ingeniería de Precisión en Jena, Alemania, logró adaptar el concepto para su uso en el espectrómetro del Sentinel-4. ^{[ 14 ]}

IRS es un instrumento distinto de Sentinel 4, que casualmente fue lanzado en el mismo satélite. Es un espectrómetro de transformada de Fourier . Su tarea será detectar la estructura de los gases atmosféricos de la Tierra y transmitir datos a tierra para su uso en pronósticos meteorológicos más precisos y fiables. OHB System AG es responsable del diseño, desarrollo, adquisición, AIT y entrega de dos modelos de vuelo (FM) del instrumento IRS. ^{[ 11 ]} La carga útil del instrumento se desplegará en dos satélites MTG-S, de forma similar al instrumento S4-UVN.

El IRS es esencialmente un espectrómetro hiperespectral diseñado para cubrir toda la Tierra con la misión de proporcionar datos de sondeo en dos bandas: el infrarrojo de onda larga (LWIR) de 700 cm⁻¹ a 1210 cm⁻¹ y el infrarrojo de onda media (MWIR) de 1600 a 2175 cm⁻¹, con un muestreo espectral de 0,625 cm⁻¹. Se adquirirán y analizarán perfiles de la circulación y distribución del vapor de agua atmosférico y las temperaturas de la Tierra capa por capa. Esto permitirá comprender mejor la compleja composición de la atmósfera terrestre, así como su dinámica. El muestreo espectral medirá los componentes de velocidad como parte del muestreo de datos para determinar estos perfiles a diferentes altitudes sobre la superficie terrestre, con una alta tasa de muestreo espacial y resolución temporal. ^{[ 11 ]}

The IRS instrument will be able to scan the full circle of the Earth within 1 hour with spatial sampling dimensions of 4 km x 4 km^[11] from the Geostationary Earth Orbit (GEO) of the host Meteosat Third Generation Sounder (MTG-S) satellite. The high sampling rate is achieved through the use of a high-resolution telescope and scan mirror assembly operating in the IR spectral range.^[11] Further design features of the instrument include the ability to execute observation scenarios on-board autonomously with pre-uploaded scenario information and autonomous calibration including black-body and deep-space views. Observation scenario planning will also allow continuous operation including sun-avoidance capability.^[11]

The IRS Mass is 460 kg, it will consume 736.0 W nominally and its detection assembly is cryo-cooled with 56K detector temperature.^[11]

• List of European Space Agency programmes and missions

• Sonda infrarroja (IRS) Meteosat de tercera generación: satélites meteorológicos de próxima generación. Archivado el 22/08/2016 en Wayback Machine , publicación de OHB, OHB System AG.
• Por qué MTG-S1 cambia las reglas del juego en el nowcasting