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Articulo de referencia

GOES-16

Coordenadas : 0°00′N 75°12′O / 0°N 75.2°O / 0; -75.2 0°00′N 75°12′O / 0°N 75.2°O / 0; -75.2 [[Geographic coordinate system|Coordinates]]: {{#parsoid\u0000fragment:3}} [https://g...

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0°00′N 75°12′O / 0°N 75.2°O / 0; -75.2

GOES-16 , anteriormente conocido como GOES-R antes de alcanzar la órbita geoestacionaria , es el primero de la serie GOES-R de satélites ambientales operacionales geoestacionarios  (GOES) operados por la NASA y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica  (NOAA). GOES-16 sirve como respaldo para la constelación geoestacionaria operacional de la NOAA. [ 2 ] GOES-16 proporciona imágenes de la Tierra con alta resolución espacial y temporal a través de 16 bandas espectrales en longitudes de onda visibles e infrarrojas utilizando su Advanced Baseline Imager (ABI). El Geostationary Lightning Mapper (GLM) de GOES-16 es el primer mapeador de rayos operacional que vuela en órbita geoestacionaria. La nave espacial también incluye otros cuatro instrumentos científicos para monitorear el clima espacial y el Sol . 

El diseño y la instrumentación del GOES-16 comenzaron en 1999 y tenían como objetivo cumplir con los requisitos clave de los satélites de la NOAA publicados ese año. Tras casi una década de planificación de instrumentos, la fabricación de la nave espacial se contrató a Lockheed Martin Space Systems en 2008; la construcción del GOES-16 comenzó en 2012 y se extendió hasta 2014, cuando el satélite entró en la fase de pruebas. Después de varios retrasos en el lanzamiento, el GOES-16 despegó de Cabo Cañaveral el 19 de noviembre de 2016 a bordo de un cohete Atlas V de United Launch Alliance  (ULA) . La nave espacial alcanzó una órbita geoestacionaria inicial varios días después, dando comienzo a una fase de verificación y validación no operativa de un año de duración. En noviembre de 2017, el GOES-16 comenzó a desplazarse hacia su posición operativa GOES Este y fue declarado completamente operativo el 18 de diciembre de 2017. Se espera que el satélite tenga una vida útil operativa de diez años, con cinco años adicionales como respaldo para futuras naves espaciales GOES.

Fondo

Conceptualización del instrumento

El programa de Satélites Geoestacionarios Operacionales Ambientales (GOES) comenzó como un esfuerzo conjunto entre la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica  (NOAA) en 1975 para desarrollar satélites meteorológicos geoestacionarios tras el éxito de los programas de Satélites de Tecnología de Aplicaciones (ATS) y Satélites Meteorológicos Sincrónicos iniciados en 1966. [ 3 ] En el Documento de Requisitos Operacionales (ORD) de 1999 para la Evolución de los Futuros Satélites Geoestacionarios Operacionales de la NOAA , la NOAA enumeró los requisitos de instrumentación para la próxima generación de generadores de imágenes y sondas GOES . Las principales prioridades incluían capacidades de observación continua, la capacidad de observar fenómenos meteorológicos en todas las escalas espaciales y una resolución espacial y temporal mejorada tanto para el generador de imágenes como para la sonda. Estas especificaciones sentaron las bases conceptuales para los instrumentos que eventualmente se incluirían con GOES-16. [ 4 ] 

El desarrollo más concreto del GOES-16 comenzó con los diseños iniciales de un Advanced Baseline Imager (ABI), que se inició en junio de 1999 bajo la dirección de Tim Schmitt del National Environmental Satellite, Data, and Information Service (NESDIS). [ 5 ] [ 6 ] En su inicio, se consideraron diez bandas espectrales para su inclusión en el nuevo ABI, derivadas de seis instrumentos en otros satélites. En septiembre de 1999, el Consejo de Investigación y Desarrollo de la NOAA respaldó el desarrollo continuo del instrumento con los anchos de banda y frecuencias sugeridos. [ 7 ] A medida que el instrumento se fue perfeccionando, el número de bandas espectrales potenciales aumentó de las diez iniciales a doce en octubre de 1999. [ 5 ] Junto con el ABI, también se inició el desarrollo del Advanced Baseline Sounder (ABS), que formaría parte de un Hyperspectral Environmental Suite (HES) de instrumentos en los satélites GOES de próxima generación. [ 4 ] Al igual que el ABI, el HES también marcó mejoras significativas en resolución y cobertura espacial. [ 8 ] Los pronósticos iniciales indicaban que el ABI se incluiría como parte de GOES a partir del lanzamiento proyectado de GOES-Q en 2008. [ 9 ]

En 2001, la NOAA planeó que la generación GOES-R de satélites GOES comenzara con el lanzamiento previsto de GOES-R en 2012, con el ABI y el ABS como instrumentación prevista. GOES-R y sus satélites hermanos iban a conducir a mejoras sustanciales en la precisión y el detalle de los pronósticos al proporcionar nuevos productos operativos para los usuarios. [ 10 ] Cuatro años después, el número de bandas espectrales propuestas en el instrumento ABI aumentó a 16, cubriendo una franja de longitudes de onda visibles e infrarrojas . [ 11 ] En septiembre de 2006, la NOAA abandonó los planes de incluir el HES a bordo de GOES-R, citando una falta de pruebas suficientes y sobrecostos importantes en el desarrollo del Sistema Nacional de Satélites Ambientales Operacionales de Órbita Polar (NPOESS). [ 12 ] Aunque se esperaba que la serie GOES-R costara US$6.2  mil millones en total, la mayor complejidad de los instrumentos, las hipótesis de inflación revisadas y las reservas del programa llevaron a la Oficina de Responsabilidad Gubernamental a estimar un costo mucho mayor de US$11.4  mil millones para el programa en 2006. [ 13 ]

Construcción

En diciembre de 2008, la NASA y la NOAA seleccionaron a Lockheed Martin Space Systems como contratista para la fabricación de los dos primeros satélites de la generación GOES-R, incluido GOES-R, por un valor estimado del contrato de 1.090  millones de dólares estadounidenses. [ 14 ] La revisión preliminar del diseño se completó poco más de dos años después, [ 15 ] y la revisión crítica del diseño se completó en mayo de 2012. [ 16 ] La construcción del bus del satélite se subcontrató a Alliant Techsystems (ATK) y el trabajo comenzó poco después, y la estructura central estuvo lista para las pruebas en enero de 2013. [ 17 ] Los sensores de irradiancia ultravioleta extrema y de rayos X (EXIS) se convirtieron en los primeros instrumentos listos para la instalación de GOES-R en mayo de 2013, [ 18 ] mientras que el ABI estuvo listo para la integración en febrero de 2014; [ 19 ] Los módulos de propulsión y sistema de la nave espacial se entregaron tres meses después, finalizando la fase de construcción inicial y permitiendo la integración y prueba completas de la nave espacial en las instalaciones de Lockheed Martin en Colorado . [ 20 ] El satélite fue luego transferido al Centro Espacial Kennedy el 22 de agosto de 2016 para someterse a pruebas adicionales y preparar la nave espacial para el lanzamiento. [ 21 ]

Diseño de naves espaciales

GOES-16 y otros satélites de la generación GOES-R se basan en un derivado del bus espacial A2100 de Lockheed Martin capaz de soportar hasta 2800 kg (6200 lb) de masa seca con capacidades de potencia que superan los 4 kW hasta el final de la vida útil de la nave espacial . [ 22 ] Con propelente, GOES-16 tenía una masa total de 5192 kg (11 446 lb) , con una masa seca de 2857 kg (6299 lb) . La nave espacial tiene dimensiones de 6,1 m × 5,6 m × 3,9 m (20 pies × 18 pies × 13 pies) . [ 23 ] GOES-16 se alimenta mediante un conjunto solar que contiene cinco paneles solares que fueron plegados en el lanzamiento y desplegados después del despliegue. [ 24 ] GOES-16 fue diseñado para tener una vida útil de 15 años, incluyendo 10 años como satélite operativo y 5 años adicionales como respaldo para satélites GOES sucesivos. El subsistema de comando y manejo de datos de GOES-16 se basa en el bus SpaceWire ; una versión modificada del protocolo SpaceWire fue desarrollada específicamente para GOES-16 como una medida de reducción de costos y riesgos, con el circuito integrado de aplicación específica asociado siendo desarrollado por British Aerospace . El Protocolo de Entrega Confiable de Datos GOES (GRDDP) complementa las capacidades preexistentes de SpaceWire e incluye detección y recuperación de pérdida de paquetes . [ 22 ] Los instrumentos del satélite recopilan y transfieren datos de carga útil a la nave espacial a 10 – 100 Mbit/s. La estabilidad y precisión de la nave espacial se mantienen mediante varias ruedas de reacción , giroscopios y un rastreador de estrellas . GOES-16 es también la primera nave espacial civil geoestacionaria en utilizar GPS para evaluar su órbita . Dicho equipo de calibración está diseñado para establecer la posición del satélite dentro de un radio de 100 m (330 pies) con una confianza de 3σ . [ 25 ]                       

Instrumentos

Primeros datos publicados de los instrumentos GOES-16
ABI – datos de las 16 bandas espectrales de ABI del 15 de enero de 2017  
GLM – Datos GLM superpuestos a los datos de la banda 2 de ABI el 14 de febrero de 2017.  
EXIS : gráfico de datos de EXIS que muestra una erupción solar el 21 de enero de 2017. 
SUVI : datos de las seis bandas espectrales de SUVI del 29 de enero de 2017. 
MAG – Gráfico de datos MAG del 22 de diciembre de 2016 
SEISS : gráfico de los flujos de electrones y protones de SEISS el 19 de enero de 2017 

Orientado hacia la Tierra

El Advanced Baseline Imager (ABI) y el Geostationary Lightning Mapper (GLM) conforman los instrumentos del GOES-16 orientados hacia la Tierra, o apuntando al nadir . Estos se encuentran ubicados en una plataforma estable y de alta precisión, aislada del resto de la nave espacial. [ 26 ]

Generador de imágenes de referencia avanzado (ABI)

El Advanced Baseline Imager (ABI) es el instrumento de imagen principal del GOES-16, y proporciona más del 65 % de todos los productos de datos del GOES-16. Como radiómetro  de imagen pasivo multicanal , el ABI toma imágenes de la Tierra con 16 bandas espectrales, incluyendo dos canales visibles , cuatro canales de infrarrojo cercano y diez canales infrarrojos . Las bandas individuales están optimizadas para diversos fenómenos atmosféricos, como la formación de nubes, el movimiento atmosférico, la convección , la temperatura de la superficie terrestre, la dinámica oceánica, el flujo de agua, el fuego, el humo, las columnas de ceniza volcánica , los aerosoles , la calidad del aire y la salud de la vegetación. La banda visible "roja" 2 del ABI ( λ = 0,64 μm) tiene la mayor resolución entre las 16 bandas, con 0,5 km (0,31 mi) por píxel. Las demás bandas de luz visible e infrarrojo cercano tienen una resolución de 1 km (0,62 mi) , mientras que las bandas infrarrojas tienen una resolución de 2 km (1,2 mi) por píxel. [ 27 ]          

Los sensores del ABI están hechos de diferentes materiales según la banda espectral, con silicio utilizado para sensores que operan en luz visible y telururo de mercurio y cadmio utilizado para sensores que operan en el infrarrojo cercano e infrarrojo. [ 28 ] Una unidad electrónica del ABI y la electrónica de control del criorefrigerador complementan la unidad de sensores para alimentar el generador de imágenes y mantener el instrumento a temperaturas criogénicas ; [ 28 ] [ 29 ] toda la electrónica y la matriz de sensores son redundantes para garantizar la longevidad de operación. [ 28 ] El desarrollo del ABI fue contratado a Harris Corporation de Fort Wayne, Indiana . [ 27 ] Varias otras empresas participaron en el desarrollo y fabricación del ABI, incluidas BAE Systems , BEI Technologies, Babcock Corporation , DRS Technologies , L3 Technologies SSG-Tinsley y Northrop Grumman Space Technology . [ 30 ]

El ABI toma imágenes con tres extensiones geográficas diferentes, [ 27 ] y cada imagen se produce como una combinación de escaneos de imágenes estrechas de oeste a este unidos por el instrumento. [ 31 ] En el modo de operación predeterminado "flex" (modo de escaneo  3), el ABI produce imágenes de disco completo de la Tierra cada 15  minutos, con una resolución espacial de 0,5–2 km (0,31–1,24 mi) . [ 28 ] [ 27 ] Sin embargo, el ABI también puede operar en modo de disco continuo (modo de escaneo 4), en el que se registran imágenes de disco completo cada 5 minutos. [ 28 ] [ 27 ] Las imágenes de disco completo se componen de 26 tiras de imágenes, lo que lo hace más eficiente que el generador de imágenes GOES anterior, que se hizo con 1300 tiras de imágenes. [ 32 ] El instrumento también toma imágenes de un área de 5000 km × 3000 km (3100 mi × 1900 mi) centrada en los Estados Unidos contiguos cada cinco minutos con una resolución de 0,5–2 km (0,31–1,24 mi) . Cuando es posible, el ABI también puede tomar imágenes de fenómenos de mesoescala sobre dos áreas seleccionadas de 1000 km × 1000 km (620 mi × 620 mi) cada 60 segundos con una resolución de 0,5–2 km (0,31–1,24 mi) . [ 27 ] Los modos de escaneo variables hacen de GOES-16 el primer satélite GOES que se puede configurar mientras está en órbita. [ 32 ] Además, un difusor solar nuevo en GOES-16 permite la calibración de los datos de imágenes del ABI. [ 28 ] El 2 de abril de 2019, la ABI de GOES-16 se reconfiguró para usar el modo de escaneo 6 como predeterminado, lo que permite escaneos de disco completos cada 10 minutos. [ 33 ] [ 34 ]                       

El ABI a bordo del GOES-16 representa una mejora significativa con respecto al generador de imágenes a bordo de los satélites GOES anteriores. Las dieciséis bandas espectrales del ABI, en comparación con las cinco de la generación anterior de GOES, representan un aumento del doble en la información espectral. Además, el ABI presenta una resolución espacial hasta cuatro veces mayor y una resolución temporal cinco veces mayor que el generador de imágenes GOES anterior. [ 35 ] El ABI es casi idéntico al Advanced Himawari Imager (AHI) utilizado por primera vez en el Himawari 8 de la Agencia Meteorológica de Japón , que se lanzó el 7 de octubre de 2014. [ 36 ] Los dos instrumentos comparten 15 de las mismas bandas espectrales y tienen una banda espectral única para cada instrumento, con el ABI presentando una banda de infrarrojo cercano de 1,37 μm para la detección de nubes cirros, mientras que el AHI utiliza una banda de 0,51 μm optimizada para la reflectancia alrededor de la porción verde del espectro visible . [ 28 ] Al carecer de una banda explícita para la luz verde, las imágenes en color real para ABI se crean utilizando la combinación de las bandas visibles roja y azul de ABI junto con una banda verde sintetizada; la banda verde simulada se crea aplicando algoritmos basados ​​en MODIS y AHI sobre las bandas espectrales existentes de ABI. [ 37 ]   

Mapeador de rayos geoestacionario (GLM)

El mapeador de rayos geoestacionario (GLM) del GOES-16 es un detector de infrarrojo cercano de un solo canal que monitorea la luz de corta duración emitida por los rayos . [ 54 ] Al mapear rayos, los datos del GLM se pueden usar para alertar a los pronosticadores sobre el incipiente clima severo, ya que las tormentas en desarrollo o los precursores de tornados a menudo exhiben un aumento en la actividad de rayos debido a la intensificación de la corriente ascendente ; [ 55 ] [ 56 ] [ 57 ] por extensión, dicha información también puede reducir las tasas de falsas alarmas de advertencias de tormentas severas y tornados . [ 55 ] El GOES-16 fue la primera nave espacial en llevar un mapeador de rayos en órbita geoestacionaria. [ 58 ] El GLM puede detectar rayos tanto de nube a nube como de nube a tierra durante el día y la noche, complementando la detección de rayos terrestres . [ 54 ] [ 56 ] La sensibilidad del GLM resulta en una tasa de detección del 70 al 90 % de todos los rayos en su área de visión. [ 59 ] La cámara es un CCD  de 1372 × 1300 píxeles sensible a la luz de 777,4 nm con una resolución espacial de 8 km (5,0 mi) en el nadir y 14 km (8,7 mi) cerca del borde del campo de visión del instrumento, [ 55 ] resultando en una resolución espacial promedio de aproximadamente 10 km (6,2 mi) . [ 54 ] La banda de 777,4 nm fue elegida porque los rayos tienen tres líneas espectrales prominentes originadas por el oxígeno atómico centradas en 777,4 nm. [ 57 ] [ 60 ] La cobertura latitudinal del instrumento está limitada entre 52°N y 52°S. [ 61 ] Para limitar la interferencia de luz no deseada, un filtro de bloqueo solar y un filtro de rechazo solar están fijados en el frente de la apertura del instrumento. [ 57 ] El GLM puede tomar una imagen cada 2 ms, o 500 fotogramas por segundo , con un enlace de datos descendente de 7,7 Mbit/s. [ 55 ]            La información del GLM se utiliza para determinar la frecuencia, la ubicación y la extensión de los rayos. [ 54 ] Los datos del GLM se pueden mapear en tiempo real utilizando software de código abierto que también ha sido adaptado por el Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos. [ 62 ] [ 63 ] El desarrollo del GLM fue contratado por el Centro de Tecnología Avanzada de Lockheed Martin en Palo Alto, California . [ 55 ]

De manera imprevista durante el diseño del instrumento, GLM es capaz de detectar bólidos en la atmósfera y, por lo tanto, facilita las ciencias de los meteoros . [ 64 ]

Orientado al sol

Los componentes de GOES-16 orientados hacia el sol, o apuntando al sol, incluyen el EXIS y el SUVI, que se encuentran en una Plataforma de Apuntamiento Solar (SPP) en el soporte del panel solar de la nave espacial ; la SPP rastrea el movimiento estacional y diario del sol en relación con GOES-16, y también brinda soporte a los Servicios de Carga Útil Exclusivos de GOES-16. [ 26 ]

Sensores de irradiancia ultravioleta extrema y rayos X (EXIS)

Los sensores de irradiancia ultravioleta extrema y rayos X (EXIS) son un par de sensores que monitorean la irradiancia solar en la atmósfera superior de la Tierra. Al monitorear la irradiancia, EXIS puede detectar erupciones solares que pueden interrumpir las redes eléctricas , las comunicaciones y los sistemas de navegación en la Tierra y los satélites. La variabilidad en la irradiancia influye en las condiciones en la ionosfera y la termosfera . El sensor ultravioleta extremo (EUVS) monitorea los cambios en la irradiancia ultravioleta extrema solar que dan forma a la variabilidad de la atmósfera superior, [ 65 ] con un rango de longitud de onda ultravioleta de 5 a 127  nm. [ 66 ] Los datos de EUVS pueden anticipar apagones de radio para comunicaciones de alta frecuencia (HF) en bajas latitudes y la expansión de la termosfera, que puede inducir un aumento de la resistencia y degradar los instrumentos en los satélites en órbita terrestre baja . El componente de sensor de rayos X (XRS) de EXIS monitorea las erupciones solares a través de la irradiancia de rayos X , lo que permite la predicción de un evento de partículas solares . [ 65 ] El XRS detecta rayos X con longitudes de onda entre 0,05 y 0,8  nm. [ 66 ] En conjunto, el instrumento EXIS pesa 30 kg (66 lb) y consume 40 W de potencia. [ 65 ]   

Generador de imágenes ultravioleta solar (SUVI)

El Generador de Imágenes Ultravioleta Solar (SUVI) es un telescopio ultravioleta a bordo del GOES-16 que produce imágenes de disco completo del Sol en el rango ultravioleta extremo , sucediendo al anterior instrumento Generador de Imágenes de Rayos X Solares del GOES a bordo de generaciones anteriores de satélites GOES. Los objetivos del SUVI son localizar agujeros coronales , detectar y localizar erupciones solares, monitorear cambios que indiquen eyecciones de masa coronal , detectar regiones activas más allá del limbo este del Sol y analizar la complejidad de las regiones activas en el Sol. El telescopio está compuesto por seis bandas de longitud de onda diferentes centradas entre 94 y 304 Å , especializadas para diferentes características solares. [ 67 ] El generador de imágenes ultravioleta del GOES-16 es análogo al Telescopio de Imágenes Ultravioleta Extrema del Observatorio Solar y Heliosférico . [ 68 ] 

Entorno espacial

GOES-16 cuenta con dos instrumentos, el magnetómetro (MAG) y el conjunto de instrumentos in situ del entorno espacial (SEISS), que proporcionan observaciones in situ localizadas de partículas de alta energía y campos magnéticos en órbita geoestacionaria. [ 26 ]

Magnetómetro (MAG)

El magnetómetro GOES-16 (MAG) es un magnetómetro de puerta de flujo triaxial que mide el campo magnético terrestre en los límites exteriores de la magnetosfera desde la órbita geoestacionaria. [ 69 ] MAG proporciona datos generales sobre la actividad geomagnética , que pueden utilizarse para detectar tormentas solares y validar modelos de entorno espacial a gran escala; [ 70 ] las partículas cargadas asociadas con la interacción del viento solar y la magnetosfera presentan riesgos de radiación peligrosos para las naves espaciales y los vuelos espaciales tripulados. [ 71 ] El magnetómetro muestrea el campo magnético con una resolución de 0,016 nT a una frecuencia de 2,5 Hz. [ 70 ] En GOES-16, MAG consta de dos sensores situados en un brazo desplegable de 8 m (26 pies) , separando los instrumentos del cuerpo principal de la nave espacial para reducir la influencia de la propia firma magnética del satélite. El diseño triaxial permite la medición de las componentes vectoriales ortogonales del campo magnético terrestre. [ 25 ] El desarrollo del instrumento fue contratado por Lockheed Martin Advanced Technology Center con sede en Palo Alto, California . [ 70 ] Los componentes electrónicos y sensores de MAG fueron construidos por Macintyre Electronic Design Associates, Inc. (MEDA) en Sterling, Virginia , mientras que el brazo desplegable fue construido por ATK en Goleta, California . [ 72 ]    

Suite in situ del entorno espacial (SEISS)

El Space Environment In-Situ Suite (SEISS) consta de cuatro sensores con una amplia variación en el campo de visión que monitorean los flujos de protones , electrones e iones pesados ​​en la magnetosfera. [ 73 ] [ 26 ] [ nota 1 ] El conjunto monitorea 27  canales de energía de electrones diferenciales y 32  canales de energía de protones diferenciales, un aumento con respecto a los seis  canales de energía de electrones y 12  canales de energía de protones monitoreados por la generación anterior de satélites GOES-N. [ 25 ] El sensor de iones pesados ​​energéticos (EHIS) mide específicamente los flujos de iones pesados, incluidos los atrapados en la magnetosfera de la Tierra y las partículas originadas por el sol o en los rayos cósmicos . Hay dos sensores de partículas magnetosféricas, de baja y alta energía (MPS-LO y MPS-HI, respectivamente) que miden los flujos de electrones y protones. MPS-LO mide el flujo de baja energía en un rango de 30 eV a 30 keV; Los electrones con estas energías pueden causar una carga no deseada de la nave espacial, provocando descargas electrostáticas o arcos eléctricos a través de los componentes del GOES-16, lo que resulta en daños significativos y permanentes al hardware. [ 73 ] El MPS-HI mide electrones de energía media a alta con energías de hasta 4 MeV y protones con energías de hasta 12 MeV. [ 75 ] Los electrones con estas energías penetran fácilmente en la nave espacial y pueden causar daños por descarga o ruptura dieléctrica interna. [ 73 ] El instrumento Sensor de Protones Solares y Galácticos (SGPS) incluido en el SEISS mide protones energéticos de fuentes solares o galácticas que se encuentran en la magnetosfera. [ 73 ] Dichos protones en grandes cantidades pueden causar efectos biológicos en humanos a grandes altitudes, así como apagones de HF en las regiones polares. [ 76 ] El desarrollo del SEISS fue contratado por Assurance Technology Corporation en Carlisle, Massachusetts , y subcontratado a la Universidad de New Hampshire . [ 73 ] [ 77 ]    

Perfil de lanzamiento y misión

Vista cercana a la plataforma de lanzamiento de un cohete poco después del despegue, junto con cuatro estructuras asociadas al sistema de protección contra rayos y la estructura de servicio parcialmente oculta por los gases de escape del cohete.
El lanzamiento del GOES-R a bordo de un cohete Atlas V el 19 de noviembre de 2016.

La NASA seleccionó el Atlas V 541 operado por United Launch Services como vehículo de lanzamiento para GOES-R el 5 de abril de 2012, con una fecha de lanzamiento prevista para octubre de 2015 desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 41 de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral . Combinado con el posterior GOES-S, se esperaba que las operaciones de lanzamiento costaran 446  millones de dólares estadounidenses. [ 78 ] La fecha de lanzamiento se eligió relativamente pronto para mantener el funcionamiento de la constelación de satélites GOES a pesar de que solo había un 48 %  de confianza en cumplir con la fecha de lanzamiento de octubre de 2015; una auditoría de la Oficina del Inspector General del Departamento de Comercio en abril de 2013 destacó estas preocupaciones y proyectó un lanzamiento en febrero de 2016 que reduciría la presión de desarrollo a costa de aumentar el riesgo de brechas en la cobertura satelital si fallaran los satélites de respaldo operativos. [ 79 ] Las dificultades con el software y el equipo de comunicaciones de GOES-R provocaron que el lanzamiento previsto se retrasara hasta principios de 2016, y el 15 de octubre de 2015, el lanzamiento se pospuso aún más hasta el 13 de octubre de 2016. [ 80 ] A principios de octubre de 2016, GOES-R fue asegurado en preparación para el paso cercano del huracán Matthew y no sufrió ningún daño. [ 81 ] [ 82 ] Sin embargo, el vuelco de un vagón del sistema terrestre  que albergaba la nave espacial y el descubrimiento de una falla en el propulsor del cohete Atlas V —el mismo problema que había impedido el lanzamiento de WorldView-4 a principios de 2016— resultó en otro retraso de la ventana de lanzamiento hasta el 19 de noviembre de 2016. [ 83 ] [ 84 ]

El 18 de noviembre de 2016, la nave espacial acoplada GOES-R y el vehículo de lanzamiento Atlas V fueron trasladados a la plataforma de lanzamiento en el Complejo de Lanzamiento Espacial 41. [ 85 ] [ 86 ] GOES-R fue lanzado el 19 de noviembre de 2016 a las 23:42 UTC (6:42 p.m. EST ) desde el Complejo de Lanzamiento Espacial 41 de la Estación de la Fuerza Aérea de Cabo Cañaveral a bordo de un cohete Atlas V. [ 87 ] [ 88 ] Un problema no revelado en el Campo de Pruebas del Este y la verificación de una posible preocupación en otro cohete habían retrasado el lanzamiento una hora hacia el final de la ventana de lanzamiento del 19 de noviembre. [ 89 ] El Atlas V estaba en la configuración 541 con el número de cola AV-069 y fue administrado por United Launch Alliance ; [ 88 ] [ nota 2 ] el lanzamiento fue el 100 del programa Vehículo de Lanzamiento Desechable Evolucionado y el 138 del programa Atlas . [ 90 ] [ 89 ] El ascenso del Atlas V se dirigió ligeramente al sureste sobre el Océano Atlántico . Tras la primera etapa del cohete, encendidos adicionales en etapas posteriores dirigieron la nave espacial hacia la altitud necesaria para la órbita geosíncrona . La separación de la nave espacial del vehículo de lanzamiento ocurrió sobre Indonesia aproximadamente 3,5 horas después del lanzamiento, [ 91 ] colocando a GOES-R en una órbita de transferencia geoestacionaria elíptica de baja inclinación con un perigeo de 5038 mi (8108 km) y un apogeo de 21 926 mi (35 286 km) . [ 88 ]       

La nave espacial inició entonces varias maniobras utilizando sus propios sistemas de propulsión independientes para refinar su órbita y colocarla en la posición geoestacionaria prevista, con ocho días dedicados a aumentar su radio orbital y cuatro a la puesta a punto orbital. [ 92 ] [ 93 ] Durante la primera maniobra correctiva, la estructura que sostenía la tobera del motor principal se calentó a temperaturas anómalamente altas. Aunque se revisaron los límites de temperatura previos al vuelo que se habían superado, las cuatro maniobras subsiguientes se limitaron a menos de 41 minutos cada una en duración por precaución, lo que la llevó a su órbita geoestacionaria preliminar diez días después del lanzamiento. [ 94 ] Al alcanzar la órbita geoestacionaria, GOES-R fue redesignada como GOES-16 , comenzando una fase extendida de comprobación y validación de un año de duración. [ 95 ] La nave espacial se posicionó inicialmente en una posición de prueba no operativa a 89,5°O, [ 96 ] con GOES-13 y GOES-15 sirviendo como satélites meteorológicos operativos en las posiciones tradicionales GOES Este y GOES Oeste, respectivamente. [ 95 ] Los instrumentos se mantuvieron inicialmente inactivos durante un período de 30 días para permitir la desgasificación y la eliminación de cualquier contaminante en la nave espacial. [ 94 ] Los primeros datos científicos de GOES-16 se recibieron del instrumento MAG el 22 de diciembre de 2016, [ 97 ] mientras que las primeras imágenes de ABI se recopilaron el 15 de enero de 2017 y se publicaron el 23 de enero de 2017. [ 98 ] El 25 de mayo de 2017, la NOAA anunció que GOES-16 ocuparía la posición GOES Este una vez operativa, sucediendo a GOES-13. [ 99 ] El movimiento del GOES-16 hacia su posición operativa comenzó alrededor de las 13:30 UTC del 30 de noviembre de 2017, desplazándose aproximadamente 1,41° por día hasta una longitud final de 75,2°O; durante este tiempo, los instrumentos de la nave espacial se mantuvieron en modo de diagnóstico sin recopilación ni transmisión de datos. [ 100 ] El GOES-16 alcanzó la posición GOES Este el 11 de diciembre y, tras un período de calibración, reanudó la recopilación y transmisión de datos de los instrumentos tres días después. [ 100 ] [ 101 ] El 18 de diciembre de 2017, el GOES-16 fue declarado completamente operativo. [ 102 ]  

Servicios de carga útil únicos y procesamiento de datos

La estación de mando y adquisición de datos de Wallops, en la isla de Wallops, Virginia, sirve como punto principal para la telemetría, el seguimiento y el mando del GOES-16.

Servicios de carga útil únicos

Además de su carga útil científica principal, GOES-16 también cuenta con el conjunto de servicios de carga útil únicos (UPS) que proporcionan servicios de retransmisión de comunicaciones auxiliares a las operaciones principales de la misión: [ 103 ]

  • GOES Rebroadcast (GRB) : el enlace descendente del GOES-16 es gestionado por el sistema GRB, que actúa como relé principal de resolución completa y casi en tiempo real para los datos de los instrumentos del satélite. Los datos de los instrumentos se procesan como datos de Nivel 1b para todos los instrumentos y como datos de Nivel 2 para el GLM. [ nota 3 ] El GRB reemplaza al antiguo servicio GOES VARiable (GVAR) utilizado por las naves espaciales GOES anteriores. La señal de doble polarización circular está centrada en la banda L a 1686,6 MHz y consta de dos flujos digitales de 15,5 Mbit/s para una velocidad de datos total de 31 Mbit/s. [ 104 ] [ 22 ]      
  • El Sistema de Recopilación de Datos (DCS) – GOES-16 también funciona como satélite repetidor, retransmitiendo observaciones ambientales terrestres in situ, generalmente desde ubicaciones remotas, a otros sitios receptores terrestres. El DCS de GOES-16 admite 433 canales de plataforma de usuario con un rango de frecuencia de enlace descendente de 1679,70 a 1680,10 MHz. [ 103 ] [ 105 ]   
  • Red de Información Meteorológica para Gestores de Emergencias (EMWIN) : EMWIN transmite productos y otra información del Servicio Meteorológico Nacional de los Estados Unidos . EMWIN también está acoplada al servicio de Transmisión de Información de Alta Velocidad (HRIT), que difunde imágenes GOES de baja resolución y productos seleccionados a terminales HRIT de usuarios ubicados remotamente. [ 103 ] 
  • Sistema de búsqueda y rescate asistido por satélite (SARSAT) : un transpondedor SARSAT en el GOES-16 puede detectar señales de socorro y transmitirlas a terminales de usuario locales para ayudar en la coordinación de las operaciones de rescate. Se puede acceder al transpondedor con una potencia de enlace ascendente relativamente baja de 32 dBm , lo que le permite detectar balizas de emergencia débiles. [ 103 ]  

Sistema terrestre integrado y distribución de datos

Se diseñó un sistema terrestre integrado para la adquisición, procesamiento y difusión de datos específicamente para GOES-16 y otros satélites de la generación GOES-R de naves espaciales GOES. La Instalación de Operaciones de Satélites de la NOAA en Suitland, Maryland , sirve como punto de mando para las operaciones de la misión GOES, mientras que la Estación de Comando y Adquisición de Datos de Wallops en la Instalación de Vuelo de Wallops en Wallops Island, Virginia , maneja la telemetría, el seguimiento, el comando y los datos de instrumentos de GOES-16. Una segunda estación en Fairmont, Virginia Occidental , sirve como respaldo consolidado designado para la instalación de Wallops. [ 106 ] [ 107 ] Las antenas en Wallops están diseñadas para soportar vientos sostenidos de 110 mph (180 km/h) y ráfagas de hasta 150 mph (240 km/h) , condiciones esperadas en un huracán de categoría 2. [ 107 ] En conjunto , el sistema terrestre involucra 2100 servidores y 3 PB de almacenamiento de datos; El procesamiento de datos es manejado por 3632 núcleos de procesador capaces de 40 billones de operaciones de punto flotante por segundo . [ 106 ] En 2009, la NOAA contrató a la División de Sistemas de Comunicaciones del Gobierno de Harris Corporation para el desarrollo del sistema terrestre GOES-R, con un valor estimado del contrato de US$736 millones; [ 108 ] Harris también recibió un contrato de US$130 millones para desarrollar el sistema de antena terrestre, incluyendo seis nuevas antenas transceptoras de gran apertura y actualizaciones a cuatro antenas existentes en la Instalación de Operaciones de Satélites de la NOAA. [ 109 ] Para ayudar en la ingeniería de sistemas y herramientas de distribución de datos para el segmento terrestre, Boeing recibió un subcontrato de US$55 millones. [ 110 ]            

Además de GRB, al que puede acceder cualquier receptor calibrado, los datos de GOES también se distribuyen a través de otros canales. El Servicio Meteorológico Nacional recibe datos directamente de GOES-16 mediante la interfaz del Sistema Avanzado de Procesamiento Interactivo del Tiempo (AWIPS), que integra datos meteorológicos e hidrológicos con los sistemas de pronóstico y emisión de alertas de la agencia . Los datos de GOES-16 en tiempo real están disponibles a través del sistema de Distribución y Acceso de Productos (PDA), mientras que los datos archivados se almacenan en el Sistema Integral de Administración de Datos de Grandes Arreglos (CLASS). [ 107 ]

Campo de pruebas GOES-R

Institutos Cooperativos GOES-R

El GOES-R Proving Ground se estableció en 2008 como una colaboración entre la oficina del programa de la serie GOES-R y varios centros de la NOAA y la NASA para preparar a los pronosticadores y otros interesados ​​para los nuevos productos que estarían disponibles con la generación de satélites meteorológicos GOES-R. [ 111 ] [ 112 ] [ 113 ] El campo de pruebas tecnológicas abordó las recomendaciones del Consejo Nacional de Investigación en 2000 para que la NOAA desarrollara equipos que demostraran el alcance de los nuevos sensores como los del GOES-16 en conjunto con el diseño de instrumentos. [ 114 ] El programa centrado en AWIPS fue diseñado para permitir la evaluación y el desarrollo de productos GOES-R simulados y proporcionar capacitación para los pronosticadores. [ 111 ] Los productos experimentales se basaron en datos contemporáneos y sintéticos. [ 113 ] Los primeros seis años, de 2008 a 2014, se dedicaron principalmente al desarrollo de algoritmos, diseño de simulaciones, desarrollo de herramientas de apoyo a la toma de decisiones y pruebas de extremo a extremo , mientras que los años siguientes, hasta el lanzamiento de la nave espacial, se centrarían principalmente en adaptar los productos a los comentarios de los usuarios. [ 115 ]

Los participantes en el programa de campo de pruebas se clasificaron como desarrolladores —aquellos que desarrollaban los algoritmos satelitales y los materiales de capacitación para los productos GOES-R— o usuarios —los receptores de esos productos—. Los tres desarrolladores principales en el programa fueron el Instituto Cooperativo de Estudios de Satélites Meteorológicos (CIMSS) y la Rama de Productos Satelitales Avanzados (ASPB) de la Universidad de Wisconsin en Madison, Wisconsin ; el Instituto Cooperativo de Investigación en la Atmósfera (CIRA) y la Rama de Meteorología Regional y de Mesoescala (RAMMB) de la Universidad Estatal de Colorado en Fort Collins, CO ; y el Centro de Investigación y Transición de Predicción a Corto Plazo de la NASA (NASA SPoRT) en Huntsville, Alabama . [ 114 ] Las demostraciones de tecnología y del banco de pruebas GOES-R se centraron en una variedad de aplicaciones que incluyen la estimación de la intensidad de ciclones tropicales , [ 116 ] el desarrollo de tormentas severas , [ 117 ] la aviación y la calidad del aire . [ 118 ]

Véase también

Notas

  1. ↑ Un ion pesado es un ion con una masa mayor que la del helio-4 . [ 74 ]
  2. ↑ Los dígitos de la configuración 541 indican un diámetro de carenado de carga útil de 5 m (16 pies), 4 propulsores de cohete sólido AJ-60A que complementan la primera etapa del Atlas Vy 1motor en la etapa superior Centaur del Atlas V. [ 88 ]  
  3. ↑ El nivel 1a se refiere a datos de instrumentos reconstruidos y sin procesar, con resolución completa, referenciados en el tiempo y anotados con información auxiliar, incluidos coeficientes de calibración radiométrica y geométrica y parámetros de georreferenciación. Los datos de nivel 1b son datos de nivel 1A procesados ​​a unidades de sensor. Los datos de nivel 2 incluyen variables geofísicas derivadas con la misma resolución y ubicación que los datos fuente de nivel 1.

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Atribuciones

  • Sitio web oficial
  • Campo de pruebas de satélites GOES-R

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