El Pentágono, a través de su Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA), ha creado una tecnología que utiliza la atmósfera terrestre como sensor para detectar amenazas que llegan tanto de tierra como del espacio. El sistema tiene una precisión extraordinaria, dice DARPA, y puede llegar a detectar desde pequeñas explosiones hasta la reentrada de naves espaciales que tengan lugar en “cualquier parte del mundo”.

La tecnología se ha desarrollado dentro del programa AtmoSense. Los investigadores de DARPA han creado un sistema que detecta las ondas acústicas y electromagnéticas que se extienden por la ionosfera cada vez que se produce una detonación, la erupción de un volcán o la reentrada de una nave espacial. Aunque también podría servir para detectar los lanzamientos de misiles hipersónicos.

AtmoSense cuenta un nuevo sistema de modelado avanzado en 3D que le permite interpretar esas ondas y determinar su origen y su escala.

“La simulación de alta resolución de la superficie al espacio de ondas acústicas se consideraba imposible antes del inicio del programa, pero lo logramos”, afirma Michael Nayak, director de AtmoSense. «Solíamos llamar a la ionosfera la ‘ignorosfera’, pero AtmoSense ha hecho algunos avances clave para abordar lo que solía ser un problema enormemente difícil de solucionar. Ahora podemos modelizar en seis órdenes de magnitud, en 3D, lo que ocurre con la energía que emana de una pequeña perturbación a escala de metros a medida que se expande por la atmósfera para propagarse a miles de kilómetros y, potencialmente, por todo el mundo».

Cómo funciona

El programa AtmoSense arrancó en 2020 con la intención de comprender los mecanismos de la propagación de la energía entre la superficie de la Tierra y la ionosfera. Esta capa de la atmósfera terrestre se extiende desde aproximadamente los 80 km hasta los 400 o 500 km de altura y se caracteriza por estar cargada de electricidad.

  

En una primera fase, los investigadores trabajaron en entender cómo se produce la propagación de ondas producidas a partir de violentos fenómenos naturales con gran potencia explosiva, como terremotos y erupciones volcánicas, y usar esos datos para entrenar a sus modelos predictivos. Luego, consiguieron ampliar la capacidad de detección del sistema para que fuera sensible a eventos mucho más pequeños.

La segunda fase consistió en realizar una serie de detonaciones de prueba para comprobar la eficacia del sistema. A principios del año pasado, se realizaron seis detonaciones controladas (cuatro de una tonelada y dos de 10 toneladas) en un campo de pruebas en Nuevo México. La agencia asegura que los datos de las detonaciones recogidas por los sensores terrestres y aéreos coincidían exactamente con las predicciones hechas por sus modelos.

Una serie de descubrimientos inesperados

Estudiando los datos de las pruebas de Nuevo México, los investigadores descubrieron un fenómeno que no esperaban. Un equipo de la Universidad Embry-Riddle, en Florida, observó un drástico descenso del número de electrones en la atmósfera.

«Mientras el equipo analizaba los datos, observó un enorme descenso en lo que se denomina contenido total de electrones que les dejó perplejos», explica Nayak. «Imagina que tienes agua pasando por una manguera. Eso es un flujo de electrones y si aprietas la manguera, notarás una caída significativa en el volumen de agua que sale de ella».

  

Al investigar las causas, se dieron cuenta de que esta inusual perturbación se debía a la reentrada de un Falcon 9 de SpaceX que se produjo el mismo día que su detonación de prueba. El equipo siguió tirando del hilo y descubrió que también se habían producido caídas en el número de electrones parecidas en otras reentradas del Falcon 9 a la atmósfera.

«Decidieron extraer otros datos de reentrada de SpaceX, a través de docenas de lanzamientos, para ver si podían detectar una caída de electrones similar», dijo Nayak. «El fenómeno es muy repetible. Descubrimos una nueva técnica que no esperábamos para identificar objetos que entran en la atmósfera terrestre».

Un avance revolucionario también en computación

Este descubrimiento accidental ha demostrado que la nueva tecnología es un método muy fiable para detectar objetos que entran en la atmósfera terrestre. Lo que significa que también es ideal para monitorear el tráfico espacial y detectar las amenazas potenciales que llegan desde arriba.

La agencia asegura que las herramientas desarrolladas para AtmoSense son de código abierto y sus aplicaciones pueden ser enormes: desde la detección de la actividad sísmica y otras perturbaciones terrestres, a la detección de pruebas nucleares subterráneas o el seguimiento de objetos en órbita cercana a la Tierra.

DARPA planea compartir sus hallazgos en las próximas semanas durante un evento que tendrá lugar a finales de este mes en Daytona Beach, Florida. Allí mostrarán sus avances a científicos y militares.

«Por muy emocionante que sea, la gran victoria puede ir más allá de la ciencia atmosférica», dice Nayak. «Los avances en supercomputación necesarios para resolver el problema de AtmoSense podrían permitir simulaciones de otras dinámicas complejas, a múltiples escalas espaciales, que antes habrían sido demasiado costosas desde el punto de vista computacional. Por ejemplo, estas simulaciones podrían aplicarse al modelado hipersónico, a cualquier problema que necesite resolver un problema de dinámica de fluidos de Navier-Stokes o a otras ideas de gran computación que aún no hemos considerado. Eso es lo que más me entusiasma descubrir en nuestro evento de abril».