Antecedentes del espacio comercial Parte III - Percepción remota
speisbol #7
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Buena parte de la inversión espacial se ha destinado a desarrollar sistemas de percepción remota que es la ciencia que utilizamos para obtener información de la Tierra desde el espacio sin tener contacto con ella.
Anteriormente vimos como el sector espacial de ser un dominio exclusivo para agencias espaciales y gobiernos se convirtió en un lugar en donde éstos siguen participando pero en compañía de startups con foco en eficiencias y crecimiento. Hoy hablaré sobre observación de la Tierra satelital y sobre algunos sensores que van montados en satélites de startups de reciente creación.
Primero que nada, ¿por qué la necesidad de observar la Tierra? Desde nuestros ancestros hemos observado nuestro entorno y hemos hecho nuestro mejor esfuerzo para entenderlo. Esta capacidad de observación nos ayudó a desarrollar mejores métodos de caza y agricultura, a predecir el clima y a detectar zonas ideales para centros urbanos.
Con el tiempo, nuestra curiosidad e inteligencia, nos llevaron a desarrollar herramientas que no solo nos permitieron observar la Tierra “a nivel de cancha” sino también ahora desde el espacio. El ángulo de observación es simplemente insuperable. ¿Cómo sabemos si los polos se derriten, cómo medimos el impacto de los incendios masivos en California, cómo predecimos el clima, cómo medimos el impacto de un desastre natural? …
¿Qué herramientas tenemos hoy para observar la Tierra desde el espacio?
Los satélites de observación de la Tierra tienen instalados dos tipos de sensores:
Pasivos: captan la radiación proveniente de un punto o evento en la Tierra (energía emitida o reflejada). La radiación reflejada del Sol conforma el grueso de estas observaciones.
Activos: emiten radiación hacia un punto específico en la superficie terrestre y posteriormente captan esa radiación reflejada por ese punto.
Sensores activos vs sensores pasivos. Imagen: NASA.
Para entender mejor los sensores vamos a repasar juntos, ¿qué es la radiación? La radiación electromagnética puede manifestarse en: ondas de radio, microondas, radiación infrarroja, luz visible, radiación ultravioleta, rayos X y rayos gamma. La luz visible es lo que nuestros ojos pueden percibir. Como dato interesante, hay ciertos animales que tienen la capacidad para observar en rayos ultravioleta.
Espectro electromagnético
Espectro electromagnético. Imagen: experimentoscientificos
¿Qué son las bandas espectrales?
Cortes a lo largo del espectro electromagnético. Cada corte corresponde a una longitud de onda determinada. Existen sensores (terrestres o satelitales) que pueden captar la energía emitida o reflejada en ciertas bandas.
Firma espectral
Cada material tiene una composición química diferente. La interacción de la radiación con cada elemento desencadena un proceso de absorción y reflexión de luz particular. El agua absorbe colores en ciertas bandas y refleja más el azul. La vegetación absorbe el azul y el rojo y refleja más el verde.
Resolución espectral de algunos sensores
Color – 3 bandas (rojo, verde y azul).
Multi espectral – 4+ bandas (rojo, verde, azul e infrarrojo cercano)
Hiper espectral – cientos de bandas.
Sensores multi espectrales
Son aquellos que pueden captar varias bandas (3 a 10). En el caso de abajo podemos ver cinco bandas, tres en luz visible y dos en infrarrojo.
Imagen: gisgeography
Sensores hiper espectrales
Éstos pueden hacer cortes más pequeños y por ende pueden observar cientos de bandas que pueden medir por debajo de los 10 nanómetros.
Imagen: gisgeography
¿Cuál es la magia de los sensores hiper espectrales?: no solo saber qué es lo que están observando, sino también saber de qué están hechas las cosas. Esto gracias a que cada objeto que observan tiene una firma espectral determinada.
Imagen: researchgate.net
La firma espectral del pixel en esta ilustración es la gráfica que ves del lado izquierdo en donde el eje de las X son las longitudes de onda y el de las “y” la reflexión relativa en cada longitud de onda. Esa gráfica es la que nos indica el material que estamos viendo. Esto no solo tiene aplicaciones satelitales sino también por ejemplo se utiliza en manufactura para procesos de control de calidad y ahora con el telescopio JWST podremos saber si la atmósfera de un exoplaneta (planeta fuera del Sistema Solar) tiene oxígeno o no.
Ahora ya sabes de qué están hechas las cosas. Si a eso le montas “machine learning”, puedes detectar cambios en lo que están observando los sensores en el tiempo (“change detection”). Esto es lo que hacen algunas de las empresas con esta tecnología.
¿Cuáles son algunos verticales en la Tierra que se benefician de los satélites con capacidad hiper y multi espectral?
Tablas 1 a 3: Rodrigo Villa con base en fuentes públicas
Algunas de las empresas que conozco son Pixxel (India), Orbital Sidekick (EUA) y Gamaya (Suiza y Brasil). Las dos primeras están enfocadas en hiper espectral en distintos verticales mientras que la última se enfoca en combinar imágenes de color (RGB), multi e hiper espectrales con imágenes de drones para agregar valor en el sector de agricultura.
Como te habrás dado cuenta, toda la “data” que podemos obtener con este tipo de satélites es de alto valor para varios sectores. En el futuro próximo, creo que habrá mucho más verticales que puedan atacar y más empresas compitiendo.
Adicionalmente, te quiero platicar sobre otra tecnología con buenas aplicaciones. Se trata de satélites con tecnología SAR (“Synthetic Aperture Radar”).
Te voy a dar los puntos más relevantes de esta tecnología sin meterme en los detalles de cómo funciona:
A diferencia de los satélites con sensores ópticos, éstos traen montada una antena que mide en frecuencias de radio.
Esa antena ilumina el objeto o evento a observar en la Tierra (sensor activo) y la energía que rebota en forma de ondas de radio es la que capta esa misma antena produciendo imágenes de radar.
Las ventajas principales sobre otros sensores es que pueden observar la Tierra sin importar si es de día o de noche o si existen condiciones nubladas.
En los últimos años ha mejorado mucho la resolución de estas imágenes.
Los sectores en los que agregan valor este tipo de empresas son muy semejantes a los señalados en las tablas de arriba. Algunas de las empresas con este tipo de sensores son: Capella, Umbra y Synspective.
La miniaturización de componentes ahora permite montar sensores en satélites pequeños dotando de “data” relevante a muchas industrias terrestres. Esa “data” es simplemente abundante. El reto que tienen algunas empresas es organizar y analizar esa data para proveer de “insights” a sus usuarios. A medida que esto último mejore y que los costos de acceso al espacio sigan bajando, toda esta información estará disponible a una base de usuarios cada vez mayor.
¿Sabías ya de estas aplicaciones o esto es completamente nuevo para tí? ¿Qué piensas?
Ad Astra
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Fuentes utilizadas para este artículo:
https://www.sciencedirect.com/topics/medicine-and-dentistry/hyperspectral-imaging
https://earthdata.nasa.gov/learn/remote-sensors
https://gisgeography.com/spectral-signature/
https://cdn.mindspritesolutions.com/examrace/Current-Affairs/posts/10/103690f47355ac7af4a0d1d615da952e01a9b3fb1a45a99773b15d3a4efc95fa/Image-of-Hyperspectral-Imaging-Technology.png
https://www.csr.utexas.edu/projects/rs/hrs/hyper.html
https://es.wikipedia.org/wiki/Firma_espectral
https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/synthetic-aperture-radar