Satélite de observación por infrarrojos de televisión

El Satélite de Observación Infrarroja por Televisión ( TIROS ) es una serie de satélites meteorológicos tempranos lanzados por los Estados Unidos , comenzando con el TIROS-1 en 1960. TIROS fue el primer satélite capaz de realizar teledetección de la Tierra , lo que permitió a los científicos ver la Tierra desde una nueva perspectiva: el espacio. ^[1] El programa, promovido por Harry Wexler , demostró la utilidad de la observación meteorológica por satélite, en un momento en el que los satélites de reconocimiento militar estaban en desarrollo o uso en secreto. TIROS demostró en ese momento que "la clave del genio es a menudo la simplicidad". ^[2] TIROS es un acrónimo de "Television InfraRed Observation Satellite" y también es el plural de "tiro" que significa "un joven soldado, un principiante". ^[3]

La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (ahora DARPA ) inició el programa TIROS en 1958 y transfirió el programa a la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio ( NASA ) en 1959. ^[4] Los participantes en el programa TIROS también incluyeron al Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Señales del Ejército de los Estados Unidos , Radio Corporation of America ( RCA ), el Servicio de la Oficina Meteorológica de los Estados Unidos , el Centro de Interpretación Fotográfica Naval de los Estados Unidos (NPIC), la Administración de Servicios de Ciencias Ambientales (ESSA) y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA). ^[5]

El proyecto TIROS surgió de los primeros esfuerzos para examinar la viabilidad de la vigilancia desde el espacio para la meteorología y la recopilación de inteligencia que comenzaron en los EE. UU. ya a fines de la década de 1940. ^{[6] [7]} La ​​Radio Corporation of America realizó un estudio para la RAND Corporation en 1951, concluyendo que una cámara de televisión espacial podría proporcionar información valiosa para el reconocimiento general. ^[8] En 1956, la RCA recibió financiación del Ejército de los EE. UU. para desarrollar un programa de satélites de reconocimiento, inicialmente llamado Janus, bajo la administración de la Agencia de Misiles Balísticos del Ejército (ABMA). El proyecto permaneció bajo la administración de la ABMA, pero fue transferido a la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada (ARPA, ahora DARPA ) en 1958. ^[6] El contrato exigía el desarrollo de una nave espacial que se lanzaría utilizando el vehículo de lanzamiento Júpiter-C , que finalmente se revisó al vehículo de lanzamiento Juno II . ^[8] Janus y Janus II, satélites prototipo sin estabilidad direccional y una sola cámara a bordo, se construyeron como parte del proyecto. ^{[9] [10]} En mayo de 1958, un comité presidido por William Welch Kellogg de la Corporación RAND con representantes de las Fuerzas Armadas de los EE. UU., la Oficina Meteorológica de los EE. UU. , el Comité Asesor Nacional de Aeronáutica y la RCA se reunió para discutir un programa meteorológico satelital y los objetivos de diseño. El comité recomendó que dicho programa proporcionara observaciones de la cobertura de nubes con cámaras de televisión a resoluciones más gruesas y más finas, acompañadas de mediciones infrarrojas de la radiación de la Tierra ; el objetivo de los primeros satélites meteorológicos sería probar técnicas de televisión experimentales, validar sensores basados ​​en el sol y el horizonte para la orientación de naves espaciales y recopilar datos meteorológicos. ^{[9] [11]}

Mientras Janus estaba en desarrollo, Herbert York , el Director de Investigación e Ingeniería de Defensa , trasladó los satélites de reconocimiento del Departamento de Defensa fuera del ámbito del Ejército de los EE. UU. ^[9] Con los satélites meteorológicos marcados como un requisito de alta prioridad por el gobierno de los EE. UU., la RCA cambió los objetivos del proyecto Janus hacia aplicaciones meteorológicas, cuyos requisitos de resolución relajados para las cámaras permitieron sistemas de satélites más pequeños y livianos. ^[12] En consecuencia, la resolución de las cámaras de televisión planeadas para Janus se redujo, ^[6] confiando en ópticas refractivas estándar en lugar de los sistemas más sofisticados planeados originalmente. ^[13] El Ejército de los EE. UU. también concedió una solicitud de ARPA para desarrollar un vehículo de lanzamiento más grande para satélites más grandes, lo que permitió a la RCA cambiar el diseño de Janus a una nave espacial más grande estabilizada por giro . ^[9] El proyecto Janus pasó a llamarse Satélite de Observación Infrarroja de Televisión (TIROS) después de los cambios y el proyecto fue desclasificado. ^[6]

El desarrollo de la carga útil del satélite TIROS fue contratado a los Laboratorios del Cuerpo de Señales del Ejército y se asignaron 3,6 millones de dólares al Comando de Sistemas de la Fuerza Aérea para el uso del vehículo de lanzamiento Thor . ^[12] Antes de firmar la Ley Nacional de Aeronáutica y del Espacio que creó la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA), el presidente Dwight D. Eisenhower determinó que la NASA debería encargarse del desarrollo de satélites meteorológicos. Edgar Cortright , el comité de ARPA que supervisaba el proyecto TIROS, organizó la transferencia de TIROS al Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA el 13 de abril de 1959. La adquisición del proyecto TIROS de ARPA por parte de la NASA fue vista como un medio para proporcionar buena publicidad y validar la existencia de la naciente agencia civil. ^[6] La agencia trató el proyecto como un banco de pruebas experimental en lugar de como una ayuda operativa o como una plataforma para tomar observaciones científicas. ^[8] La Oficina Meteorológica de los Estados Unidos y los Servicios Meteorológicos del Departamento de Defensa favorecieron el uso operativo de los primeros datos de TIROS. Esta tensión condujo a la formación del Panel sobre Satélites Meteorológicos Operacionales, un grupo interinstitucional, en octubre de 1960 para determinar los objetivos de un programa de satélites meteorológicos operacionales. ^[14]

El diseño inicial de la misión TIROS preveía tres satélites. Cada satélite debía llevar un sistema de televisión óptica de dos lentes construido por la RCA, un sistema de escaneo infrarrojo mejorado extraído de la nave espacial Vanguard 2 y un radiómetro desarrollado por Verner E. Suomi para medir el balance energético de la Tierra . ^{[12] [6]} Sin embargo, solo el sistema óptico se incluyó en la primera carga útil TIROS, TIROS-1 , lanzada el 1 de abril de 1960, como el primer satélite estadounidense en llevar una cámara de televisión. ^{[6] [8]} Los instrumentos originalmente planeados se incluyeron en los lanzamientos posteriores de TIROS-2 , TIROS-3 y TIROS-4 durante los dos años siguientes. ^[15]

A pesar del éxito inicial de TIROS, las dificultades iniciales con el manejo de los datos de TIROS y la presión política para desarrollar un sistema satelital meteorológico operativo basado en una segunda nave espacial en desarrollo, Nimbus . ^[16] Sin embargo, los retrasos y el alto costo del programa Nimbus finalmente llevaron a que las naves espaciales basadas en TIROS sirvieran como la flota de satélites meteorológicos operativos de los Estados Unidos. ^[17] La ​​segunda generación de satélites TIROS, designada como ESSA , cumplió esta función como Sistema Operacional TIROS (TOS) a partir de 1966. Se lanzaron nueve satélites ESSA durante 1966-1969. Los satélites ESSA de número impar proporcionaron datos meteorológicos a los servicios meteorológicos nacionales, mientras que las imágenes de televisión de los satélites ESSA de número par podían recibirse desde estaciones simples a nivel mundial a través de un sistema de Transmisión Automatizada de Imágenes (APT). En la década de 1970 se desarrolló y lanzó una tercera generación de satélites TIROS, denominada Sistema Operativo TIROS Mejorado (ITOS), que combinaba las capacidades de los dos tipos de satélites ESSA y prestaba servicios en condiciones operativas. A diferencia de las generaciones anteriores de TIROS, la nave espacial ITOS contaba con estabilización de tres ejes . Los satélites ITOS posteriores incluyeron instrumentos adicionales y versiones mejoradas de los instrumentos anteriores, incluido el Radiómetro de Muy Alta Resolución. ^[18]

En 1978, RCA completó la primera nave espacial de la serie TIROS-N, la cuarta generación de satélites TIROS. Estos ofrecían un nuevo conjunto de instrumentos, incluido el radiómetro avanzado de muy alta resolución (AVHRR). ^[19] Los satélites TIROS-N posteriores, comenzando con NOAA-E en 1983, ^{[18] [20]} tenían una mayor capacidad de manejo de datos y transportaban nuevos instrumentos en un bus espacial ligeramente más grande ; estos satélites se conocieron colectivamente como Advanced TIROS-N (ATN). ^[18] NOAA-N Prime (más tarde designado NOAA-19) fue la última nave espacial de la serie TIROS, que se lanzó en febrero de 2009. ^{[20] [21] [22]}

TIROS continuó como el Sistema Operativo TIROS (TOS) más avanzado, ^[23] y eventualmente fue sucedido por el Sistema Operativo TIROS Mejorado (ITOS) o TIROS-M , ^[24] y luego por las series de satélites TIROS-N ^[25] y TIROS-N Avanzado ^[26] . NOAA-N Prime ( NOAA-19 ) es el último de la serie TIROS de satélites NOAA que observan el clima y el medio ambiente de la Tierra. ^[20]

La denominación de los satélites puede resultar confusa porque algunos de ellos utilizan el mismo nombre que la organización supervisora, como "ESSA" para los satélites TOS supervisados ​​por la Administración de Servicios de Ciencias Ambientales (por ejemplo, ESSA-1 ) y "NOAA" (por ejemplo, NOAA-M ) para los satélites posteriores de la serie TIROS supervisados ​​por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica. ^[20]

Los primeros diez satélites TIROS, desde el lanzamiento del TIROS-1 en 1960 hasta el lanzamiento del TIROS-10 en 1965, fueron naves espaciales en órbita polar desarrolladas y operadas bajo los auspicios de la NASA. Cada nave espacial tenía una vida útil de diseño de seis meses, con un lanzamiento de una nueva nave espacial cada seis meses. ^[27] El objetivo principal de los primeros satélites TIROS era probar el uso de sistemas de cámaras de televisión a bordo del espacio para obtener imágenes de la cobertura de nubes. ^[28] Durante la primera generación, el alcance del proyecto TIROS evolucionó desde un nivel experimental inicial a uno semioperativo. ^[19] Después del TIROS-1, la ingeniería y el diseño de la misión de las sucesivas naves espaciales TIROS tenían como objetivo resolver las deficiencias observadas en iteraciones anteriores. ^[29]

Los buses espaciales de la primera generación de naves espaciales TIROS eran prismas rectos de 18 lados en forma de tambor que medían aproximadamente 42 pulgadas (1100 mm) de diámetro y 19 pulgadas (480 mm) de altura. Cada nave espacial, hecha de aleación de aluminio y acero inoxidable, pesaba alrededor de 270 libras (120 kg). Los satélites estaban alimentados por baterías de níquel-cadmio , que a su vez se cargaban con 9200 células solares montadas en los costados de la nave espacial. ^[28] Las naves espaciales TIROS fueron diseñadas para girar a 8-12 rpm para mantener la estabilización del giro. Se podían disparar pares de cohetes de combustible sólido montados en la placa base de la carcasa del instrumento, un par a la vez, para aumentar la velocidad de rotación en 3 rpm para contrarrestar la degradación en la velocidad de giro. ^{[28] [30]} Las cámaras de los primeros ocho satélites TIROS también estaban ubicadas en la placa base y alineadas en paralelo al eje de rotación de la nave espacial . La falta de control de actitud en la primera generación de TIROS significaba que la Tierra solo estaba en el campo de visión de las cámaras durante una parte de la órbita del satélite, y que el satélite mantenía una orientación fija en relación con el espacio durante toda su vida útil por diseño. ^[31] La interacción con el campo magnético de la Tierra hizo que el eje de rotación de TIROS-1 oscilara . Se introdujo un magnetorquer en TIROS-2 y se mantuvo hasta TIROS-8 para permitir cambios de 1,5° en la actitud de la nave espacial por órbita variando gradualmente el propio campo magnético de la nave espacial. Un sistema magnético más robusto, llamado Sistema de Control de Actitud Magnética de Cuarto de Órbita, se introdujo en TIROS-9, lo que permitió un control de actitud más rápido y preciso y permitió cambios en el eje de giro de la nave espacial de hasta 10°. ^[32] Las cámaras de TIROS-9 se fijaron radialmente en los lados de la nave espacial en lugar de en la placa base. Esta configuración de "rueda", en contraste con la configuración "axial" de la nave espacial TIROS anterior, permitió imágenes más frecuentes de la Tierra. ^[33]

La primera generación de satélites TIROS llevaba dos cámaras de barrido lineal Vidicon de 0,5 pulgadas (13 mm) de diámetro , normalmente con diferentes campos de visión que soportaban diferentes resoluciones angulares . ^{[28] [33]} La grabadora de cinta magnética en las primeras iteraciones de TIROS podía almacenar un total de 64 imágenes tomadas a intervalos fijos de 30 segundos, equivalentes a dos órbitas de datos como máximo. La capacidad de imágenes se incrementó a 96 imágenes a partir de TIROS-9, y la implementación de un sistema de reloj permitió intervalos variables entre imágenes. ^[34] Los obturadores de la cámara hicieron posible la serie de imágenes fijas que se almacenaban y transmitían de vuelta a la Tierra a través de transmisores FM de 2 vatios a medida que el satélite se acercaba a uno de sus puntos de mando terrestres. Después de la transmisión, la cinta se borraba o limpiaba y se preparaba para más grabaciones. ^{[ cita requerida ]} TIROS-8 sirvió como una prueba del nuevo sistema APT, permitiendo que las imágenes se transmitieran y recibieran fácilmente sin depender del almacenamiento a bordo. Las naves espaciales TIROS posteriores mantuvieron el sistema APT acompañado de mejoras tanto en el sistema de a bordo como en la expansión de la red de estaciones terrestres. Algunas de las primeras naves espaciales TIROS también incluían un radiómetro de escaneo infrarrojo de resolución media de cinco canales y un radiómetro de baja resolución. ^[34] El radiómetro de cinco canales permitió realizar observaciones de la cobertura de nubes tanto de día como de noche. ^[35] Los datos se transmitían a través de cuatro antenas que sobresalían de la placa base de la nave espacial, con una única antena receptora montada en el centro de la placa superior. ^[28]

Cada una de las primeras diez misiones TIROS se planeó para adoptar órbitas circulares heliosincrónicas con una altitud de aproximadamente 400 millas náuticas (740 km; 460 millas); el rendimiento superior de la segunda etapa del sistema de lanzamiento de TIROS-9 resultó en la colocación errónea de esa nave espacial en una órbita elíptica. Los primeros cuatro satélites TIROS se lanzaron en órbitas circulares con una inclinación de 48° con respecto al ecuador , proporcionando cobertura de la Tierra entre 55° N y 55° S. Las mejoras concurrentes en el vehículo de lanzamiento Thor-Delta seleccionado para el programa TIROS permitieron aumentos en la inclinación orbital de cargas útiles posteriores. Los cuatro satélites siguientes, desde TIROS-5 hasta TIROS-8, tuvieron una inclinación mayor de 58°, ampliando la cobertura satelital a 65° N–65° S. TIROS-9 y TIROS-10 lograron una cobertura completa del lado diurno de la Tierra con inclinaciones orbitales casi polares de 98° con respecto al ecuador. Las orientaciones de los primeros ocho satélites TIROS y sus órbitas limitaron la porción observable del lado iluminado por el sol de la Tierra, basándose en la precesión orbital a lo largo de varios meses para cubrir áreas en los hemisferios norte y sur. ^[31]

• TIROS-1 (A): lanzado el 1 de abril de 1960, sufrió un fallo en el sistema eléctrico el 15 de junio de 1960
• TIROS-2 (B): lanzado el 23 de noviembre de 1960, falló el 22 de enero de 1961
• TIROS-3 (C): lanzado el 12 de julio de 1961, desactivado el 28 de febrero de 1962
• TIROS-4 (D): lanzado el 8 de febrero de 1962, falló el 30 de junio de 1962 (ambas cámaras fallaron antes)
• TIROS-5 (E): lanzado el 19 de junio de 1962, falló el 13 de mayo de 1963
• TIROS-6 (F): lanzado el 18 de septiembre de 1962, falló el 21 de octubre de 1963
• TIROS-7 (G): lanzado el 19 de junio de 1963, desactivado el 3 de junio de 1968
• TIROS-8 (H): lanzado el 23 de diciembre de 1963, desactivado el 1 de julio de 1967
• TIROS-9 (I): lanzado el 22 de enero de 1965, falló el 15 de febrero de 1967. Primer satélite Tiros en órbita casi polar
• TIROS-10 (OT-1): lanzado el 2 de julio de 1965, desactivado el 1 de julio de 1967.

En junio de 2009, todos los satélites TIROS lanzados entre 1960 y 1965 (con excepción del TIROS-7) todavía estaban en órbita. ^[36]

• ESSA-1 (OT-3) ^[37]
• ESSA-2 (OT-2) ^[38]
• ESSA-3 (TOS-A) ^[39]
• ESSA-4 (TOS-B) ^[40]
• ESSA-5 (TOS-C) ^[41]
• ESSA-6 (TOS-D) ^[42]
• ESSA-7 (TOS-E) ^[43]
• ESSA-8 (TOS-F) ^[44]
• ESSA-9 (TOS-G) ^[45]

• TIROS-M (ITOS-1): lanzado el 23 de enero de 1970
• NOAA-1 (ITOS-A): lanzado el 11 de diciembre de 1970
• ITOS-B lanzado el 21 de octubre de 1971, órbita inutilizable
• ITOS-C
• NOAA-2 (ITOS-D): lanzado el 15 de octubre de 1972
• El ITOS-E se lanzó el 16 de julio de 1973 y no logró orbitar.
• NOAA-3 (ITOS-F): lanzado el 6 de noviembre de 1973
• NOAA-4 (ITOS-G): lanzado el 15 de noviembre de 1974
• NOAA-5 (ITOS-H): lanzado el 29 de julio de 1976

• TIROS-N (Proto-vuelo): lanzado el 13 de octubre de 1978 a una órbita de 470 millas náuticas ; desactivado el 27 de febrero de 1981. ^[46]
• NOAA-6 (NOAA-A antes del lanzamiento): lanzado el 27 de junio de 1979 a una órbita de 450 millas náuticas. El HIRS, un sensor principal de la misión, falló el 19 de septiembre de 1983. El satélite superó su vida útil de diseño de dos años en casi seis años cuando se desactivó el 31 de marzo de 1987. ^{[46] [47]}
• NOAA-B : lanzado el 29 de mayo de 1980. No logró alcanzar una órbita utilizable debido a una anomalía en el motor de refuerzo. ^[20]
• NOAA-7 (C): lanzado el 23 de junio de 1981 a una órbita de 470 millas náuticas; desactivado en junio de 1986. ^[46]
• NOAA-12 (D): lanzado el 14 de mayo de 1991 a una órbita AM de 450 millas náuticas, fuera de secuencia (véase más abajo). Se puso en modo de espera el 14 de diciembre de 1998, cuando el NOAA-15 entró en funcionamiento ^[46] y se desactivó el 10 de agosto de 2007, estableciendo un récord de vida útil prolongada de más de dieciséis años. ^[20]

Las naves espaciales TIROS-N (ATN) avanzadas eran similares a los satélites NOAA-A a -D, con la excepción de un módulo de soporte de equipos ampliado para permitir la integración de cargas útiles adicionales. Un cambio con respecto a las naves espaciales TIROS-N a NOAA-D fue que las ubicaciones de palabras libres en el sistema de datos de baja tasa de bits TIROS Information Processor (TIP) se utilizaron para instrumentos especiales como el Earth Radiation Budget Satellite (ERBE) y el SBUV/2 . El sistema de búsqueda y rescate (SAR) se volvió independiente, utilizando una frecuencia especial para la transmisión de datos a tierra. ^[48]

• NOAA-8 (E): lanzado el 28 de marzo de 1983 a una órbita de 450 millas náuticas (830 km; 520 mi), fuera de secuencia (antes de NOAA-D) para poner en funcionamiento el primer sistema SAR en un satélite estadounidense. ^[20] Desactivado el 29 de diciembre de 1985, tras una fuga térmica que destruyó una batería. ^[47]
• NOAA-9 (F): lanzado el 12 de diciembre de 1984 a una órbita vespertina de 470 millas náuticas, fue el primer satélite que transportó un instrumento SBUV/2 . Se desactivó el 1 de agosto de 1993, pero se reactivó tres semanas después, tras la falla del NOAA-13. El transmisor SARR falló el 18 de diciembre de 1997 y el satélite se desactivó permanentemente el 13 de febrero de 1998. ^{[46] [47]}
• NOAA-10 (G): lanzado el 17 de septiembre de 1986 a una órbita matutina de 450 millas náuticas. Se puso en modo de espera el 17 de septiembre de 1991 (cuando el NOAA-12 entró en funcionamiento) ^[47] y se desactivó el 30 de agosto de 2001. ^[46]
• NOAA-11 (H): lanzado el 24 de septiembre de 1988 a una órbita PM de 470 millas náuticas. Se puso en modo de espera en marzo de 1995 y se reactivó en mayo de 1997 para proporcionar sondeos después de una anomalía HIRS en NOAA-12. ^[47] Desactivado el 16 de junio de 2004. ^[49]
• NOAA-13 (I): lanzada el 9 de agosto de 1993 a una órbita de 470 millas náuticas (PM); dos semanas después del lanzamiento, la nave espacial sufrió una anomalía catastrófica en el sistema de energía. Los intentos de establecer contacto o de dar órdenes a la nave espacial resultaron infructuosos. ^[46]
• NOAA-14 (J): lanzado el 30 de diciembre de 1994 a una órbita PM de 470 millas náuticas y dado de baja el 23 de mayo de 2007 después de más de doce años de operación. ^[49]
• NOAA-15 (K): se lanzó el 13 de mayo de 1998 a una órbita matutina de 450 millas náuticas y reemplazó a NOAA-12 el 14 de diciembre de 1998 como la nave espacial AM principal. Actualmente es secundaria, con MetOp-B como la principal AM. ^[50]
• NOAA-16 (L): Lanzado el 21 de septiembre de 2000 a una órbita vespertina de 470 millas náuticas; reemplazó a NOAA-14 el 19 de marzo de 2001, como la principal nave espacial AM. ^[46] Desactivado el 9 de junio de 2014 debido a una anomalía importante en la nave espacial. ^[51]
• NOAA-17 (M): lanzado el 24 de junio de 2002 a una órbita AM de 450 millas náuticas y dado de baja el 10 de abril de 2013. ^[49]
• NOAA-18 (N): se lanzó el 20 de mayo de 2005 a una órbita vespertina de 470 millas náuticas y reemplazó a NOAA-16 como nave espacial principal de PM el 30 de agosto de 2005. ^{[50] [51]}
• NOAA-19 (N Prime): se lanzó el 6 de febrero de 2009 a una órbita vespertina de 470 millas náuticas ^[52] y reemplazó a NOAA-18 como nave espacial principal de PM el 2 de junio de 2009. ^{[50] [53]}

• Página de la NASA sobre TIROS
• Página de la NASA sobre ESSA Archivado el 13 de septiembre de 2005 en Wayback Machine.
• Página de la NASA sobre ITOS y NOAA Archivado el 13 de septiembre de 2005 en Wayback Machine.
• Página de la NASA sobre TIROS-N Archivado el 10 de noviembre de 2005 en Wayback Machine.
• Programa Goddard POES de la NASA - Página de inicio de POES
• Oficina de Operaciones Satélites de NOAA - POES
• 50º aniversario de TIROS-1 y recursos sobre meteorología satelital
• Vídeo de YouTube de la NASA de TIROS-1