TIGO (Observatorio Geodésico Integrado Transportable)
TIGO es el acrónimo de Observatorio Geodésico Integrado Transportable, una estación fundamental transportable de geodesia, que nace como una idea del Grupo de Investigación Alemán para Geodesia Satelital ((Forschungsgruppe Satellitengeodäsie (FGS), la cual fue llevada a la práctica por la Oficina Federal para Cartografía y Geodesia (Bundesamt für Kartographie und Geodäsie (BKG)).
La operación de TIGO en Concepción, Chile, es un proyecto conjunto entre:
La Geodesia es la ciencia que estudia, por medios matemáticos, la forma y dimensiones de la Tierra, así como también las deformaciones. Para ello se determinan diversos puntos -puntos geodésicos- sobre su superficie o fuera de ella, que sirven de referencia para hacer mediciones que, en combinación, permiten determinar la forma de un territorio específico o de todo el globo y proporcionar información sobre los procesos que ocurren en él (dinámica de placas, movimientos continentales, efectos de la rotación, etc.).
Los Objetivos del observatorio son efectuar observaciones para contribuir al establecimiento del Sistema de Referencia Global y mantención de su correspondiente Marco de Referencia; asimismo, efectuará monitoreo de los parámetros de orientación de la Tierra y movimiento de su Corteza. TIGO complementará el establecimiento de un nuevo sistema geodésico nacional que está desarrollando el IGM en Chile, y posibilitará la participación de Chile en Proyectos de geodésica global, expandiendo el conocimiento existente en esta área de estudios.
El proyecto para la creación de un Observatorio Geodésico Integrado y Transportable, TIGO, partió en 1989, a cargo del Grupo de Investigación Alemán para la Geodesia Satelital, FGS, que entregó su propuesta a la Oficina de Cartografía y Geodesia del Ministerio del Interior Alemán.
Tres años más tarde el ministerio federal del Interior compromete el financiamiento por cinco años (con 5 millones de marcos anuales) para el desarrollo de la plataforma de observaciones geodésicas.
A fines de 1997 se ejecuta el primer experimento de mediciones con el radiotelescopio. En 1999 se publica el Anuncio de Oportunidad para encontrar al mejor anfitrión de TIGO en el hemisferio sur, así como también el reconocimiento de 11 sitios propuestos, desde Brasil, Argentina, Chile, India, Filipinas hasta Indonesia.
En el mundo, existen 8 Estaciones Fundamentales de Geodesia: 6 en el hemisferio Norte (Alemania, Italia, China, EEUU. y Japón) y 2 en el hemisferio Sur (Sudáfrica y Australia).
En enero de 2000, el FGS da prioridad al Consorcio de Concepción para liderar el proyecto, estando en segunda posición Córdoba (Argentina) y Bangalore (India). Así entonces se convierte en la 9a estación y representará al Continente Sudamericano. En mayo del mismo año, las Universidades de Concepción, del Bío Bío, de la Santísima Concepción y el Instituto Geográfico Militar firman el convenio de colaboración que crea el Consorcio que actuará como contraparte chilena del proyecto alemán. Un mes después, el presidente del Consorcio -el rector Sergio Lavanchy- viaja a Alemania para conocer el Observatorio y firmar el acuerdo de cooperación a nombre de sus socios.
En noviembre de 2001 se publica el decreto del ministerio de Relaciones Exteriores de Chile que valida el acuerdo sobre el Proyecto TIGO.
En enero de este año llegan a la Universidad desde Wettzell (Alemania) los contenedores con el equipamiento del observatorio. Tras un intenso trabajo, que se concentró en las semanas que siguieron al receso de verano, el equipo de técnicos nacionales y alemanes a cargo del proyecto, concluyeron la instalación del Observatorio Geodésico en el fundo La Cantera y a partir de Mayo se encuentra en período de prueba.
RAZONES POR LAS CUALES SE ELIGIÓ LA ACTUAL UBICACIÓN EN CONCEPCIÓN PARA LA INSTALACIÓN DEL TIGO:
SISTEMAS DE MEDICIÓNLos sistemas de referencia global son realizados a través de plataformas que representan puntos de referencia en el universo o en la Tierra. Mediciones entre marcas de referencia contienen información sobre la relación entre ellas. Esta relación puede ser expresada como dirección o distancia para una época determinada.
Los marcos de referencia existentes son usados de una manera jerárquica.
En primer lugar se encuentran los quásares localizados en las fronteras del universo conocido, formando un marco de referencia celeste casi-inercial (CRF) en el cual es determinada la posición de la Tierra.
En el nivel jerárquico siguiente sigue el marco de referencia terrestre (TRF). Cualquier otra red geodésica continental, nacional, regional o local aparecerán en los pasos subsecuentes y harán uso de los puntos de referencia de los niveles precedentes como un marco exterior de mayor escala.
Es por tanto una obligación que las técnicas de medición más precisas sean aplicadas en los observatorios geodésicos, los cuales deben proveer datos para la generación de los marcos de referencia celeste y terrestre.
Para unir puntos de referencia de diferentes continentes se requieren mediciones con técnicas capaces de entregar la relación entre los puntos de referencia. Estas técnicas son resumidas como técnicas geodésicas espaciales.
Las mediciones de las técnicas geodésicas espaciales son sesgadas debido a fenómenos geodinámicos. Estos efectos locales deben ser seguidos mediante mediciones locales para complementar las técnicas geodésicas espaciales.
Son métodos de medición que unen las plataformas de medición basadas en la Tierra con objetos en el espacio a través de señales electromagnéticas. Los objetos más remotos en el universo son los quásares en una distancia de aproximadamente 3-15 billones de años luz. Esos objetos pueden ser detectados con radiotelescopios muy sensibles. Con la técnica de Interferometría de Base Muy Larga (VLBI) es posible relacionar la posición, orientación y rotación de la Tierra en el marco de referencia casi-inercial materializado por los quásares.
VLBI es complementado por las observaciones a satélites que están orbitando en el campo de gravedad de la Tierra. Por consiguiente las observaciones de Medición Láser a Satélites (SLR) y el seguimiento de satélites del Sistema de Posicionamiento Global (GPS) tienen un carácter dinámico, complementando las observaciones VLBI.
En otras palabras: las técnicas geodésicas espaciales permiten determinar distancias de hasta 10000 Km. (a través de los océanos) con una precisión de pocos milímetros. Una red global de observatorios geodésicos permite en consecuencia un marco de referencia preciso con muchas aplicaciones en ciencia, navegación (espacial), cartografía.
Interferometría de Línea Base Muy Larga (VLBI: Very Long Baseline Interferometry) es una técnica geométrica que mide las diferencias de distancia entre al menos dos radiotelescopios, basados en la Tierra, usando la llegada de ondas frontales emitidas por un quásar distante. Debido a que la diferencia de tiempo en la recepción de las señales es de una precisión de pocos picosegundos, VLBI determina la posición relativa de los radiotelescopios en operación con una precisión de pocos milímetros y la posición de los quásares hasta unos pocos miliarcosegundos.
Considerando que los radiotelescopios están fijos sobre una Tierra en rotación, VLBI sigue instantáneamente la orientación de la Tierra en un marco de referencia inercial, una información indispensable para cualquier tipo de determinación de órbitas satelitales y navegación espacial.
Los datos de VLBI consisten en ruido digitalizado del quásar que es grabado junto con las marcas de tiempo, en cintas magnéticas en las estaciones. Después de completar las observaciones de un experimento las cintas magnéticas deben ser enviadas, desde todas las estaciones participantes, a un correlacionador de VLBI.
Después de la llegada de estas cintas el interferómetro es inicializado en el correlacionador. En el proceso de correlación se recorren los datos grabados en todas las estaciones simultáneamente y el procesador busca por el máximo de la función de correlación cruzada.
Como es una técnica de microondas, las observaciones VLBI pueden ser realizadas bajo todas las condiciones meteorológicas.
El contenedor del módulo VLBI contiene un radiotelescopio con una parabólica desmontada de 6 m de diámetro que constituye el instrumento más grande de TIGO. Su masa es cercana a 23 ton.
Radiotelescopio de TIGO montado sobre su plataforma.
El módulo VLBI de TIGO está equipado con herramientas de medición como analizador de espectro, contadores de tiempo y frecuencia, medidor de potencia, osciloscopios digitales, generador de señales, registrador gráfico y herramientas mecánicas necesarias.
Unidad de Control de Antena del radiotelescopio de TIGO.
Vista del Operador durante observaciones VLBI.
Medición Láser a Satélites (SLR) es una técnica de medición de pulso y eco, la cual usa láser para medir distancias desde estaciones en Tierra a satélites que portan retroreflectores. Los pulsos son registrados en picosegundos, luego SLR determina la posición de la estación en la Tierra y del satélite dentro de pocos milímetros. Puesto que el objetivo al satélite está en movimiento en una órbita a través del campo gravitatorio de la Tierra, SLR es una técnica de medición dinámica, lo que permite la determinación del centro de masa de la Tierra.
SLR juega un rol indispensable en la definición del origen y escala de un marco de referencia geocéntrico global.
En consideración al uso de longitudes de ondas ópticas, SLR es dependiente de cielos claros y ausencia de nubes durante las pasadas de satélites.
El módulo SLR de TIGO contiene el Sistema de Distancia Láser de TIGO (TLRS). Este está diseñado para medir distancias a satélites con una precisión mejor que 0.01 m simultáneamente en dos longitudes de onda
l = nm (infrarrojo cercano) y l = 423 nm (violeta).El TLRS esta diseñado para seguir satélites de órbita baja cercano a los 300 Km. de altitud hasta satélites geoestacionarios con distancias próximas a los 36000 Km.
El Módulo SLR de TIGO consiste en un contenedor de 40 pies en el cual puede ser almacenado el telescopio y el equipamiento necesario durante el transporte.
Las partes principales de este sistema son:
También están instalados un subsistema radar de detección aérea y compresor de aire seco para la conducción de aire.
Módulo SLR de TIGO. El telescopio láser compacto es capaz de alcanzar con sus pulsos láser satélites geoestacionarios próximos a 36.000 Km. de distancia.
El software de control de la unidad de control del telescopio ejecuta tres tareas:
El software de control permite ajustes al seguimiento del telescopio, a la unidad óptica y al índice de salida del generador. El software completo trabaja sobre un PC basado en Linux.
TIGO, telescopio de 50cm para Medición Láser a Satélites.
Generador del pulso láser y detectores en el módulo SLR de TIGO.
Los sistemas de satélites basado en microondas son importantes para propósitos de posicionamiento y de navegación. Por lo tanto, son populares para la densificación de redes geodésicas. La determinación precisa de coordenadas con sistemas de satélites basado en microondas depende de la calidad de las órbitas. Variaciones orbitales y variaciones en los parámetros de rotación de la Tierra son correlacionadas y no pueden ser separadas por métodos satelitales por sí solas.
Para la mantención de los marcos de referencia global los sistemas de importancia son: Sistema de Posicionamiento Global (GPS), GLONASS.
El Sistema GPS consiste en 24 satélites ubicados en 6 planos orbitales con una altura de 20000 km. Los satélites transmiten información codificada en dos frecuencias portadoras. Un receptor GPS basado en la Tierra puede determinar su posición en 3D, si recibe la señal de a lo menos cuatro transmisores GPS.
Como técnica de microondas, GPS provee observaciones independientes de las condiciones meteorológicas.
Una estación permanente GPS consiste de: una antena omnidireccional, un receptor con monitor y capacidades de control, y un dispositivo de almacenamiento de datos y unidad de comunicación.
TIGO incluye cuatro receptores permanentes GPS Ashtech Z12 con antenas choke ring y un receptor Javad para observaciones simultáneas GPS/GLONASS.
Receptor GPS Ashtech Z12 con antena chokering y radom.
Interfase de datos del receptor Javad combinado GPS/GLONASS.
La ejecución de observaciones de alta calidad y la reducción de datos durante el proceso de análisis demanda servicios de dispositivos y sensores instalados localmente.
Los siguientes servicios y tareas de monitoreo son posibles en TIGO:
Técnicas geodésicas espaciales requieren de frecuencias de alta precisión y mantención de tiempo. Para un observatorio, la escala de tiempo generada localmente es esencial. Dos tipos de relojes atómicos son necesarios: amplificador de hidrógeno, con un período corto de estabilidad para VLBI, SLR y GPS; y un estándar de cesio, con un período de estabilidad largo.
Un receptor adicional especial de tiempo GPS es usado en la transferencia de tiempo para la sincronización de los relojes de referencia GPS.
TIGO contiene dos amplificadores de hidrógeno, dos estándares de cesio y tres receptores de tiempo GPS. Un computador de control registra cada 3 horas los corrimientos del reloj. Ocasionalmente, los índices del reloj deben ser reajustados.
Laboratorio de frecuencia y de tiempo de TIGO.
Variaciones temporales de la fuerza de gravedad son medidas por un gravímetro. Las señales del gravímetro proveen información sobre las respuestas de la Tierra elástica ante ciertos fenómenos, por ejemplo: fuerzas de mareas, carga oceánica y atmosférica.
Gravímetro súper conductor
Las técnicas geodésicas espaciales proveen posición de sitios y velocidades mediante registros de períodos largos. Para el modelamiento correcto de la velocidad de un sitio es necesario controlar eventos tales como terremotos. Un sismómetro de amplio espectro registra los eventos producidos por terremotos.
Son usualmente operados en redes globales o regionales. Los datos de una red de sismómetros registran los eventos producidos por terremotos en diferentes tiempos de llegada.
El cálculo de la propagación de la onda permite la determinación del epicentro.
Sismómetro de Amplio Espectro, Typ Güralp.
El factor limitante en las precisiones de las técnicas espaciales geodésicas es la atmósfera. Para la corrección debido a la refracción son indispensables las observaciones meteorológicas.
TIGO contiene una estación meteorológica completa con sensores para temperatura seca, humedad relativa, presión de aire, dirección del viento, velocidad del viento y contador de agua caída.
Las muestras meteorológicas son registradas cada 15 minutos por un computador y son puestas en la base de datos disponibles para los usuarios.
Los sensores meteorológicos de TIGO y dos antenas GPS para los relojes GPS. A la izquierda un contador de agua caída, a la derecha sensores de viento y temperatura.
La humedad en la troposfera retrasa la propagación de las ondas electromagnéticas. Las técnicas geodésicas espaciales determinan los intervalos de tiempo de las señales electromagnéticas, las cuales son dependientes de la cantidad de vapor de agua a lo largo de la propagación de la onda. El contenido de agua puede ser determinado por radiación, absorción o dispersión. El radiómetro de vapor de agua (WVR) mide la radiación termal de las moléculas de agua las cuales pueden ser convertidas al así llamado retraso de la ruta húmeda cenital, la cual es usada en los modelos de corrección en la reducción de datos.
Radiómetro de TIGO
Las observaciones locales en una estación fundamental de geodesia, con varias técnicas de geodesia espacial, unen los puntos de referencia de los telescopios y centros de fase en una red geodésica local. Puesto que las técnicas geodésicas espaciales son precisas al nivel de pocos milímetros en una escala global, las observaciones locales deberían apuntar a ser un orden de magnitud mejor en precisión. Una repetición periódica de las observaciones de la red local verifica la estabilidad de la plataforma de TIGO con respecto a su vecindad local.
La estabilidad regional es controlada con un arreglo de observaciones permanentes con los receptores GPS de TIGO. El equipo de observación local de TIGO consiste de un Taquímetro Geotronics Bergstrand, un nivel digital Zeiss DiNi11 y accesorios. También está incluido un software de procesamiento de datos llamado GeoGenius.
Para el correcto funcionamiento de la estación TIGO es imprescindible contar además con los siguientes recursos:
En caso de que en el sitio remoto la alimentación de energía eléctrica sea inestable o insuficiente, TIGO puede alimentarse en forma autónoma mediante generadores diesel. Seis generadores de 25 kW están disponibles y pueden ser usados de acuerdo a las necesidades de energía. La carga máxima esperada es cerca de 120 kW, eso significa que siempre un generador puede estar detenido sin interrupciones de operación. Los relojes atómicos y algunos computadores deberían estar siempre en funcionamiento, consecuentemente un alimentador de energía solar, consistente en paneles solares de 4 kW montados en el techo de uno de los contenedores y baterías necesarias, realiza la alimentación de energía en forma continua. Las baterías pueden ser también cargadas por los generadores.
Generadores de Energía
Paneles Solares
