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EISCAT_3D: Preparation for Production

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Los radares árticos de matriz de fase elevan la investigación espacial próxima a la Tierra a un nuevo nivel

Dadas las posibilidades sin precedentes que plantea la infraestructura de radares EISCAT3D, financiada por la Unión Europea, para la investigación de los fenómenos espaciales próximos a la Tierra, la precisión y la eficiencia de los sistemas son sumamente importantes. El proyecto EISCAT3D_PfP, finalizado recientemente, demostró con éxito la viabilidad de la iniciativa, lo cual ha permitido impulsarla hacia la fase de implementación.

EISCAT3D proporciona una nueva y potente infraestructura de investigación que utiliza observaciones de radar para estudiar la interacción entre la atmósfera de la Tierra y el espacio alrededor del planeta y, además, proporciona apoyo adicional a las ciencias dedicadas al Sistema Solar y la radioastronomía. Utilizará una tecnología informática versátil que también permitirá contribuir a nuevas áreas de investigación, como las mediciones de micrometeoros y la captación de imágenes de asteroides. La fase de implementación del proyecto, llamada EISCAT3D_PfP y completada recientemente, ha establecido el enfoque necesario para que EISCAT3D pueda realizar sus mediciones tridimensionales detalladas de la parte ionizada superior de la atmósfera. Radares que van más allá La herramienta EISCAT3D se encuentra en una zona donde el acoplamiento entre la atmósfera y el espacio es más directo y dinámico: la zona donde se producen auroras nocturnas en la región ártica escandinava. Tal como explica el Dr. Craig Heinselman, coordinador del proyecto, «cuando observamos una aurora o la medimos con instrumentos ópticos, vemos los efectos de partículas cargadas guiadas, en parte, por el campo magnético de la Tierra, a medida que depositan grandes cantidades de energía y momento en la parte superior de la atmósfera neutra. Por impresionante que sea verlo, esto es solo una parte de la historia, ya que la energía también ioniza la atmósfera». EISCAT3D permitirá ver los resultados de esta ionización atmosférica y utilizar los iones y los electrones como trazadores indicadores de los procesos que la impulsan, como los campos eléctricos. Se cree que seguir los fenómenos que tienen lugar permitirá comprender mejor a dónde va la energía, como interactúa con el sistema en conjunto y qué efectos tiene. El proyecto se ha diseñado con radares de matriz de fase. Cambiando la electrónica para que funcione para la transmisión y recepción, resulta posible modificar su dirección muy rápidamente. Si es necesario, su diseño permite mirar en una dirección distinta cada milésima de segundo. Esto es distinto de lo que sucede con los radares con forma de plato más habituales, que solo pueden mirar hacia direcciones distintas utilizando motores eléctricos potentes para mover la pesada estructura de sus antenas. Además, dos de las antenas de EISCAT3D funcionarán solo como receptoras, lo cual significa que, además de poder seguir el movimiento rápido del haz transmisor, podrán observar cien direcciones distintas a la vez. Esto les permitirá ver simultáneamente las señales transmitidas a todas las alturas y no solo a una altura determinada como sucede con algunos de los sistemas actualmente operativos. El camino hacia la innovación en la investigación espacial próxima a la Tierra Uno de los principales retos que tuvo que superar el proyecto EISCAT3D_PfP fue poder desarrollar un sistema con capacidad de procesamiento informático suficiente para cumplir los requisitos de diseño. Tal como explica el Dr. Heinselman, «al realizar el estudio del diseño, se consideró que simplemente no sería asequible proporcionar cien haces estrechos simultáneos para recibir, así que el diseño inicial admitía solo siete. Afortunadamente, los avances en tecnologías de matrices de puertas programables sobre el terreno convirtieron el requisito de los cien haces en algo posible y asequible». Teniendo en cuenta la precisión necesaria en las medidas, otra dificultad fue construir un sistema tal que los relojes internos de los ordenadores no generasen ruido que pudiese ocultar las señales que se pretendía medir. Se trataba de una tarea sumamente complicada, si tenemos en cuenta que la combinación de las señales de radar recibidas, es unos veinte órdenes de magnitud menos intensa que la señal transmitida (representan un 0,000000000000000001 % de ella). Para alcanzar este objetivo, el equipo del proyecto tuvo que realizar un diseño muy cuidadoso y llevar a cabo pruebas exhaustivas. Ahora, EISCAT3D_PfP ha demostrado la viabilidad de los objetivos del proyecto EISCAT3D y lo ha impulsado hacia la fase de implementación. Se espera que los sistemas de EISCAT3D estén disponibles para los científicos a finales de 2021. Mirando hacia el futuro, el Dr. Heinselman dice que «puesto que EISCAT3D es un instrumento de investigación científica, es difícil afirmar tajantemente hacia dónde llevará su evolución, pero es un campo muy prometedor para la ciencia en la que se sustenta la predicción de los efectos del clima espacial. Estos efectos tienen, y sin duda seguirán teniendo, un impacto creciente en una sociedad que depende cada vez más de las tecnologías basadas en el espacio».

Palabras clave

EISCAT3D_PfP, radar, próximo a la Tierra, espacio, atmósfera, tiempo climatológico, señales, haz, antenas, ionización, iones, electrones, transmisión, recepción

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