Programa Landsat

El programa Landsat es el proyecto de adquisición de imágenes satelitales de la Tierra que lleva más tiempo en marcha . Es un programa conjunto de la NASA y el USGS . El 23 de julio de 1972 se lanzó el Earth Resources Technology Satellite , que en 1975 pasó a llamarse Landsat 1. ^[1] El más reciente, Landsat 9 , se lanzó el 27 de septiembre de 2021.

Los instrumentos de los satélites Landsat han adquirido millones de imágenes. Las imágenes, archivadas en los Estados Unidos y en las estaciones receptoras Landsat de todo el mundo, son un recurso único para la investigación del cambio global y sus aplicaciones en agricultura , cartografía , geología , silvicultura , planificación regional , vigilancia y educación , y pueden verse a través del sitio web "EarthExplorer" del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). Los datos de Landsat 7 tienen ocho bandas espectrales con resoluciones espaciales que van de 15 a 60 m (49 a 197 pies); la resolución temporal es de 16 días. ^[2] Las imágenes Landsat suelen dividirse en escenas para facilitar su descarga. Cada escena Landsat tiene unas 115 millas de largo y 115 millas de ancho (o 100 millas náuticas de largo y 100 millas náuticas de ancho, o 185 kilómetros de largo y 185 kilómetros de ancho).

En 1965, William T. Pecora , el entonces director del Servicio Geológico de los Estados Unidos , propuso la idea de un programa de satélites de teledetección para recopilar datos sobre los recursos naturales de nuestro planeta. Pecora afirmó que el programa fue "concebido en 1966 en gran medida como resultado directo de la utilidad demostrada de la fotografía orbital de Mercury y Gemini para los estudios de los recursos de la Tierra". Si bien los satélites meteorológicos habían estado monitoreando la atmósfera de la Tierra desde 1960 y se consideraban en gran medida útiles, no hubo una apreciación de los datos del terreno desde el espacio hasta mediados de la década de 1960. Por lo tanto, cuando se propuso el Landsat 1, se encontró con una intensa oposición de la Oficina de Presupuesto y de aquellos que argumentaban que los aviones de gran altitud serían la opción fiscalmente responsable para la teledetección de la Tierra. Al mismo tiempo, el Departamento de Defensa temía que un programa civil como el Landsat comprometiera el secreto de sus misiones de reconocimiento. Además, existían preocupaciones geopolíticas sobre fotografiar países extranjeros sin permiso. En 1965, la NASA comenzó a realizar investigaciones metódicas sobre teledetección terrestre utilizando instrumentos montados en aviones. En 1966, el USGS convenció al Secretario del Interior , Stewart Udall , para que anunciara que el Departamento del Interior (DOI) iba a proceder con su propio programa de satélites de observación de la Tierra. Esta astuta maniobra política obligó a la NASA a acelerar la construcción del Landsat. Pero las limitaciones presupuestarias y los desacuerdos sobre sensores entre las agencias encargadas de la aplicación (en particular, el Departamento de Agricultura y el DOI) volvieron a obstaculizar el proceso de construcción del satélite. Finalmente, en 1970 la NASA recibió luz verde para construir un satélite. Sorprendentemente, en tan solo dos años se lanzó el Landsat 1, que anunció una nueva era de teledetección de la tierra desde el espacio. ^[3]

La Hughes Aircraft Company del Centro de Investigación de Santa Bárbara inició, diseñó y fabricó los tres primeros escáneres multiespectrales (MSS) en 1969. El primer prototipo de MSS, diseñado por Virginia Norwood , se completó en nueve meses, en el otoño de 1970. Se probó escaneando Half Dome en el Parque Nacional de Yosemite . Por este trabajo de diseño, Norwood fue llamada "La madre de Landsat". ^[4]

Valerie L. Thomas trabajó en el Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA y se encargó del desarrollo de los primeros sistemas de software de procesamiento de imágenes Landsat, además de convertirse en la experta residente en las cintas compatibles con ordenadores (CCT, por sus siglas en inglés) que se utilizaban para almacenar las primeras imágenes Landsat. Thomas fue una de las especialistas en procesamiento de imágenes que facilitó el ambicioso «Experimento de inventario de cultivos en grandes áreas», conocido como LACIE, un proyecto que demostró por primera vez que era posible realizar un seguimiento global de los cultivos mediante teledetección con imágenes de satélite Landsat. ^[5]

El programa se denominó inicialmente Programa de Satélites de Tecnología de Recursos Terrestres, que se utilizó desde 1966 hasta 1975. En 1975, el nombre se cambió a Landsat. En 1979, la Directiva Presidencial 54 del presidente de los Estados Unidos Jimmy Carter ^{[6] [7]} transfirió las operaciones de Landsat de la NASA a la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), recomendó el desarrollo de un sistema operativo a largo plazo con cuatro satélites adicionales más allá de Landsat 3, y recomendó la transición al sector privado de la operación de Landsat. Esto ocurrió en 1985 cuando la Earth Observation Satellite Company (EOSAT), una asociación de Hughes Aircraft Company y RCA , fue seleccionada por la NOAA para operar el sistema Landsat con un contrato de diez años. EOSAT operaba Landsat 4 y Landsat 5, tenía derechos exclusivos para comercializar datos Landsat y debía construir Landsat 6 y 7.

En 1989, esta transición no se había completado totalmente cuando el financiamiento de la NOAA para el programa Landsat estaba por agotarse (la NOAA no había solicitado ningún financiamiento y el Congreso de los EE. UU. había asignado solo seis meses de financiamiento para el año fiscal) ^[8] y la NOAA ordenó que se cerraran Landsat 4 y Landsat 5. ^[9]

El jefe del recién formado Consejo Nacional del Espacio , el vicepresidente Dan Quayle , tomó nota de la situación y organizó una financiación de emergencia que permitió que el programa continuara con los archivos de datos intactos. ^{[8] [9] [10] [11]}

Nuevamente en 1990 y 1991, el Congreso proporcionó sólo la mitad de la financiación del año a la NOAA, solicitando que las agencias que utilizaban datos Landsat proporcionaran la financiación para los otros seis meses del año siguiente. ^[8]

En 1992 se hicieron varios esfuerzos para obtener financiación para los siguientes Landsat y continuar con las operaciones, pero a finales de año EOSAT dejó de procesar datos Landsat. El Landsat 6 fue finalmente lanzado el 5 de octubre de 1993, pero se perdió debido a un fallo en el lanzamiento. EOSAT reanudó el procesamiento de datos Landsat 4 y 5 en 1994. La NASA finalmente lanzó el Landsat 7 el 15 de abril de 1999.

El valor del programa Landsat fue reconocido por el Congreso en octubre de 1992 cuando aprobó la Ley de Política de Teledetección Terrestre (Ley Pública 102-555) autorizando la adquisición de Landsat 7 y asegurando la disponibilidad continua de datos e imágenes digitales Landsat, al menor costo posible, para los usuarios tradicionales y nuevos de los datos.

Instrumento	Imagen	Lanzado	Finalizado	Duración	Notas
Satélite terrestre 1		23 de julio de 1972	6 de enero de 1978	5 años, 6 meses y 14 días	Originalmente llamado Earth Resources Technology Satellite 1, Landsat 1 llevaba dos instrumentos vitales: una cámara construida por Radio Corporation of America (RCA), conocida como Return Beam Vidicon (RBV); y el Multi spectral Scanner (MSS) construido por Hughes Aircraft Company .
Landsat 2		22 de enero de 1975	25 de febrero de 1982	7 años, 1 mes y 3 días	Copia casi idéntica del Landsat 1. Carga útil compuesta por un vidicon de haz de retorno (RBV) y un escáner multiespectral (MSS). Las especificaciones de estos instrumentos eran idénticas a las del Landsat 1.
Landsat 3		5 de marzo de 1978	31 de marzo de 1983	5 años y 26 días	Copia casi idéntica de Landsat 1 y Landsat 2. Carga útil compuesta por un vidicon de haz de retorno (RBV) y un escáner multiespectral (MSS). El MSS incluía una banda térmica de corta duración. Los datos del MSS se consideraban más aplicables científicamente que los del RBV, que rara vez se utilizaba con fines de evaluación de ingeniería.
Landsat 4		16 de julio de 1982	14 de diciembre de 1993	11 años, 4 meses y 28 días	Landsat 4 llevaba un escáner multiespectral (MSS) actualizado, utilizado en misiones Landsat anteriores, así como un cartógrafo temático.
Landsat 5		1 de marzo de 1984	5 de junio de 2013 [12]	29 años, 3 meses y 4 días	Copia casi idéntica del Landsat 4. La misión satelital de observación de la Tierra más larga de la historia. Diseñado y construido al mismo tiempo que el Landsat 4, este satélite llevaba la misma carga útil, compuesta por un escáner multiespectral (MSS) y un cartógrafo temático.
Landsat 6		5 de octubre de 1993	5 de octubre de 1993	0 días	No logró alcanzar la órbita. El Landsat 6 era una versión mejorada de sus predecesores. Llevaba el mismo escáner multiespectral (MSS), pero también llevaba un mapeador temático mejorado, que agregó una banda pancromática de 15 m de resolución.
Landsat 7		15 de abril de 1999	activo	25 años, 5 meses y 27 días	El corrector de línea de barrido funcionaba con el corrector de línea de barrido desactivado desde mayo de 2003. [13] El componente principal del Landsat 7 era el Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). Todavía constaba de la banda pancromática de resolución de 15 m, pero también incluía una calibración de apertura completa. Esto permite una calibración radiométrica absoluta del 5 % . [14]
Landsat 8		11 de febrero de 2013	activo	11 años, 8 meses y 1 día	Originalmente denominada Misión de Continuidad de Datos Landsat desde su lanzamiento hasta el 30 de mayo de 2013, cuando las operaciones de la NASA fueron transferidas al Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS). [15] Landsat 8 tiene dos sensores con su carga útil, el sensor de imágenes terrestres operacional (OLI) y el sensor de infrarrojos térmico (TIRS). [16]
Landsat 9		27 de septiembre de 2021	activo	3 años y 15 días	El Landsat 9 es una reconstrucción de su predecesor, el Landsat 8. [17] [18]

Cronología

Los satélites Landsat 1 a 5 llevaban el escáner multiespectral Landsat (MSS). Los satélites Landsat 4 y 5 llevaban tanto el MSS como los instrumentos Thematic Mapper (TM). El Landsat 7 utiliza el escáner Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+). El Landsat 8 utiliza dos instrumentos, el Operational Land Imager (OLI) para las bandas ópticas y el sensor infrarrojo térmico (TIRS) para las bandas térmicas. Las designaciones de banda, los pasos de banda y los tamaños de píxel de los instrumentos Landsat son: ^[19]

* El tamaño de píxel original del MSS era 79 x 57 metros; los sistemas de producción ahora remuestrean los datos a 60 metros.

* TM Band 6 se adquirió con una resolución de 120 metros, pero los productos se remuestrean a píxeles de 30 metros.

* La banda 6 de ETM+ se adquiere con una resolución de 60 metros, pero los productos se remuestrean a píxeles de 30 metros.

*Las bandas TIRS se adquieren con una resolución de 100 metros, pero se remuestrean a 30 metros en el producto de datos entregado.

Una ventaja de las imágenes Landsat, y de la teledetección en general, es que proporcionan datos a un nivel global sinóptico que es imposible de replicar con mediciones in situ. Sin embargo, existen compensaciones entre el detalle local de las mediciones (resolución radiométrica, número de bandas espectrales) y la escala espacial del área que se mide. Las imágenes Landsat tienen una resolución espacial burda en comparación con otros métodos de teledetección, como las imágenes desde aviones. En comparación con otros satélites, la resolución espacial de Landsat es relativamente alta, pero el tiempo de revisión es relativamente menos frecuente.

El programa Landsat incorporó el Multispectral Scanner (MSS) desde su primera misión hasta la quinta. El MSS dio a Estados Unidos una ventaja en la obtención de imágenes satelitales, facilitando el lanzamiento del Landsat antes del satélite francés SPOT.

El MSS era único en su diseño. En lugar de una cámara estática, empleaba un espejo móvil que captaba imágenes de la Tierra en cuatro bandas espectrales distintas. Esta capacidad le permitía registrar variaciones en la luz solar reflejada desde la Tierra. Cabe destacar que el MSS del Landsat 3 era aún más avanzado, con una capacidad adicional para detectar la radiación térmica. ^[21]

Una de las características destacadas del MSS era la coherencia de las imágenes que captaba. Cada fotograma capturado representaba un área de la superficie de la Tierra de aproximadamente 83 metros de largo y 68 metros de ancho. Además, el sistema estaba diseñado para garantizar un barrido continuo de imágenes a lo largo de una franja equivalente a 185 km de la superficie de la Tierra. El diseño del MSS también hacía hincapié en la precisión; al cronometrar con precisión los movimientos del espejo, garantizaba que las imágenes consecutivas no se superpusieran. ^[21]

Sin embargo, en la década de 1980, la dinámica de los costos cambió. El acceso a las imágenes de Landsat se volvió sustancialmente más costoso, lo que hizo que las imágenes del satélite francés SPOT se convirtieran en una alternativa más rentable para muchos usuarios. El aumento de los precios de Landsat puede atribuirse a los cambios de política de los EE. UU., iniciados bajo el liderazgo del presidente Carter y finalizados durante la administración del presidente Reagan. ^{[7] [22]}

Los datos Landsat proporcionan información que permite a los científicos predecir la distribución de las especies, así como detectar cambios tanto naturales como generados por el hombre en una escala mayor que la de los datos tradicionales del trabajo de campo. Las diferentes bandas espectrales utilizadas en los satélites del programa Landsat ofrecen muchas aplicaciones, que van desde la ecología hasta cuestiones geopolíticas. La determinación de la cobertura terrestre es un uso común de las imágenes Landsat en todo el mundo. ^[23]

Las imágenes de Landsat proporcionan una de las series temporales ininterrumpidas más largas disponibles de cualquier programa de teledetección, que abarca desde 1972 hasta la actualidad. ^[24] De cara al futuro, el exitoso lanzamiento de Landsat-9 en 2021 muestra que esta serie temporal continuará en el futuro. ^[25]

En 2015, el Grupo Asesor Landsat del Comité Asesor Geoespacial Nacional informó que las 16 principales aplicaciones de las imágenes Landsat produjeron ahorros de aproximadamente 350 millones a más de 436 millones de dólares cada año para los gobiernos federales y estatales, las ONG y el sector privado. Esa estimación no incluyó ahorros adicionales de otros usos más allá de las dieciséis categorías principales. ^[26] Las 16 principales categorías de uso de imágenes Landsat, enumeradas en orden de ahorro anual estimado para los usuarios, son:

1. Gestión de riesgos del Departamento de Agricultura de EE. UU.
2. Mapa del gobierno de los EE.UU.
3. Monitoreo del uso del agua en la agricultura
4. Vigilancia de la seguridad global
5. Apoyo a la gestión de incendios
6. Detección de fragmentación forestal
7. Detección de cambios forestales
8. Estimaciones de la oferta y la demanda de productos agrícolas a nivel mundial
9. Gestión de viñedos y conservación del agua
10. Cartografía de mitigación de inundaciones
11. Mapeo de productos agrícolas
12. Mapeo y monitoreo del hábitat de las aves acuáticas
13. Análisis de los cambios costeros
14. Vigilancia de la salud forestal
15. Mapeo de la línea costera mundial de la Agencia Nacional de Inteligencia Geoespacial
16. Evaluación del riesgo de incendios forestales ^[26]

Otros usos de las imágenes Landsat incluyen, entre otros: pesca, silvicultura, reducción de masas de agua continentales, daños por incendios, retroceso de glaciares, desarrollo urbano y descubrimiento de nuevas especies. A continuación se explican algunos ejemplos específicos.

En 1975, una posible aplicación de las nuevas imágenes generadas por satélite era encontrar áreas de pesca de alto rendimiento . A través de la investigación Landsat Menhaden and Thread, algunos datos satelitales de la parte oriental del estrecho de Mississippi y otra área frente a la costa de Luisiana se analizaron a través de algoritmos de clasificación para calificar las áreas como zonas de pesca de alta y baja probabilidad; estos algoritmos produjeron una clasificación que se demostró con mediciones in situ que tenía una precisión de más del 80% y se encontró que el color del agua, como se ve desde el espacio, y la turbidez se correlacionan significativamente con la distribución del sábalo , mientras que la temperatura de la superficie y la salinidad no parecen ser factores significativos. El color del agua, medido con las cuatro bandas espectrales de los escáneres multiespectrales, se utilizó para inferir la clorofila , la turbidez y, posiblemente, la distribución de los peces. ^[27]

Un estudio ecológico utilizó 16 imágenes Landsat orto-rectificadas para generar un mapa de cobertura terrestre del bosque de manglares de Mozambique . El objetivo principal era medir la cobertura de manglares y la biomasa sobre el suelo en esta zona que hasta ahora solo se podía estimar; se encontró que la cobertura era de 2909 kilómetros cuadrados (27% menos que las estimaciones anteriores) con una precisión del 93%. Además, el estudio ayudó a confirmar que el entorno geológico tiene una mayor influencia en la distribución de la biomasa que la latitud por sí sola: el área de manglares se extiende a lo largo de 16° de latitud, pero el volumen de biomasa se vio afectado más fuertemente por las condiciones geográficas. ^[28]

La reducción del mar de Aral se ha descrito como "uno de los peores desastres ambientales del planeta". Las imágenes Landsat se han utilizado como registro para cuantificar la cantidad de pérdida de agua y los cambios en la línea de costa. Las imágenes visuales satelitales tienen un mayor impacto en las personas que las palabras, y esto demuestra la importancia de las imágenes Landsat y las imágenes satelitales en general. ^[29]

Los incendios de Yellowstone de 1988 fueron los peores en la historia registrada del parque nacional. Duraron del 14 de junio al 11 de septiembre de 1988, cuando la lluvia y la nieve ayudaron a detener la propagación de los incendios. El área afectada por el incendio se estimó en 3.213 kilómetros cuadrados, el 36% del parque. Las imágenes Landsat se utilizaron para la estimación del área, y también ayudaron a determinar las razones por las que el fuego se propagó tan rápidamente. La sequía histórica y una cantidad significativa de rayos fueron algunos de los factores que crearon las condiciones para el incendio masivo, pero las acciones antropogénicas amplificaron el desastre. En las imágenes generadas antes del incendio, existe una diferencia evidente entre las tierras que muestran prácticas de conservación y las tierras que muestran actividades de tala rasa para la producción de madera. Estos dos tipos de tierras reaccionaron de manera diferente al estrés de los incendios, y se cree que ese fue un factor importante en el comportamiento del incendio forestal. Las imágenes Landsat, y las imágenes satelitales en general, han contribuido a la comprensión de la ciencia del fuego; peligro de incendio, comportamiento de los incendios forestales y efectos de los incendios forestales en determinadas zonas. Ha ayudado a comprender cómo las distintas características y la vegetación alimentan los incendios, modifican la temperatura y afectan a la velocidad de propagación. ^{[30] [31]}

La naturaleza serial de las misiones Landsat y el hecho de que sea el programa satelital de mayor duración le otorgan una perspectiva única para generar información sobre la Tierra. El retroceso de los glaciares a gran escala se puede rastrear hasta misiones Landsat anteriores, y esta información se puede utilizar para generar conocimiento sobre el cambio climático. El retroceso del glaciar Columbia , por ejemplo, se puede observar en imágenes falsas compuestas desde Landsat 4 en 1986. ^[32]

Las imágenes Landsat ofrecen una serie de imágenes del desarrollo en forma de lapso de tiempo. El desarrollo humano, en particular, se puede medir por el tamaño que una ciudad va creciendo a lo largo del tiempo. Además de las estimaciones de población y el consumo de energía, las imágenes Landsat ofrecen una idea del tipo de desarrollo urbano y estudian aspectos del cambio social y político a través de cambios visibles. En Pekín, por ejemplo, en los años 1980, tras la reforma económica de 1970, se empezó a construir una serie de carreteras de circunvalación, y el cambio en la tasa de desarrollo y de construcción se aceleró en esos períodos de tiempo. ^[32]

En 2005, las imágenes de Landsat ayudaron al descubrimiento de nuevas especies. El científico conservacionista Julian Bayliss quería encontrar áreas que pudieran convertirse en bosques de conservación utilizando imágenes satelitales generadas por Landsat. Bayliss vio una zona en Mozambique de la que hasta entonces no se tenía información detallada. En un viaje de reconocimiento, encontró una gran diversidad de vida silvestre, así como tres nuevas especies de mariposas y una nueva especie de serpiente. Después de su descubrimiento, continuó estudiando este bosque y pudo cartografiar y determinar la extensión del bosque. ^[33]

El Landsat 8 se lanzó el 11 de febrero de 2013. El programa de servicios de lanzamiento lo lanzó a bordo de un Atlas V 401 desde la base aérea de Vandenberg . Seguirá obteniendo datos e imágenes valiosos para su uso en la agricultura, la educación, los negocios, la ciencia y el gobierno. El nuevo satélite fue ensamblado en Arizona por Orbital Sciences Corporation .

El Landsat 9 se lanzó el 27 de septiembre de 2021. Durante la planificación financiera del año fiscal 2014, "los encargados de la asignación de fondos reprendieron a la NASA por las expectativas poco realistas de que un Landsat 9 costaría mil millones de dólares y limitaron el gasto a 650 millones de dólares", según un informe del Servicio de Investigación del Congreso . Los encargados de la asignación de fondos del Senado de los Estados Unidos aconsejaron a la NASA que planificara un lanzamiento a más tardar en 2020. ^[7] En abril de 2015, la NASA y el USGS anunciaron que se había comenzado a trabajar en el Landsat 9, con fondos asignados para el satélite en el presupuesto del presidente para el año fiscal 2016, para un lanzamiento planificado en 2023. ^[34] También se propuso la financiación para el desarrollo de un satélite de infrarrojo térmico (TIR) ​​de bajo coste de vuelo libre para su lanzamiento en 2019, para garantizar la continuidad de los datos volando en formación con el Landsat 8. ^[34]

En el futuro, también podría haber más colaboración entre los satélites Landsat y otros satélites con resolución espacial y espectral similar, como la constelación Sentinel-2 de la ESA . ^[35]

Está previsto que Landsat Next se lance a finales de 2030 o principios de 2031 y medirá 26 bandas espectrales; los Landsat 8 y 9 actuales miden 11 cada uno. ^[36]

• Descripción general del sensor infrarrojo térmico (TIRS), uno de los instrumentos del Landsat 8.
• Una imagen a intervalos del instrumento sensor infrarrojo térmico (TIRS) del Landsat 8 mientras se limpia, se embolsa y se empaca para enviarlo a Orbital Sciences Corp, donde el TIRS se integrará con la nave espacial.
• Animación que muestra cómo se pueden combinar diferentes bandas LDCM para obtener información diferente sobre los Everglades de Florida .
• 
  Captura de pantalla de NASA TV que muestra el Atlas V durante el lanzamiento de Landsat 8.

• Satélite de observación de la Tierra
• Sistema de información geográfica
• Ortofoto , corregida para una escala uniforme como un mapa
• Teledetección

Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre Landsat y imágenes Landsat .

• Página de inicio de Landsat USGS
• Página de inicio de la NASA sobre Landsat
• Trabajos de Landsat en el Proyecto Gutenberg
• Imágenes Landsat de GLOVIS y Global Land Cover Facility
• Imágenes en mosaico Landsat del proyecto WELD.