Programa Landsat

Imagen satelital en falso color de Calcuta , India, tomada por Landsat 7 en 2004, que muestra ríos, áreas vegetadas y áreas desarrolladas.

Mapa de cobertura terrestre de la isla grande de Hawái utilizando datos de Landsat 7 de 1999 a 2001 , que muestra flujos de lava negra del Mauna Loa , el Mauna Kea inactivo de color grisáceo , una columna de humo del Kilauea activo , bosques tropicales de color verde oscuro y áreas agrícolas de color verde claro.

El programa Landsat es el proyecto de adquisición de imágenes satelitales de la Tierra de mayor duración . Es un programa conjunto de la NASA y el USGS . El 23 de julio de 1972 se lanzó el Satélite de Tecnología de Recursos Terrestres , que posteriormente fue renombrado como Landsat 1 en 1975. ^{[ 1 ]} El más reciente, Landsat 9 , se lanzó el 27 de septiembre de 2021.

Los instrumentos de los satélites Landsat han capturado millones de imágenes. Estas imágenes, archivadas en Estados Unidos y en las estaciones receptoras de Landsat de todo el mundo, constituyen un recurso único para la investigación del cambio global y aplicaciones en agricultura , cartografía , geología , silvicultura , planificación regional , vigilancia y educación , y pueden consultarse a través del sitio web "EarthExplorer" del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS). Los datos de Landsat 7 cuentan con ocho bandas espectrales con resoluciones espaciales que van desde 15 a 60 m (49 a 197 pies) ; la resolución temporal es de 16 días. ^{[ 2 ]} Las imágenes de Landsat suelen dividirse en escenas para facilitar su descarga. Cada escena de Landsat tiene aproximadamente 115 millas de largo y 115 millas de ancho (o 100 millas náuticas de largo y 100 millas náuticas de ancho, o 185 kilómetros de largo y 185 kilómetros de ancho).  

En 1965, William T. Pecora , entonces director del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), propuso la idea de un programa de satélites de teledetección para recopilar información sobre los recursos naturales de nuestro planeta. Pecora afirmó que el programa fue concebido en 1966, en gran medida, como resultado directo de la utilidad demostrada de la fotografía orbital de Mercury y Gemini para los estudios de los recursos terrestres.

Si bien los satélites meteorológicos habían estado monitoreando la atmósfera terrestre desde 1960 y se consideraban ampliamente útiles, no se valoró la información del terreno obtenida desde el espacio hasta mediados de la década de 1960. Por lo tanto, cuando se propuso el Landsat 1, se topó con una fuerte oposición de la Oficina de Presupuesto y de quienes argumentaban que los aviones de gran altitud serían la opción más responsable desde el punto de vista financiero para la teledetección terrestre. Al mismo tiempo, el Departamento de Defensa temía que un programa civil como el Landsat comprometiera el secreto de sus misiones de reconocimiento . Además, existían preocupaciones geopolíticas sobre fotografiar países extranjeros sin permiso. En 1965, la NASA comenzó investigaciones metódicas sobre la teledetección terrestre utilizando instrumentos montados en aviones.

En 1966, el USGS convenció al Secretario del Interior , Stewart Udall , de que anunciara que el Departamento del Interior (DOI) continuaría con su programa de satélites de observación de la Tierra . Esta astuta maniobra política obligó a la NASA a acelerar la construcción de Landsat. Sin embargo, las restricciones presupuestarias y los desacuerdos sobre los sensores entre las agencias solicitantes (en particular el Departamento de Agricultura y el DOI) volvieron a obstaculizar el proceso de construcción del satélite. Finalmente, en 1970, la NASA recibió luz verde para construir un satélite. Sorprendentemente, Landsat 1 se lanzó en tan solo dos años, anunciando una nueva era de teledetección terrestre desde el espacio. ^{[ 3 ]}

La empresa Hughes Aircraft Company, del Centro de Investigación de Santa Bárbara, inició, diseñó y fabricó los tres primeros escáneres multiespectrales (MSS) en 1969. El primer prototipo de MSS, diseñado por Virginia Norwood , se completó en nueve meses, en el otoño de 1970. Se probó escaneando Half Dome en el Parque Nacional Yosemite . Norwood fue apodada "La Madre de Landsat" por este trabajo de diseño. ^{[ 4 ]}

Trabajando en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA , Valerie L. Thomas dirigió el desarrollo de los primeros sistemas de software para el procesamiento de imágenes Landsat y se convirtió en la experta residente en las cintas compatibles con computadoras (CCT, por sus siglas en inglés) que se utilizaban para almacenar las primeras imágenes Landsat. Thomas fue una de las especialistas en procesamiento de imágenes que facilitó el ambicioso «Experimento de Inventario de Cultivos en Grandes Áreas», conocido como LACIE, un proyecto que demostró por primera vez que el monitoreo global de cultivos podía realizarse mediante teledetección con imágenes satelitales Landsat. ^{[ 5 ]}

El programa se denominó inicialmente Programa de Satélites de Tecnología de Recursos Terrestres, nombre que se utilizó entre 1966 y 1975. En 1975, el nombre se cambió a Landsat. En 1979, la Directiva Presidencial 54 de Jimmy Carter ^{[ 6 ] [ 7 ]} transfirió las operaciones de Landsat de la NASA a la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), recomendó el desarrollo de un sistema operativo a largo plazo con cuatro satélites adicionales más allá de Landsat 3, y recomendó la transición a la operación de Landsat por parte del sector privado. Esto ocurrió en 1985 cuando la Compañía de Satélites de Observación de la Tierra ( EOSAT ), una asociación de Hughes Aircraft Company y RCA , fue seleccionada por la NOAA para operar el sistema Landsat con un contrato de diez años. EOSAT operó Landsat 4 y Landsat 5, tuvo derechos exclusivos para comercializar los datos de Landsat y debía construir Landsat 6 y 7.

En 1989, esta transición no se había completado del todo cuando la financiación de la NOAA para el programa Landsat estaba a punto de agotarse (la NOAA no había solicitado ninguna financiación y el Congreso de los Estados Unidos solo había asignado seis meses de financiación para el año fiscal), ^{[ 8 ]} y la NOAA ordenó que se apagaran Landsat 4 y Landsat 5. ^{[ 9 ]}

El jefe del recién formado Consejo Espacial Nacional , el vicepresidente Dan Quayle , tomó nota de la situación y gestionó fondos de emergencia que permitieron que el programa continuara con los archivos de datos intactos. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

Nuevamente en 1990 y 1991, el Congreso proporcionó solo la mitad de la financiación anual a la NOAA, solicitando que las agencias que utilizaban datos de Landsat proporcionaran la financiación para los otros seis meses del año siguiente. ^{[ 8 ]}

En 1992, se realizaron diversos esfuerzos para obtener financiación para satélites Landsat posteriores y para continuar con las operaciones, pero a finales de año, EOSAT dejó de procesar los datos de Landsat. El Landsat 6 se lanzó finalmente el 5 de octubre de 1993, pero se perdió debido a un fallo en el lanzamiento. EOSAT reanudó el procesamiento de los datos de Landsat 4 y 5 en 1994. La NASA finalmente lanzó el Landsat 7 el 15 de abril de 1999.

El Congreso reconoció el valor del programa Landsat en octubre de 1992, cuando aprobó la Ley de Política de Teledetección Terrestre (Ley Pública 102-555), que autorizaba la adquisición del Landsat 7 y garantizaba la disponibilidad continua de datos e imágenes digitales de Landsat, al menor coste posible, para los usuarios tradicionales y nuevos de los datos.

A principios de siglo, el surgimiento de una industria comercial viable de teledetección en Estados Unidos, recientemente estabilizada por su apoyo a la comunidad de inteligencia nacional, planteó interrogantes sobre la viabilidad de un sistema público de satélites de teledetección terrestre. En consecuencia, los planes de la Casa Blanca se orientaron hacia la posible adopción de un instrumento similar al MSS a bordo de la plataforma NPOESS y, simultáneamente, la cancelación de futuros satélites Landsat por parte de la Oficina de Política Científica y Tecnológica de Estados Unidos (OSTP). Estas acciones fueron posteriormente canceladas por la OSTP y la Casa Blanca, lo que dio lugar a la elaboración de una nueva política nacional para la teledetección terrestre. El Plan de la OSTP para un Programa Nacional de Imágenes Terrestres se publicó en 2007 tras la reautorización del Landsat 8. Posteriormente, el sistema de satélites Landsat fue reconocido como fundamental para la gestión y la política espacial, de observación de la Tierra y geoespacial de Estados Unidos.

Cronología

Los satélites Landsat 1 a 5 llevaban el escáner multiespectral Landsat (MSS). Los satélites Landsat 4 y 5 llevaban tanto el MSS como el sensor Thematic Mapper (TM). Landsat 7 utiliza el escáner Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). Landsat 8 utiliza dos instrumentos: el Operational Land Imager (OLI) para bandas ópticas y el sensor de infrarrojo térmico (TIRS) para bandas térmicas . Las designaciones de banda, los anchos de banda y los tamaños de píxel para los instrumentos Landsat son: ^{[ 19 ]}

* El tamaño original de los píxeles del sistema MSS era de 79 x 57 metros; los sistemas de producción ahora remuestrean los datos a 60 metros.

* La banda TM 6 se adquirió con una resolución de 120 metros, pero los productos se remuestrean a píxeles de 30 metros.

* La banda 6 de ETM+ se adquiere con una resolución de 60 metros, pero los productos se remuestrean a píxeles de 30 metros.

* Las bandas TIRS se adquieren con una resolución de 100 metros, pero se remuestrean a una resolución de 30 metros en el producto de datos entregado.

Una ventaja de las imágenes Landsat, y de la teledetección en general, es que proporcionan datos a nivel sinóptico global imposibles de replicar con mediciones in situ . Sin embargo, existen compromisos entre el detalle local de las mediciones ( resolución radiométrica , número de bandas espectrales ) y la escala espacial del área medida. Las imágenes Landsat tienen una resolución espacial baja en comparación con otros métodos de teledetección, como las imágenes aéreas. Si bien la resolución espacial de Landsat es relativamente alta en comparación con otros satélites, su frecuencia de revisita es relativamente menor.

El programa Landsat incorporó el escáner multiespectral (MSS) desde su primera misión hasta la quinta. El MSS le dio a Estados Unidos una ventaja en imágenes satelitales, facilitando el lanzamiento de Landsat antes que el satélite francés SPOT .

El MSS era único en su diseño. Empleaba un espejo móvil, en lugar de una cámara estática , capturando imágenes de la Tierra en cuatro bandas espectrales distintas. Esta capacidad le permitía registrar variaciones en la luz solar reflejada por la Tierra . Cabe destacar que el MSS del Landsat 3 era aún más avanzado, con la capacidad adicional de detectar radiación térmica . ^{[ 21 ]}

Una de las características más destacadas del MSS era la consistencia de sus imágenes. Cada fotograma capturado representaba un área de la superficie terrestre de aproximadamente 83 metros de largo y 68 metros de ancho. Además, el sistema fue diseñado para asegurar un barrido continuo de imágenes a través de una franja equivalente a 185  km en la superficie terrestre. El diseño del MSS también priorizaba la precisión; al sincronizar con exactitud los movimientos del espejo, garantizaba que las imágenes consecutivas no se superpusieran. ^{[ 21 ]}

Sin embargo, en la década de 1980, la dinámica de costos cambió. El acceso a las imágenes de Landsat se volvió sustancialmente más caro, lo que convirtió a las imágenes del satélite francés SPOT en una alternativa más rentable para muchos usuarios. El aumento en los precios de Landsat puede atribuirse a cambios en la política estadounidense, iniciados bajo el liderazgo de Carter y finalizados durante la administración de Ronald Reagan . ^{[ 7 ] [ 22 ]}

Los datos de Landsat proporcionan información que permite a los científicos predecir la distribución de especies y detectar cambios, tanto naturales como antropogénicos, a una escala mayor que la que ofrecen los datos tradicionales de trabajo de campo. Las diferentes bandas espectrales utilizadas en los satélites del programa Landsat ofrecen numerosas aplicaciones, que abarcan desde la ecología hasta cuestiones geopolíticas. La determinación de la cobertura terrestre es un uso común de las imágenes de Landsat en todo el mundo. ^{[ 23 ]}

Las imágenes de Landsat proporcionan una de las series temporales ininterrumpidas más largas disponibles de cualquier programa de teledetección, que abarca desde 1972 hasta la actualidad. ^{[ 24 ]} De cara al futuro, el exitoso lanzamiento de Landsat 9 en 2021 demuestra que esta serie temporal continuará. ^{[ 25 ]}

En 2015, el Grupo Asesor de Landsat del Comité Asesor Geoespacial Nacional informó que las 16 principales aplicaciones de imágenes Landsat generaron ahorros de aproximadamente 350 millones a más de 436 millones de dólares anuales para los gobiernos federales y estatales, las organizaciones no gubernamentales ( ONG ) y el sector privado. Esta estimación no incluyó ahorros adicionales derivados de otros usos más allá de las dieciséis categorías principales. ^{[ 26 ]} Las 16 categorías principales para el uso de imágenes Landsat, ordenadas según el ahorro anual estimado para los usuarios, son:

1. Gestión de riesgos del Departamento de Agricultura de los Estados Unidos
2. Mapas del gobierno de EE. UU.
3. monitoreo del uso del agua en la agricultura
4. Vigilancia de seguridad global
5. Apoyo a la gestión de incendios
6. Detección de la fragmentación forestal
7. Detección de cambios forestales
8. Estimaciones de la oferta y la demanda agrícola mundial
9. Gestión de viñedos y conservación del agua
10. Mapeo de medidas de mitigación de inundaciones
11. Mapeo de productos agrícolas
12. Mapeo y monitoreo del hábitat de las aves acuáticas
13. Análisis de los cambios costeros
14. Monitoreo de la salud forestal
15. Mapeo global de la línea costera por la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial.
16. Evaluación del riesgo de incendios forestales ^{[ 26 ]}

Entre los usos adicionales de las imágenes Landsat se incluyen, entre otros: la pesca , la silvicultura, la disminución de masas de agua continentales , los daños causados ​​por incendios, el retroceso de los glaciares , el desarrollo urbano y el descubrimiento de nuevas especies biológicas. A continuación se explican algunos ejemplos específicos.

gestión de recursos naturales

Pesca

En 1975, una posible aplicación de las nuevas imágenes generadas por satélite fue la identificación de zonas de pesca de alto rendimiento . Mediante la investigación Landsat Menhaden and Thread, se procesaron datos satelitales de la parte oriental del estrecho de Mississippi y de otra zona frente a la costa de Luisiana , utilizando algoritmos de clasificación para determinar las zonas de pesca de alta y baja probabilidad. Estos algoritmos arrojaron una clasificación con una precisión superior al 80%, comprobada mediante mediciones in situ , y revelaron que el color del agua , visto desde el espacio, y la turbidez se correlacionan significativamente con la distribución del menhaden , mientras que la temperatura superficial y la salinidad no parecen ser factores relevantes. El color del agua, medido con las cuatro bandas espectrales de los escáneres multiespectrales, se utilizó para inferir la clorofila , la turbidez y, posiblemente, la distribución de los peces. ^{[ 27 ]}

Silvicultura

Un estudio ecológico utilizó 16 imágenes Landsat ortorrectificadas para generar un mapa de cobertura terrestre del bosque de manglares de Mozambique . El objetivo principal era medir la cobertura de manglares y la biomasa aérea en esta zona, que hasta ahora solo se podía estimar. Se encontró que la cobertura tenía una precisión del 93% de 2909 kilómetros cuadrados (un 27% menos que las estimaciones previas). Además, el estudio ayudó a confirmar que la configuración geológica tiene mayor influencia en la distribución de la biomasa que la latitud: el área de manglares se extiende a lo largo de 16° de latitud, pero su volumen de biomasa se vio más afectado por las condiciones geográficas. ^{[ 28 ]}

El Landsat 8 fue lanzado el 11 de febrero de 2013 a bordo de un cohete Atlas V 401 desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg, por el Programa de Servicios de Lanzamiento . Continuará obteniendo valiosos datos e imágenes que se utilizarán en agricultura, educación, negocios, ciencia y gobierno. El nuevo satélite fue ensamblado en Arizona por Orbital Sciences Corporation .

Landsat 9 se lanzó el 27 de septiembre de 2021. Durante la planificación financiera del año fiscal 2014, los responsables de la asignación de fondos reprendieron a la NASA por las expectativas poco realistas de que un Landsat 9 costaría US$1.000 millones y limitaron el gasto a US$650 millones, según un informe del Servicio de Investigación del Congreso . Los responsables de la asignación de fondos del Senado de los Estados Unidos aconsejaron a la NASA que planificara un lanzamiento a más tardar en 2020. ^{[ 7 ]} En abril de 2015, la NASA y el USGS anunciaron que el trabajo en Landsat 9 había comenzado, con fondos asignados para el satélite en el presupuesto del presidente para el año fiscal 2016, para un lanzamiento planeado en 2023. ^{[ 34 ]} También se propuso financiación para el desarrollo de un satélite de vuelo libre de infrarrojo térmico (TIR) ​​de bajo costo para su lanzamiento en 2019 para garantizar la continuidad de los datos volando en formación con Landsat 8. ^{[ 34 ]}

En el futuro, también podría haber una mayor colaboración entre los satélites Landsat y otros satélites con resolución espacial y espectral similar, como la constelación Sentinel-2 de la ESA . ^{[ 35 ]}

El lanzamiento de Landsat Next está previsto para finales de 2030/principios de 2031 y medirá 26 bandas espectrales; los Landsat 8 y 9 actuales miden 11 cada uno. ^{[ 36 ]}

• Descripción general del sensor infrarrojo térmico (TIRS), uno de los instrumentos del Landsat 8.
• Vídeo a cámara rápida del instrumento Sensor Térmico Infrarrojo (TIRS) del Landsat 8 siendo limpiado, embolsado y embalado para su envío a Orbital Sciences Corp, donde el TIRS será integrado a la nave espacial.
• Animación que muestra cómo se pueden combinar diferentes bandas LDCM para obtener información diferente sobre los Everglades de Florida.
• 
  Captura de pantalla de NASA TV que muestra el Atlas V durante el lanzamiento de Landsat 8.

• satélite de observación de la Tierra
• sistema de información geográfica
• Ortofoto , corregida para una escala uniforme como un mapa.
• Teledetección

• Página principal de Landsat USGS
• Página principal de Landsat de la NASA
• Obras de Landsat en el Proyecto Gutenberg.
• Imágenes Landsat de GLOVIS y Global Land Cover Facility.
• Imágenes en mosaico de Landsat del proyecto WELD .
• Landsat Explorer de ESRI