Геостационарный оперативный спутник окружающей среды ( GOES ), управляемый подразделением Национальной службы экологических спутников, данных и информации Национального управления океанических и атмосферных исследований США (NOAA) , поддерживает прогнозирование погоды , отслеживание сильных штормов и метеорологические исследования. Космический корабль 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 данные для лучшего понимания динамики суши, атмосферы, океана и климата.
В системе GOES используются 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 НАСА .
NOAA является официальным поставщиком как наземных данных GOES, так и данных о космической погоде GOES. Доступ к данным также можно получить с помощью программного обеспечения SPEDAS .
Первый спутник GOES, GOES-1, был запущен в октябре 1975 года. За ним последовали еще два, запущенные с интервалом почти в две минуты, 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, созданные на основе SMS, представляли собой космические корабли со стабилизированным вращением, которые предоставляли изображения с помощью радиометра спинового сканирования в видимом и инфракрасном диапазоне, или VISSR. Первые три спутника GOES использовали шину Philco-Ford , разработанную для более раннего поколения синхронных метеорологических спутников (SMS). [1]
Вслед за тремя космическими аппаратами SMS GOES у компании Hughes были закуплены пять спутников , которые стали спутниками GOES первого поколения. Четыре из них достигли орбиты, при этом GOES-G был потерян из-за неудачного запуска. [2]
Следующие пять спутников GOES были построены компанией Space Systems/Loral по контракту с НАСА. [3] Приборы для формирования изображения и эхолота были произведены подразделением аэрокосмической/коммуникационной отрасли ITT . GOES-8 и -9 были рассчитаны на работу в течение трех лет, а -10, -11 и -12 рассчитаны на пять лет. ГОЭС-11 и -12 были запущены с запасом топлива, достаточным для десяти лет работы на случай, если они выживут сверх ожидаемого срока службы.
Контракт на разработку четырех спутников GOES третьего поколения был заключен с корпорацией Hughes Corporation , причем запуск спутников запланирован на ракетах Delta III в период с 2002 по 2010 год . [4] После слияния с Hughes компания Boeing взяла на себя контракты на разработку, а запуски были переданы. на Delta IV после выхода на пенсию Delta III. Контракт на четвертый спутник, GOES-Q, позже был расторгнут [5] , и строительство этого спутника будет завершено только в том случае, если еще один спутник третьего поколения будет потерян в результате неудачного запуска или выйдет из строя вскоре после запуска. Первый спутник третьего поколения, GOES-13, был запущен в мае 2006 года и первоначально служил резервным 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] Ожидаемый срок службы спутников третьего поколения составляет семь лет, но они будут нести избыток топлива, чтобы позволить им работать дольше, если это возможно, как и последние два спутника второго поколения.
Спутники четвертого поколения, серии GOES-R, [9] строятся компанией Lockheed Martin с использованием спутниковой шины A2100 . Серия GOES-R представляет собой программу из четырех спутников (GOES-R, -S, -T и -U), которая продлит доступность оперативной спутниковой системы GOES до 2036 года. [10] Первый спутник серии, одноименный GOES-R, был запущен 19 ноября 2016 года. [9] После выхода на орбиту он был переименован в GOES-16 . Второй спутник серии, GOES-S, был запущен 1 марта 2018 года. После выхода на орбиту он был переименован в GOES-17 .
Четыре спутника GOES доступны для оперативного использования.
GOES-14 находится на хранении на 105° з.д. Запуск этого спутника, который до выхода на орбиту имел обозначение GOES-O, несколько раз откладывался. [11] [12] Он был успешно запущен 27 июня 2009 года с космодрома 37 на ракете Delta IV. [13] Он прошел послепусковые испытания до декабря 2009 года, а затем был помещен в хранилище на орбите. [14] Этот спутник является частью серии GOES-N. GOES-14 был и будет активирован, если у другого спутника GOES возникнет проблема или он будет выведен из эксплуатации. [15] Он был временно обозначен как GOES- East из-за технических проблем с GOES-13 и перемещен в сторону местоположения GOES- East. После устранения этих проблем ГОЭС-14 был возвращен на хранение. [16]
GOES-15 , который до выхода на орбиту назывался GOES-P, был успешно запущен 4 марта 2010 года. [17] [18] С 2011 по 2018 год он занимал позицию GOES-West на 135 ° з.д. над Тихим океаном. [19] Начиная с 29 октября 2018 года, он переместился на восток до 128° з.д., чтобы освободить место для GOES-17 , который занял позицию GOES-West 10 декабря 2018 года. [20] GOES-15 работал в тандеме с GOES- 17 в течение некоторого времени, но в начале 2020 года был выведен из эксплуатации и переведен на парковочную орбиту. [21] [22] GOES-15 был возвращен в рабочее состояние в августе 2020 года, чтобы заполнить пробел в возможностях датчиков GOES-17 из-за аппаратной проблемы.
GOES-16 занимает позицию GOES- East на 75° з.д. Этот спутник, который до выхода на орбиту имел обозначение GOES-R, был запущен ракетой Atlas V с космодрома 41 на базе ВВС на мысе Канаверал во Флориде 19 ноября 2016 года. [23] Он прошел послепусковые испытания в начале 2017 года, прежде чем заменить GOES-13 на GOES- East.
GOES-17 занимает позицию GOES-West на 137,2° з.д. Спутник, получивший до выхода на орбиту обозначение GOES-S, был запущен ракетой Atlas V со стартового комплекса 41 1 марта 2018 года. [24] После стартовых испытаний и устранение неполадок в тепловизоре, 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 перестал использоваться для метеорологических операций в 1989 году, он более 20 лет служил критически важным элементом связи между США и Южнополярной станцией Амундсен-Скотт, прежде чем был выведен из эксплуатации в 2016 году. [25] Геостационарные спутники расходуют топливо для поддержания сами по себе неподвижны над экватором и поэтому обычно не видны с полюсов. Когда это топливо исчерпано, солнечные и лунные возмущения увеличивают наклонение спутника так, что его земная траектория начинает описывать аналемму (восьмерку в направлении север-юг). Обычно на этом основная миссия спутника заканчивается. 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 антенна, и связь со спутником можно было получать около пяти часов в день. Скорость передачи данных составляла около 2,048 мегабайт в секунду (в двунаправленном режиме) в оптимальных условиях.
GOES-8 , который до выхода на орбиту имел обозначение GOES-I, был спутником GOES- East, когда он находился 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 г. и дезактивирован 5 мая 2004 г. после отказа двигательной установки. [27]
GOES-10 , который до выхода на орбиту назывался GOES-K, был выведен из эксплуатации 2 декабря 2009 года и переведен на орбиту кладбища . У него больше не было топлива для необходимых маневров, чтобы удержаться на месте. [28]
У GOES-11 , который до выхода на орбиту имел обозначение GOES-L, произошел частичный отказ 6 декабря 2011 года. Он был выведен из эксплуатации 16 декабря 2011 года и выведен на орбиту кладбища.
GOES-12 , который до выхода на орбиту назывался GOES-M, был выведен из эксплуатации 16 августа 2013 года и выведен на орбиту кладбища. [29]
GOES-13 , который до выхода на орбиту имел обозначение GOES-N, был выведен из эксплуатации 3 января 2018 года и выведен на орбиту хранения. Он передан Космическим силам США и размещен на 61,5° восточной долготы под новым названием EWS-G1.
Космический корабль GOES , предназначенный для работы на геостационарной орбите на высоте 35 790 километров (22 240 миль) над Землей, постоянно наблюдает за континентальной частью Соединенных Штатов , Тихим и Атлантическим океанами, Центральной Америкой , Южной Америкой и южной Канадой. Трехосная конструкция, стабилизированная телом, позволяет датчикам «смотреть» на Землю и, таким образом, чаще отображать облака, контролировать температуру поверхности Земли и поля водяного пара , а также зондировать атмосферу на предмет ее вертикальных термических и паровых структур. Можно следить за развитием атмосферных явлений , обеспечивая освещение в реальном времени метеорологических явлений, таких как сильные местные штормы и тропические циклоны . Важность этой возможности была доказана во время ураганов Хьюго (1989 г.) и Эндрю (1992 г.).
Космический корабль GOES также расширяет оперативные услуги и улучшает поддержку научных исследований в области атмосферы, моделей численного прогнозирования погоды , а также проектирования и разработки датчиков окружающей среды.
Спутниковые данные передаются в L-диапазоне и принимаются наземной станцией управления и сбора данных NOAA на острове Уоллопс, штат Вирджиния [30] , откуда они распространяются среди пользователей. Кроме того, любой желающий может получать данные непосредственно со спутников, используя небольшую антенну и обрабатывая данные с помощью специального программного обеспечения. [31]
Спутники GOES управляются из Центра управления спутниковыми операциями в Суитленде, штат Мэриленд. Во время особых погодных условий или других явлений обычное расписание может быть изменено, чтобы обеспечить покрытие, запрошенное NWS и другими агентствами.
GOES-12 и выше также предоставили платформу для приборов солнечного рентгеновского изображения (SXI) и мониторинга космической среды (SEM).
SXI обеспечивает высокоскоростной мониторинг крупномасштабных солнечных структур для поддержки миссии Центра услуг космической 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 электроэнергетических сетей, миссий геофизических исследователей, астронавтов космических станций, авиаторов-высотников и научных исследователей.
SEM измеряет влияние Солнца на околоземную солнечно-земную электромагнитную среду, предоставляя данные в реальном времени в SESC.
Основная миссия спутника GOES выполняется с помощью основных приборов полезной нагрузки — тепловизора и зонда. Imager — это многоканальный прибор, который воспринимает энергию инфракрасного излучения и видимую отраженную солнечную энергию от поверхности и атмосферы Земли. Эхолот предоставляет данные о вертикальной температуре и профилях 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] Другими приборами на борту космического корабля являются комплект SEM, который состоит из магнитометра , рентгеновского датчика, детектора протонов высоких энергий и альфа-частиц , а также датчика энергичных частиц.
Космические аппараты серии GOES-N (GOES-13–GOES-15) также имеют направленный на Солнце датчик крайнего ультрафиолета.
Кроме того, на спутниках GOES имеется поисково-спасательный ретранслятор, осуществляющий сбор данных от аварийных радиомаяков-указателей местоположения и аварийных радиомаяков-передатчиков-локаторов, которые используются при проведении поисково-спасательных операций Координационным спасательным центром ВВС США .
Предлагаемый комплект приборов для серии GOES-R изначально включал следующее: [34] [35]
В сентябре 2006 года HES был закрыт.
Перед запуском спутники GOES обозначаются буквами (А, Б, С и т. д.). После успешного запуска спутника GOES ему присваивается номер (1, 2, 3 и т. д.). Итак, GOES-A — GOES-F превратился в GOES-1 — GOES-6. Поскольку запуск GOES-G провалился, он так и не получил номера. От GOES-H до GOES-R превратился в GOES-7 до GOES-16 (без GOES-Q, который не был построен).
После запуска различным местоположениям, используемым спутниками, присваиваются названия, соответствующие регионам, которые они охватывают. Это GOES-Est и GOES-West, которые наблюдают за восточной и западной половинами США соответственно. GOES-Восток занят GOES-16, [36] , а GOES-West занят GOES-17. Обозначение -Восток/-Запад используется чаще, чем обозначение номера спутника. GOES-IO ( Индийский океан ), новое обозначение, появившееся в начале мая 2020 года, в настоящее время занято GOES-13 (DOD-1). [37]
Также существовала позиция GOES-South, которая призвана обеспечить специализированное освещение Южной Америки. До того, как серия GOES-R была запущена в эксплуатацию, если только этому континенту не был посвящен спутник, изображения Южной Америки обновлялись каждые 3 часа, а не каждые 30 минут. [38] Станция GOES-South обычно закреплялась за старыми спутниками, чьи операции в Северной Америке были переданы новым спутникам. Например, GOES-10 был перенесен с позиции GOES-West на GOES-South после того, как на станции -West он был заменен на GOES-11. Когда 1 декабря 2009 года ГОЭС-10 был выведен из эксплуатации, ГОЭС-Юг перешел во владение ГОЭС-12. С момента вывода из эксплуатации ГОЭС-12 16 августа 2013 года станция ГОЭС-Юг пустовала. С тех пор GOES-16 сделал необходимость в специальном спутнике GOES-South устаревшей; по состоянию на 2019 год спутник создает полные изображения 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 снижения затрат. Ожидаемая стоимость сериала составляет 7,69 миллиарда долларов , что на 670 миллионов долларов больше предыдущей оценки в 7 миллиардов долларов. [39]
Контракт на создание спутников и производство магнитометров SUVI и GLM был заключен с компанией Lockheed Martin. Это решение было оспорено проигравшим претендентом Boeing; [40] Однако впоследствии протест был отклонен.
Инструмент ABI был поставлен компанией 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 поставлены Лабораторией физики атмосферы и космоса Университета Колорадо . [42]
Контракт на наземную систему, включая обработку данных, был заключен с командой под руководством подразделения Weather Systems компании L3Harris , включая субподряды с компаниями Boeing, Atmocultural and Environmental Research (AER), Honeywell , Carr Astronautics, Wyle Laboratories и Ares . [43]
Космические корабли GOES производятся компаниями Boeing (от GOES-D до -H и от GOES-N до -P) и Space Systems/Loral (от GOES-A до -C и от GOES-I до -M). Серия GOES-I (IM) и серия GOES-N (NP) документированы в «Справочнике данных GOES I – M» и «Справочнике серии GOES-N» соответственно. Серия GOES-R строится компанией Lockheed Martin , причем первый и второй в серии, GOES-16 и -17, вступят в строй до середины 2019 года. [44] [45]
Boeing построил бы и запустил GOES-Q только в том случае, если бы GOES-O или GOES-P не были доставлены на орбиту в хорошем рабочем состоянии.
Ломбарди, Майкл А.; Хэнсон, Д. Уэйн (март – апрель 2005 г.). «Служба временного кода GOES, 1974–2004: ретроспектива». Журнал исследований Национального института стандартов и технологий . 110 (2): 79–96. дои : 10.6028/jres.110.008. ПМЦ 4847573 . ПМИД 27308105.
Эта статья включает общедоступные материалы с веб-сайтов или документов Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства .