Геостационарный эксплуатационный спутник окружающей среды ( GOES ), которым управляет подразделение National Environmental Satellite, Data, and Information Service Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) , поддерживает прогнозирование погоды , отслеживание сильных штормов и метеорологические исследования. Космические аппараты и наземные элементы системы работают вместе, обеспечивая непрерывный поток данных об окружающей среде. Национальная метеорологическая служба (NWS) и Метеорологическая служба Канады используют систему GOES для своих операций по мониторингу и прогнозированию погоды в Северной Америке, а научные исследователи используют эти данные для лучшего понимания динамики суши, атмосферы, океана и климата.
Система GOES использует геосинхронные экваториальные спутники , которые с момента запуска SMS-1 в 1974 году стали основным элементом мониторинга и прогнозирования погоды в США.
Закупка, проектирование и производство спутников GOES контролируется NASA .
NOAA является официальным поставщиком как наземных данных GOES, так и данных космической погоды GOES. Доступ к данным также возможен с помощью программного обеспечения SPEDAS .
Первый спутник GOES, GOES-1, был запущен в октябре 1975 года. За ним последовали еще два, запущенные с разницей в почти две минуты в год, 16 июня 1977 и 1978 годов соответственно. До спутников GOES были запущены два спутника синхронных метеорологических спутников (SMS); SMS-1 в мае 1974 года и SMS-2 в феврале 1975 года. Спутники, полученные с помощью SMS, представляли собой стабилизированные вращением космические аппараты, которые предоставляли изображения с помощью видимого и инфракрасного спинового сканирующего радиометра, или VISSR. Первые три спутника GOES использовали платформу Philco-Ford, разработанную для более раннего поколения синхронных метеорологических спутников (SMS). [1]
После трех космических аппаратов SMS GOES, пять спутников были закуплены у Hughes , которые стали спутниками GOES первого поколения. Четыре из них достигли орбиты, а GOES-G был потерян в результате неудачного запуска. [2]
Следующие пять спутников GOES были построены компанией Space Systems/Loral по контракту с NASA. [3] Приборы для формирования изображений и зондирования были произведены ITT Aerospace/Communication Division. GOES-8 и -9 были разработаны для работы в течение трех лет, в то время как -10, -11 и -12 имели ожидаемый срок службы пять лет. GOES-11 и -12 были запущены с достаточным запасом топлива для десяти лет работы, в случае если они выживут сверх ожидаемого срока службы.
Контракт на разработку четырех спутников GOES третьего поколения был заключен с Hughes Corporation , при этом запуск спутников планировался на ракетах Delta III в период с 2002 по 2010 год. [4] После слияния с Hughes, Boeing взяла на себя контракты на разработку, а запуски были переданы Delta IV после вывода из эксплуатации Delta III. Контракт на четвертый спутник, GOES-Q, был позже аннулирован. [5] Первый спутник третьего поколения, GOES-13, был запущен в мае 2006 года, первоначально выступая в качестве резервного на орбите. [6] Однако в апреле 2010 года GOES-12 был переведен в зону покрытия Южной Америки, а GOES-13 был переведен в роль GOES-East. [7] Спутники третьего поколения имеют ожидаемый срок службы семь лет, но будут нести избыточное топливо, чтобы позволить им работать дольше, если это возможно, как и в случае с последними спутниками второго поколения.
Спутники четвертого поколения, серии GOES-R, [9] были построены Lockheed Martin с использованием спутниковой платформы A2100 . Серия GOES-R представляет собой программу из четырех спутников (GOES-R, -S, -T и -U), предназначенную для продления доступности операционной спутниковой системы GOES до 2036 года. [10] GOES-R был запущен 19 ноября 2016 года. [9] Он был переименован в GOES-16 после достижения орбиты. Второй из серии GOES-S был запущен 1 марта 2018 года. Он был переименован в GOES-17 после достижения орбиты.
Четыре спутника GOES доступны для оперативного использования.
GOES-14 находится на хранении в 105° з.д. Запуск этого спутника, который до вывода на орбиту был обозначен как GOES-O, откладывался несколько раз. [11] [12] Он был успешно запущен 27 июня 2009 года с космодрома 37 на ракете Delta IV Medium, [13] Delta IV M+ (4,2) . Он проходил послепусковые испытания до декабря 2009 года, а затем был помещен на хранение на орбите. [14] Этот спутник является частью серии GOES-N. GOES-14 был и будет активирован, если другой спутник GOES столкнется с проблемой или будет выведен из эксплуатации. [15] Он был временно обозначен как GOES-East из-за технических трудностей с GOES-13 и перемещен в местоположение GOES-East. После решения этих проблем GOES-14 был возвращен на хранение. [16]
GOES-15 , который до выхода на орбиту был обозначен как GOES-P, был успешно запущен 4 марта 2010 года [17] [18] на ракете - носителе Delta IV M+ (4,2) . С 2011 по 2018 год он занимал позицию GOES-West в точке 135° з. д. над Тихим океаном. [19] Он переместился на восток до точки 128° з. д., начиная с 29 октября 2018 года, чтобы освободить место для GOES-17 , который занял позицию GOES-West 10 декабря 2018 года. [20] GOES-15 некоторое время работал в тандеме с GOES-17, но был выведен из эксплуатации в начале 2020 года и перемещен на парковочную орбиту. [21] [22] GOES-15 был временно возвращён в рабочее состояние в августе 2020 года, чтобы заполнить пробел в возможностях датчиков GOES-17 из-за проблем с оборудованием.
GOES-16 занимает позицию GOES-East в точке 75° з.д. Этот спутник, который до выхода на орбиту получил обозначение GOES-R, был запущен ракетой Atlas V 541 с космодрома 41 на авиабазе Кейп-Канаверал во Флориде 19 ноября 2016 года. [23] Он прошел послепусковые испытания до начала 2017 года, прежде чем заменить GOES-13 на GOES-East.
GOES-17 занимает позицию GOES-West в точке 137,2° з.д. Спутник, обозначенный как GOES-S до выхода на орбиту, был запущен ракетой Atlas V 541 с космодрома 41 1 марта 2018 года. [24] После послепусковых испытаний и устранения неполадок в его формирователе изображения спутник был объявлен работоспособным в феврале 2019 года.
Несколько спутников GOES все еще находятся на орбите, но либо неактивны, либо были перепрофилированы.
Хотя GOES-3 перестали использовать для метеорологических операций в 1989 году, он провел более 20 лет в качестве важнейшей части связи между США и станцией Амундсена-Скотта на Южном полюсе, прежде чем был выведен из эксплуатации в 2016 году. [25] Геостационарные спутники расходуют топливо, чтобы оставаться неподвижными над экватором, и поэтому обычно не могут быть видны с полюсов. Когда это топливо истощается, солнечные и лунные возмущения увеличивают наклонение спутника, так что его наземная траектория начинает описывать аналемму (восьмерку в направлении север-юг). Обычно это завершает основную миссию спутника. Однако, когда наклонение достаточно велико, спутник может начать подниматься над полярными горизонтами в крайних точках восьмерки, как это было в случае с GOES-3. На станции была построена девятиметровая тарелка, и связь со спутником могла быть получена примерно в течение пяти часов в день. Скорость передачи данных в оптимальных условиях составляла около 2,048 мегабайт в секунду (в обоих направлениях).
GOES-8 , который был обозначен как GOES-I до выхода на орбиту, был спутником GOES-East, когда он был в эксплуатации. Он находится на парковочной орбите и дрейфует на запад со скоростью около 4° в день. [26] Он был выведен из эксплуатации 1 апреля 2003 года и деактивирован 5 мая 2004 года после отказа его двигательной установки. [27]
GOES-10 , который до выхода на орбиту был обозначен как GOES-K, был выведен из эксплуатации 2 декабря 2009 года и переведен на орбиту захоронения . У него больше не было топлива для требуемых маневров, чтобы удерживать его на станции. [28]
GOES-11 , который до вывода на орбиту имел обозначение GOES-L, частично вышел из строя 6 декабря 2011 года. Он был выведен из эксплуатации 16 декабря 2011 года и переведен на орбиту захоронения.
GOES-12 , который до вывода на орбиту имел обозначение GOES-M, был выведен из эксплуатации 16 августа 2013 года и переведен на орбиту захоронения. [29]
GOES-13 , который до выхода на орбиту был обозначен как GOES-N, был выведен из эксплуатации 3 января 2018 года и переведен на орбиту хранения. Он был передан Космическим силам США и размещен на 61,5º в. д. под новым названием EWS-G1. После трех лет мониторинга Индийского океана EWS-G1 был выведен из эксплуатации 31 октября 2023 года, когда его место занял EWS-G2 (ранее GOES-15).
GOES-15 , который до выхода на орбиту был обозначен как GOES-P, был успешно запущен 4 марта 2010 года. [17] [18] С 2011 по 2018 год он занимал позицию GOES-West в 135° з. д. над Тихим океаном. [19] Он переместился на восток до 128° з. д., начиная с 29 октября 2018 года, чтобы освободить место для GOES-17 , который занял позицию GOES-West 10 декабря 2018 года. [20] GOES-15 некоторое время работал в тандеме с GOES-17, но был выведен из эксплуатации в начале 2020 года и перемещен на парковочную орбиту. [21] [22] GOES-15 был временно возвращен в рабочее состояние в августе 2020 года, чтобы заполнить пробел в возможностях датчиков GOES-17 из-за проблемы с оборудованием. Как и GOES-13, GOES-15 был затем передан Космическим силам США и переименован в EWS-G2 для наблюдения за Индийским океаном примерно до 2030 года.
Разработанный для работы на геостационарной орбите в 35 790 километрах (22 240 миль) над Землей, космический аппарат GOES непрерывно просматривает континентальную часть Соединенных Штатов , Тихий и Атлантический океаны, Центральную Америку , Южную Америку и южную Канаду. Трехосная, стабилизированная корпусом конструкция позволяет датчикам «смотреть» на Землю и, таким образом, чаще получать изображения облаков, контролировать температуру поверхности Земли и поля водяного пара , а также зондировать атмосферу на предмет ее вертикальных тепловых и паровых структур. Можно отслеживать эволюцию атмосферных явлений , обеспечивая освещение в реальном времени метеорологических событий, таких как сильные локальные штормы и тропические циклоны . Важность этой возможности была доказана во время ураганов Хьюго (1989) и Эндрю (1992).
Космический аппарат GOES также расширяет операционные возможности и улучшает поддержку атмосферных научных исследований, моделей численного прогнозирования погоды , а также проектирования и разработки датчиков окружающей среды.
Спутниковые данные транслируются в L-диапазоне и принимаются наземной станцией NOAA Command and Data Acquisition на острове Уоллопс, Вирджиния [30], с которой они распространяются среди пользователей. Кроме того, любой может получать данные напрямую со спутников, используя небольшую антенну и обрабатывая данные специальным программным обеспечением. [31]
Спутники GOES контролируются из Центра управления спутниковыми операциями в Сьютленде, штат Мэриленд. Во время значительных погодных условий или других событий обычные графики могут быть изменены для обеспечения покрытия, запрашиваемого NWS и другими агентствами.
GOES-12 и более поздние модели также предоставили платформу для приборов рентгеновского сканирования Солнца (SXI) и мониторинга космической среды (SEM).
SXI обеспечивает высокочастотный мониторинг крупномасштабных солнечных структур для поддержки миссии Центра космических служб окружающей среды (SESC). Однако блок SXI на GOES-13 был поврежден солнечной вспышкой в 2006 году. SESC, как национальная служба «космической погоды», получает, отслеживает и интерпретирует широкий спектр солнечно-земных данных. Он также выпускает отчеты, оповещения и прогнозы для особых событий, таких как солнечные вспышки или геомагнитные бури. Эта информация важна для работы военных и гражданских радиоволновых и спутниковых систем связи и навигации. Эта информация также важна для электросетей, миссий геофизических исследователей, астронавтов космической станции, высотных летчиков и научных исследователей.
SEM измеряет влияние Солнца на околоземную солнечно-земную электромагнитную среду, предоставляя данные в режиме реального времени в SESC.
Основная миссия спутника GOES выполняется основными приборами полезной нагрузки, которыми являются Imager и Sounder. Imager — это многоканальный прибор, который воспринимает инфракрасную лучистую энергию и видимую отраженную солнечную энергию от поверхности Земли и атмосферы. Sounder предоставляет данные о вертикальных профилях температуры и влажности атмосферы, температуре поверхности и верхней границы облаков, а также распределении озона .
GOES также предлагает Систему сбора данных , наземную метеорологическую платформу для сбора и ретрансляции спутниковых данных . [33] Другие приборы на борту космического корабля — это набор SEM, который состоит из магнитометра , рентгеновского датчика, детектора высокоэнергетических протонов и альфа-частиц , а также датчика энергичных частиц.
Космические аппараты серии GOES-N (GOES-13 — GOES-15) также оснащены датчиком экстремального ультрафиолетового излучения, направленным на Солнце.
Кроме того, спутники GOES оснащены поисково-спасательным ретранслятором, который собирает данные с аварийных радиомаяков-указателей местоположения и аварийных маяков-передатчиков локатора, которые используются во время поисково-спасательных операций Центром координации спасательных операций ВВС США .
Первоначально предлагаемый комплект приборов для серии GOES-R включал следующее: [34] [35]
В сентябре 2006 года ГЭС была отменена.
Перед запуском спутники GOES обозначаются буквами (A, B, C и т. д.). После успешного запуска спутник GOES переобозначается номером (1, 2, 3 и т. д.). Таким образом, GOES-A по GOES-F стал GOES-1 по GOES-6. Поскольку запуск GOES-G был неудачным, он так и не получил номер. GOES-H по GOES-R стал GOES-7 по GOES-16 (пропуская GOES-Q, который не был построен).
После ввода в эксплуатацию различным местоположениям, используемым спутниками, присваиваются названия, соответствующие регионам, которые они покрывают. Это GOES-East и GOES-West, которые наблюдают за восточной и западной половинами США соответственно. GOES-East занято GOES-16, [36] а GOES-West занято GOES-17. Обозначение -East/-West используется чаще, чем обозначение номера спутника. GOES-IO ( Индийский океан ), новое обозначение, представленное в начале мая 2020 года, в настоящее время занято GOES-13 (DOD-1). [37]
Также существовала позиция GOES-South, которая должна была обеспечивать специализированное покрытие Южной Америки. До того, как серия GOES-R начала работать, если только спутник не был выделен для этого континента, изображения Южной Америки обновлялись каждые 3 часа вместо каждых 30 минут. [38] Станция GOES-South обычно назначалась старым спутникам, чьи операции в Северной Америке были взяты на себя новыми спутниками. Например, GOES-10 был перемещен из позиции GOES-West в GOES-South после того, как его заменил на станции -West GOES-11. Когда GOES-10 был выведен из эксплуатации 1 декабря 2009 года, GOES-South был взят на себя GOES-12. После вывода из эксплуатации GOES-12 16 августа 2013 года станция GOES-South оставалась незанятой. С тех пор GOES-16 сделал необходимость в специализированном спутнике GOES-South устаревшей; По состоянию на 2019 год спутник делает полные снимки диска каждые 10 минут.
В сентябре 2006 года NOAA сократило запланированное количество спутников GOES-R с четырех до двух из-за опасений перерасхода средств. Запланированный график поставок также был замедлен для сокращения расходов. Ожидаемая стоимость серии составляет $ 7,69 млрд, что на $670 млн больше предыдущей оценки в $7 млрд. [39]
Контракт на строительство спутников и производство магнитометра, SUVI и GLM был присужден компании Lockheed Martin. Это решение было оспорено проигравшим участником тендера Boeing; [40] однако протест был впоследствии отклонен.
Инструмент ABI был предоставлен L3Harris (ранее ITT Exelis ). [41] SEISS был предоставлен Assurance Technology Corporation.
XRS и EUVS объединяются в датчики экстремального ультрафиолетового и рентгеновского излучения (EXIS), которые были предоставлены Лабораторией физики атмосферы и космоса Университета Колорадо . [42]
Контракт на наземную систему, включая обработку данных, был присужден команде во главе с подразделением Weather Systems компании L3Harris , включая субподряды с компаниями Boeing, Atmospheric and Environmental Research (AER), Honeywell , Carr Astronautics, Wyle Laboratories и Ares . [43]
Космические аппараты GOES были произведены компаниями Boeing (GOES-D через -H и GOES-N через -P) и Space Systems/Loral (GOES-A через -C и GOES-I через -M). Серии GOES-I (IM) и GOES-N (NP) задокументированы в «GOES I–M Databook» и «GOES-N Series Databook» соответственно. Серия GOES-R была построена компанией Lockheed Martin, первый и второй в серии, GOES-16 и -17, были объявлены эксплуатируемыми в начале 2019 года. [44] После отказа оборудования на GOES-17 он был заменен на GOES-18 в январе 2023 года, причем первый был выведен из эксплуатации в качестве резервного. [45]
Компания Boeing построила бы и запустила GOES-Q только в том случае, если бы GOES-O или GOES-P не удалось доставить на орбиту в хорошем рабочем состоянии.
Ломбарди, Майкл А.; Хансон, Д. Уэйн (март–апрель 2005 г.). «Служба временного кода GOES, 1974–2004: ретроспектива». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 110 (2): 79–96. doi :10.6028/jres.110.008. PMC 4847573. PMID 27308105 .
В статье использованы материалы, являющиеся общественным достоянием, с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .