El CSIC impulsa la misión HydroGNSS, un hito tecnológico para monitorizar el ciclo del agua y el cambio climático desde el espacio

Las misiones Scout de la Agencia Espacial Europea (ESA), concebidas como proyectos de observación de la Tierra ágiles y de bajo coste, están destinados a probar tecnologías innovadoras en plazos reducidos. Ahora, el Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-CSIC) ha participado de forma destacada en la primera de ellas, HydroGNSS, lanzada el 28 de noviembre mediante un cohete Falcon 9 de SpaceX desde California.

La misión, formada por dos satélites idénticos, tiene como objetivo avanzar en la comprensión global de la disponibilidad de agua y de los efectos del cambio climático en el ciclo hidrológico terrestre.

Tecnología GNSS-R para medir el ciclo del agua desde el espacio

Tras el lanzamiento, la empresa británica Surrey Satellite Technology Ltd (SSTL) confirmó la recepción de señales desde ambos satélites por parte de la estación terrestre de KSAT en Svalbard (Noruega), verificando que se encuentran en órbita sin incidentes.

HydroGNSS emplea una técnica de teledetección innovadora, la reflectometría del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS-R), que utiliza las reflexiones de señales de navegación sobre la superficie terrestre para inferir parámetros físicos clave. Los satélites capturan señales de banda L procedentes de sistemas como GPS y Galileo, cuyos cambios al reflejarse en el terreno permiten estimar humedad del suelo, estados de congelación/deshielo, inundaciones y biomasa aérea.

Los satélites capturan señales de banda L procedentes de sistemas como GPS y Galileo, cuyos cambios al reflejarse en el terreno permiten estimar humedad del suelo, estados de congelación/deshielo, inundaciones y biomasa aérea.

Cada satélite incorpora un receptor de cartografiado de retardo Doppler, capaz de generar mapas de energía que revelan las características de la superficie donde rebotan las señales. Este sistema opera con dos antenas: una cenital, para las señales directas, y una nadir, para las señales reflejadas, lo que permite producir mapas Doppler retardados de alta precisión. Con dos satélites separados 180 grados en su órbita, la misión permitirá obtener observaciones globales continuas y robustas.

Cada satélite incorpora un receptor de cartografiado de retardo Doppler, capaz de generar mapas de energía que revelan las características de la superficie donde rebotan las señales.

Humedales ocultos, metano y permafrost: nuevas aplicaciones científicas

La capacidad de HydroGNSS para cartografiar zonas inundadas, humedales y variaciones de humedad del terreno permitirá localizar ecosistemas difíciles de detectar, especialmente aquellos ocultos bajo la cubierta forestal, que pueden actuar como importantes emisores de metano.

Del mismo modo, los datos sobre congelación y deshielo aportarán información sobre el balance energético de la superficie, los intercambios de carbono con la atmósfera y el comportamiento del permafrost en altas latitudes. Los registros de biomasa aérea contribuirán a estimar las reservas de carbono forestal y su papel en el ciclo global del carbono.

"Esta misión demostrará una forma rentable de monitorizar variables clave de la hidrología, el clima y los océanos, con un fuerte impacto en nuestra vida cotidiana", destaca Estel Cardellach, investigadora del ICE-CSIC y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), pionera en el desarrollo de la técnica GNSS-R.

Mediciones climáticas hidrológicas y algoritmos avanzados del ICE-CSIC

HydroGNSS proporcionará mediciones fundamentales sobre humedad del suelo, zonas inundadas, estados de congelación y biomasa forestal, variables esenciales para comprender el cambio climático, mejorar modelos meteorológicos, fortalecer el cartografiado ecológico y optimizar la planificación agrícola y la gestión del riesgo de inundaciones.

"Los satélites HydroGNSS demostrarán nuevas capacidades de la reflectometría GNSS, mejorando la resolución espacial y la precisión de las mediciones", explica Weiqiang Li, investigador del ICE-CSIC y del IEEC.

El ICE-CSIC es responsable del desarrollo de los algoritmos de detección de aguas superficiales, aplicados operativamente en el segmento terrestre de la carga útil para identificar, con baja latencia, la presencia de agua en tierra —inundaciones, humedales o cuerpos permanentes— incluso de noche, con nubes o bajo vegetación densa, lo que convierte a la técnica GNSS-R en un instrumento único frente a métodos ópticos o radar más costosos o limitados.

Por primera vez, una misión GNSS-R operará con dos polarizaciones diferentes, dos bandas de frecuencia y captura continua de señales complejas a altas tasas de muestreo, ampliando significativamente el potencial científico de esta tecnología.

El grupo de Observación de la Tierra del ICE-CSIC, con más de 20 años de experiencia en GNSS-R, participa en un consorcio internacional que incluye equipos de las universidades La Sapienza y Tor Vergata, el IFAC-CNR en Italia; el Instituto Meteorológico Finlandés (FMI); el Centro Nacional de Oceanografía del Reino Unido (NOC) y la Universidad de Nottingham, entre otros.

Un hito para la observación de la Tierra y el programa FutureEO

De inspiración New Space, las misiones Scout abogan por la agilidad, la miniaturización y la innovación, desarrollando pequeños satélites inteligentes capaces de validar tecnologías emergentes en plazos muy reducidos.

Cada misión pasa de la idea al lanzamiento en apenas tres años, con un presupuesto de 35 millones de euros que abarca diseño, construcción y operaciones en órbita.

"Como la primera misión Scout de la ESA en ser lanzada, HydroGNSS marca un hito importante para esta nueva familia de misiones rápidas y de bajo coste, y extendemos nuestro agradecimiento al contratista principal, SSTL", declara Simonetta Cheli, directora de Programas de Observación de la Tierra de la ESA.

"Este lanzamiento representa también un paso clave en la evolución del programa FutureEO, donde las misiones Scout encarnan un enfoque rápido, ágil e innovador que complementa a las misiones de investigación Earth Explorer", añade.

"Ahora esperamos ver cómo HydroGNSS aplicará la reflectometría GNSS para aportar información valiosa sobre variables hidrológicas clave que dan forma al ciclo del agua en la Tierra", concluye Cheli.