GEODESIA FÍSICA

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ESCUELA MILITAR DE INGENIERIA MCAL. ANTONIO JOSE DE SUCRE “BOLIVIA”

Mision grace

Carrera: ingeniería geográfica materia: geodesia física

docente: Lic. Daniel flores estudiantes: Luis flores

Melisa Zamora Alejandra Zegarra

Elvis Baltazar La Paz – Bolivia 2012

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Trabajo de investigación

Misión GRACE

1. Introducción

La gravedad es la fuerza invisible que hace que dos masas se atraigan. La rama de la

ciencia que trata de obtener mediciones precisas de la Tierra, mapear puntos sobre la

superficie, y el estudio de su campo gravitacional es conocida como Geodesia. La

elaboración de un modelo preciso de los cambios en la gravedad sobre la superficie

terrestre ha demostrado ser una tarea formidable.

Actualmente, los datos de varias docenas de satélites deben ser combinados para

producir un modelo del campo de gravedad de la Tierra. Estos modelos hacen un buen

trabajo en la simulación de las características del campo gravitacional a gran escala,

pero no pueden hacer lo mismo a escalas más finas. Es por eso que con el diseño

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único de la misión GRACE (satélites gemelos volando en formación) se espera que

conduzca a una mejora de varios ordenes de magnitud en estas mediciones de la

gravedad y permitir una mejor resolución de la gama de características, a pequeña

escala, de las características del campo de gravedad de la Tierra sobre tierra y mares.

Un experimento secundario que GRACE llevará a cabo es el de examinar cómo el

ambiente afecta a las señales del Sistema de Posicionamiento Global (GPS).

La misión GRACE combinada con otras fuentes de datos existentes mejorará en gran

medida nuestra comprensión de: Geodesia, Glaciología, Hidrología, Oceanografía y

demás ciencias de tierra sólida.

2. Desarrollo

2.1. Misión Gravity Recovery and Climate Experiment – GRACE

GRACE es un sistema de dos satélites idénticos; es un proyecto conjunto de la

National Aeronautics and Space Administration NASA y el Centro Aeroespacial Alemán

(DLR) y constituye la segunda misión dentro del programa Earth System Science

Pathfinder de la NASA. El nombre utilizado (GRACE) proviene de las siglas de la

misión: Gravity Recovery and Climate Experiment.

Los dos satélites construidos por Astrium pesan 480 kg cada uno y fueron lanzados el

17 de marzo de 2002 en un cohete Rockot para una misión de cinco años. El

lanzamiento se llevó a cabo gracias a un vuelo comercial del cohete rusoRokot/Breeze-

KM. Después de un ascenso impecable, a las 10:37 UTC los dos satélites se

encontraban en su trayectoria final.

Los dos GRACE fueron separados de su cohete portador 85 minutos y 38 segundos

después del lanzamiento, y situados en una órbita polar a unos 500 km de altitud. La

estación alemana de Weilheim contactó entonces con ambos vehículos, confirmando

que se encuentran en un estado de salud excelente.

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Después de la separación inicial, el primero de los satélites empezó a alejarse del

segundo a una velocidad de unos 0,5 km/s. A medida que transcurran los siguientes

cuatro días, ambos quedaron a una distancia final de unos 200 km.

Giran 16 veces al día en tándem en torno a la Tierra, uno delante del otro separados

por una distancia aproximada de 220 km en la misma órbita, pero la distancia exacta

entre ellos varía por la influencia de la gravedad de la Tierra. Después de la separación

inicial, el primero de los satélites empezó a alejarse del segundo a una velocidad de

unos 0,5 km/s.

Gracias a una conexión de microondas que existe entre los dos satélites, se medirá la

variación de la distancia entre ambos hasta un valor de varias milésimas de milímetros

(10 micrones). Así se podrá medir el campo de gravitación terrestre con una precisión

hasta ahora jamás alcanzada: se podrá captar variaciones gravitacionales mínimas

causadas por magma en circulación en el interior de la Tierra, por el deshielo de

glaciares o por el desplazamiento de corrientes marinas.

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Los satélites GRACE son la continuación de la misión Champ, que se lanzó en el año

2000. Su objetivo es el de obtener datos detallados de la gravedad de la Tierra pues el

campo gravitacional de la Tierra varía en tiempo y espacio. Por eso los datos de los

satélites Grace se usarán para estimar modelos globales de la variación de la gravedad

cada 30 días en un periodo de tiempo de 5 años. También buscan detectar como la

atmósfera puede afectar las señales de GPS.

La Tierra es dispareja y también lo es su campo gravitacional. Aunque las variaciones

son muy leves, (menos del 1%) son importantes. Cambios imperceptibles en la

gravedad, de un lugar a otro y a través del tiempo, pueden revelar muchas cosas

acerca de los océanos

.

Para medir la fuerza de gravedad en caída libre, GRACE utilizará un par de satélites

idénticos, en la misma órbita, que se encuentran a 220 km de distancia. A medida que

ambos giren en órbita alrededor de la Tierra, las regiones con gravedad ligeramente

más fuerte afectarán al primer satélite, alejándolo levemente del segundo. GRACE

podrá detectar pequeñas fluctuaciones en el campo gravitacional, midiendo la distancia

entre los dos satélites con extraordinaria precisión. La sensibilidad de los satélites es

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tal, que permite determinar diferencias de separación entre los satélites de hasta 10

micrones Gal. (Los satélites pueden detectar un cambio en la distancia que los separa

de un micrómetro, casi un 1/50 del espesor de un cabello humano).

Los mapas de gravedad generados por GRACE tendrán una resolución espacial de

casi 300 km sobre el suelo. Los científicos esperan que los mapas revelen muchas de

las complejas características causadas, por ejemplo, por montañas, planchas de hielo,

y placas oceánicas sumergidas.

Las mediciones de masa de GRACE serán combinadas también con una gran cantidad

de diferentes tipos de datos sobre el medio ambiente (precipitaciones, conocimientos

geográficos, etc) recolectados por científicos y por otros satélites que producen datos

que complementarán los de GRACE: ICESat medirá exactamente la superfice de las

placas de hielo y glaciares del mundo, y la misión Aqua de la NASA detectará la

humedad del suelo.

Teniendo una idea más exacta sobre la contribución de la gravedad, los científicos

podrán obtener mejores conclusiones sobre las temperaturas y corrientes oceánicas --

una información esencial para entender el clima global.

Un ejemplo de resultados que haya brindado la Misión Grace es la noticia brindada en

marzo del 2010, donde informaron que las pérdidas en la capa de hielo de Groenlandia,

que se han ido incrementando durante la pasada década en la región sur, se están

extendiendo ahora rápidamente hacia la costa noroeste.

2.2. Fases de la misión GRACE

2.2.1. Lanzamiento y Operaciones Iniciales Fase (LOIF)

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Los satélites GRACE serán lanzado juntos en un solo vehículo. Esta fase, a partir del

despegue, ofrece oportunidades frecuentes para vigilar el estado de los satélites y para

realizar alguna intervención en la base terrestre.

Además de las estaciones de tierra GSoC en Weilheim y Neustrelitz, estaciones de

seguimiento de la NASA en McMurdo, Spitzbergen, Flatshall Poker están disponibles

tanto para la telemetría de enlace ascendente y de comandos durante la fase LOIF.

La fase LOIF comienza el despegue y termina cuando las siguientes condiciones se

cumplen:

• Ambos satélites están en órbitas seguras, estables, sin peligro de colisión entre

sí, con el vehículo de lanzamiento, o con satélites pasajeros.

• No existen anomalías que representan una amenaza a corto plazo para la

misión.

• La distancia de separación nominal entre los satélites (220 km ± 50 km) se ha

logrado y estabilizado.

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2.2.2. Puesta en fase

Tras LOIF, la misión entra en la fase de puesta en marcha, centrado en el encendido

inicial y la evaluación del sistema de instrumentos científicos. Las siguientes son

algunas de las actividades que ocurren durante esta fase:

• Encendido y check-out de los instrumentos científicos, la Unión

Interparlamentaria y la cámara monitora.

• Establecer enlace entre satélites y caracterizar su desempeño

• La calibración inicial y el ajuste de las compensaciones en los tres ejes

• Los parches de software y actualizaciones de parámetros

2.2.3. Fase de validación

Tras la finalización con éxito de la fase de puesta en marcha, la misión entra en una

fase de validación de seis meses para proporcionar una caracterización de extremo a

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extremo de los sistemas de instrumentos científicos y datos. Las siguientes actividades

se producen durante esta fase:

• Resolución de los problemas de flujo de datos y enlaces entre los mismos.

• Obtención de órbitas precisas y se verifican por medio de los datos de

seguimiento láser terrestre

• Obtención y calibración de datos iniciales para el campo de gravedad, se

verifican a través de una combinación de pruebas de consistencia interna y

comparaciones con datos in situ.

2.2.4. Fase de observación

Después de la fase de validación, la misión entrará en la fase de observación, en la que

se recogerán datos científicos de forma rutinaria. Esta fase continuará hasta el final de

la misión, con la excepción de breves períodos de mantenimiento y recalibración de

órbita.

2.3. Una década de funcionamiento de la misión GRACE

Lanzadas en el 2002, la pareja de naves de la misión GRACE de la NASA lleva todo

este tiempo midiendo con gran precisión el campo gravitacional de la Tierra,

especialmente las pequeñas variaciones de éste según cambia la localización

geográfica. Estas dos naves viajan en pareja alrededor de la tierra, midiendo su

separación exacta usando microondas y un sistema de GPS muy sofisticado. Según el

campo gravitacional de la Tierra cambia, la separación entre las naves varía y es esta

variación es la que se mide y envía a receptores en la superficie para su análisis.

¿Cuál ha sido la importancia de estas naves? Entre otros, han servido para calcular

con exactitud la cantidad de hielo que se ha estado derritiendo de las montañas en

Asia, Groenlandia y el continente de Antártida y que han causado que el nivel del mar

esté creciendo. Estudios obtenidos a base de la información de GRACE argumentan

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que el ritmo de derretimiento del hielo en la Antártida está acelerándose. Por otro lado,

GRACE fue utilizado para determinar porqué en regiones de la India estaban

desapareciendo grandes cantidades de agua, para luego descubrir que toda esta agua

estaba siendo utilizada en otras regiones donde se estaban estableciendo

comunidades y zonas de agricultura inadvertidamente.

Dada la gran importancia de esta misión, la NASA ha decidido continuarla más allá de

sus objetivos originales que hubieran durado sólo cinco años, hasta que las naves

dejen de funcionar. Definitivamente el valor científico de estas naves es incalculable.

2.4. Aplicaciones de GRACE

Fuente: EFE La masa de hielo derretida en Groenlandia ha traído consigo una subida

del nivel de las aguas de 0,7 milímetros por año, informó el Centro de Estudios

Geológicos (GFZ) de Potsdam.

La isla de Groenlandia, la mayor de la Tierra y situada en el norte del Océano Atlántico,

ha perdido entre 2002 y 2011 una masa de hielo equivalente a 240 gigatoneladas,

informó el 17 de marzo de éste año, el Centro de Estudios Geológicos (GFZ) de

Potsdam, junto a Berlín.

Tras recordar que una gigatonelada equivale a mil millones de toneladas, el GFZ

subrayó que la masa de hielo derretida en Groenlandia ha traído consigo una subida

del nivel de las aguas de 0,7 milímetros por año.

Los técnicos alemanes destacaron que la medición de los efectos del cambio climático

en Groenlandia ha sido posible gracias a la Misión Grace llevada a cabo por los

satélites gemelos Tom y Jerry, que desde hace diez años orbitan nuestro planeta.

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Estos satélites de la Misión Grace (Gravity Recovery and Climate Experiment) ofrecen

datos de "alta precisión" que han revelado Tierra, entre otras cosas, una imagen hasta

ahora no alcanzada de la gravedad de la sobre la base de la ley de Newton.

Frank Fletchner, científico del GFZ, explicó que "en el momento en el que se altera la

masa de hielo en Groenlandia, cambia también la atracción de la Tierra en ese lugar".

Los satélites Tom y Jerry han dado hasta ahora más de 55.000 vueltas a nuestro

planeta a una altura que oscila entre los 450 y 500 kilómetros, recabando datos de

manera permanente.

La Misión Grace es un proyecto de la agencia espacial estadounidense NASA y del

Centro Alemán de Navegación Aérea y Espacial, para el que el GFZ realiza la

planificación y valoración de los datos recabados.

El proyecto tiene como fin prioritario medir la gravedad de la Tierra y sus alteraciones

temporales con una gran precisión y una regularidad mensual.

"Muchos de los procesos de los acontecimientos climáticos de nuestro planeta se ven

acompañados por movimientos espacialmente amplios de las aguas que se pueden

verificar en el campo gravitatorio", señaló Fletchner.

Finalmente, comentó que Tom y Jerry han duplicado el tiempo previsto para su misión

y que en las navidades de 2016 se sumarán al proyecto dos satélites nuevos para

investigar el cambio climático.

3. Conclusiones

• Gracias al avance de la tecnología, se hizo posible la construcción de dos

satélites gemelos que permiten resolver uno de los problemas de la geodesia: la

medición del campo de gravedad terrestre

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4. Bibliografía

• http://www.csr.utexas.edu/grace/science/

• http://dfmf.uned.es/biologia/2009/10/el-deshielo-de-los-polos-se-esta-

acelerando-segun-la-mision-grace/

• http://www.rpp.com.pe/2012-03-17-groenlandia-perdio-en-nueve-anos-240-

gigatoneladas-de-masa-helada-noticia_462294.html

• http://www.astrium.eads.net/es/programas/grace.html

• http://www.sociedadastronomia.com/2012/03/22/mision-grace-de-la-nasa-

cumple-una-decada-en-funcionamiento/

• http://geodesiaudec.wordpress.com/2010/09/28/mision-grace-gravity-recovery-

and-climate-experiment/

• http://www.amazings.com/ciencia/noticiasn/180302b.html

• http://www.gidahatari.com/es/infohatari/Satelites-GRACE