Sensor especial de microondas/imágenes

El sensor especial de microondas/imagen (SSM/I) es un sistema de radiómetro de microondas pasivo de siete canales, cuatro frecuencias y polarización lineal . ^{[ 1 ]} Se instala a bordo de los satélites del Bloque 5D-2 del Programa de Satélites Meteorológicos de Defensa (DMSP) de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos . El instrumento mide las temperaturas de brillo de microondas (TB) de la superficie y la atmósfera a 19,35, 22,235, 37,0 y 85,5 GHz. Las cuatro frecuencias se muestrean tanto en polarización horizontal como vertical , excepto la de 22 GHz, que se muestrea solo en vertical. ^{[ 2 ]}  

El SSM/I ha sido un instrumento de gran éxito, superando los diseños de radiómetro de barrido transversal y de Dicke de los sistemas anteriores. Su combinación de barrido rotatorio de ángulo constante y diseño de radiómetro de potencia total se ha convertido en un estándar para los generadores de imágenes de microondas pasivos, como el generador de imágenes de microondas TRMM y el AMSR.

Su predecesor, el Radiómetro de Microondas Multicanal de Barrido (SMMR), proporcionaba información similar. Su sucesor, el Generador de Imágenes/Sonda de Microondas de Sensor Especial ( SSMIS ), es un sistema mejorado de once canales y ocho frecuencias.

Junto con su predecesor, el SMMR, el SSM/I contribuye a un archivo mundial de productos de microondas pasivas desde finales de 1978 hasta la actualidad.

La información contenida en las mediciones de los TB del SSM/I permite recuperar cuatro parámetros meteorológicos importantes sobre el océano: velocidad del viento cerca de la superficie (nótese que es escalar, no vectorial ), vapor de agua columnar total , agua líquida columnar total en las nubes ( trayectoria del agua líquida ) y precipitación. Sin embargo, la medición precisa y cuantitativa de estos parámetros a partir de los TB del SSM/I es una tarea compleja. Las variaciones en los parámetros meteorológicos modifican significativamente los TB. Además de las recuperaciones en mar abierto, también es posible recuperar información cuantitativamente fiable sobre el hielo marino , ^{[ 3 ]} la capa de nieve terrestre y la precipitación sobre tierra.

Los satélites Block 5D-2 se encuentran en órbitas circulares o casi circulares , sincrónicas con el Sol y casi polares, a altitudes de 833  km con inclinaciones de 98,8° y periodos orbitales de 102,0 minutos, completando cada uno 14,1 órbitas completas por día. La dirección de escaneo es de izquierda a derecha, con mediciones de la escena activa ubicadas en ± 51,2 grados al observar en la dirección F8 hacia adelante (F10–F15) o hacia atrás (F8) del movimiento de la nave espacial. Esto resulta en un ancho de franja nominal de 1394  km, lo que permite una cobertura terrestre frecuente, especialmente en latitudes más altas. Todas las partes del globo en latitudes mayores de 58° se cubren al menos dos veces al día, excepto pequeños sectores circulares no medidos de 2,4° alrededor de los polos. Las regiones polares extremas (> 72° N o S) reciben cobertura de dos o más sobrevuelos diarios tanto de las órbitas ascendentes como descendentes.

La velocidad de rotación del SSM/I proporciona un período de 1,9 s durante el cual el punto subsatélite de la nave espacial DMSP recorre 12,5  km. En cada barrido se toman 128 muestras radiométricas discretas y uniformemente espaciadas en los dos  canales de 85 GHz y, en barridos alternos, se toman 64 muestras discretas en los 5 canales restantes de menor frecuencia. La resolución está determinada por el límite de Nyquist y la contribución de la superficie terrestre de 3  dB de ancho de banda de la señal a una frecuencia dada (véase la tabla). La dirección del radiómetro interseca la superficie terrestre con un ángulo de incidencia nominal de 53,1 grados, medido desde la normal local de la Tierra.

El sensor SMMR se instaló en los satélites Seasat y Nimbus 7 de la NASA en 1978. Seasat funcionó solo durante unos meses hasta que el satélite sufrió un cortocircuito que puso fin a la misión, mientras que Nimbus 7 funcionó inesperadamente durante 9 años, enviando datos hasta 1987.

El SSM/I ha estado operando casi continuamente en los vuelos F8-F15 del Bloque 5D-2 (no en el F9) desde junio de 1987. Las preocupaciones sobre el rendimiento del radiómetro en todo el rango de condiciones ambientales espaciales llevaron a que el instrumento F8 se apagara a principios de diciembre de 1987 para evitar el sobrecalentamiento. El  canal de polarización vertical de 85 GHz no se activó en enero de 1988. El análisis mostró un blindaje térmico inadecuado de los radiómetros del sensor debido al calentamiento excesivo en el perihelio . Posteriormente, la  polarización horizontal de 85 GHz experimentó un gran aumento en los errores radiométricos y se apagó en el verano de 1988.

El lanzamiento del siguiente SSM/I, a bordo del satélite F10, tuvo lugar el 1 de diciembre de 1990, pero no fue del todo exitoso. La explosión del cohete propulsor dejó al F10 en una órbita elíptica. El ángulo de incidencia del eje óptico del F10 SSM/I variaba con respecto a la Tierra a lo largo de cada órbita, lo que también alteraba la superficie terrestre observada por el radiómetro. Las desviaciones en el ángulo de incidencia, de hasta 1,4°, eran considerables y, de no tenerse en cuenta, alterarían las respuestas de varios algoritmos geofísicos. Además, los cambios relacionados en el ancho de la franja de barrido, desde un mínimo de 1226  km en el perigeo hasta 1427  km en el apogeo, modificaron la cantidad de radiación observada por los radiómetros del F10 SSM/I. La órbita no circular también provocó una ligera precesión del tiempo de cruce ecuatorial del F10 de 50 segundos por semana.

El generador de imágenes F12 sufrió un retraso en su fecha de lanzamiento (la nave espacial quedó fuera de la secuencia de construcción del DMSP) debido a un fallo en el SSM/I. Sin embargo, el tiempo y los costes adicionales invertidos para solucionar el problema no sirvieron de nada. El SSM/I no logró alcanzar la velocidad de giro tras el lanzamiento y, por consiguiente, no se dispuso de datos de este instrumento. Los SSM/I de las naves F11, F13, F14 y F15 han proporcionado datos excelentes.

Antes de su desmantelamiento, el F8 contribuyó a las investigaciones sobre la medición de microondas pasivas con ángulos de incidencia terrestre elevados (es decir, > 51 grados). Un mayor ángulo permitiría utilizar una franja de barrido más amplia, lo que proporcionaría una mayor cobertura de la superficie terrestre. El experimento de inclinación del F8 (véanse los enlaces) se llevó a cabo entre el 25 de junio y el 13 de julio de 1993.

Los F17, F18 y F19 llevan todos el sistema SSMIS .

• Experimento de inclinación F8
• Recuperaciones atmosféricas diarias sobre el océano del SSM/I
• Recuperación de parámetros meteorológicos multi-DMSP SSM/I en tiempo casi real a partir de NESDIS.
• Guía del usuario del SSM/I de la USAF