Em 19 de novembro, 2016, O satélite meteorológico mais avançado da América entrou em órbita transportando seis novos, instrumentos de última geração, capacidades de observação dramaticamente aprimoradas, e algumas calibrações NIST cruciais.

GOES-R (Série Satélite Operacional Ambiental Geoestacionário-R) é o primeiro da última geração de satélites ambientais GOES, operado pela NOAA em colaboração com a NASA. Quando termina seu período de shakedown, GOES-R será capaz de escanear o planeta cinco vezes mais rápido e com resolução quatro vezes maior do que qualquer um dos outros satélites da NOAA, rastreie eventos climáticos regionais com imagens atualizadas a cada 30 segundos, e registrar continuamente a frequência e a localização dos raios. Ele também monitorará o clima espacial que pode atrapalhar o desempenho dos satélites de navegação e comunicações, bem como rotas de aeronaves comerciais e rede elétrica do país.

Mas antes que pudessem ser aprovados para lançamento, Os sensores e imageadores altamente sensíveis do GOES-R tiveram que ser calibrados e testados para provar que podiam funcionar de acordo com as exigentes especificações da missão. Os cientistas do NIST desempenharam um papel fundamental nesse processo, como fizeram com outros satélites nas últimas três décadas.

O Advanced Baseline Imager (ABI) é o principal instrumento do GOES-R (renomeado GOES-16 quando atingiu a órbita geoestacionária no final de novembro) para observar o clima, oceanos, e o meio ambiente. O radiômetro - que mede os comprimentos de onda e intensidades da luz proveniente da superfície e da atmosfera da Terra - registra em 16 bandas de comprimento de onda diferentes, da radiação infravermelha à luz visível. (O gerador de imagens GOES atual rastreia cinco bandas.) Como cada tipo de condição climática ou ambiental tem suas próprias assinaturas de comprimento de onda distintas, a capacidade de distinguir três vezes mais bandas fornecerá um nível de dados sem precedentes para tempestades de imagens, bem como incêndios, fumaça, aerossóis, qualidade do ar, inundações, a saúde da vegetação, e muito mais.

Cientistas do NIST estiveram envolvidos com a NASA, NOAA, e empreiteiros no projeto ABI por mais de 10 anos, desde o desenvolvimento inicial das especificações até as calibrações antes do lançamento. Para as etapas finais do processo, funcionários de várias partes da Divisão de Ciência de Sensores do NIST viajaram para as instalações da contratada de instrumentos Harris em Fort Wayne, NO, e Rochester, NOVA IORQUE, frequentemente, por semanas a fio.

O teste e a calibração do ABI exigiram vários procedimentos para garantir que os comprimentos de onda e intensidades registrados nos sensores de satélite sejam precisos e rastreáveis ​​ao NIST e, portanto, ao Sistema Internacional de Unidades (SI). Fazer isso envolve comparar as leituras ABI com instrumentos e padrões de fonte de luz precisamente conhecidos.

Parte disso foi feito com radiômetros portáteis calibrados com NIST; alguns foram feitos no NIST, incluindo testes de transmitância do filtro. Muito foi fornecido por uma versão itinerante do sintonizável do NIST, instalação de fonte de comprimento de onda estreito chamada Calibrações de Irradiância Espectral e Responsividade à Radiância usando Fontes Uniformes (SIRCUS). O SIRCUS emprega lasers continuamente sintonizáveis ​​acoplados a compartimentos ocos chamados de esferas integradas como fontes para testar a resposta dos sensores a incertezas tão baixas quanto 0,1%.

O NIST também esteve envolvido na calibração das bandas infravermelhas ABI, usando um radiômetro criogênico portátil (o NIST Thermal-infravermelho Transfer Radiometer, TXR) para um teste de 3 semanas em uma câmara de vácuo em Rochester. A equipe do NIST mediu a fonte de infravermelho padrão (IR) (uma fonte de infravermelho de corpo negro) para garantir que concordava com a escala do NIST.

Muitas das bandas GOES são comparativamente estreitas. Banda 1, a faixa azul visível, importante para a detecção de fumaça e aerossóis, cobre apenas comprimentos de onda de 450 nm a 490 nm. Banda 3, a banda "vegetariana", que detecta o estado da vegetação, bem como nuvens diurnas, névoa, aerossóis, e potencial de incêndio e inundação, estende-se por uma faixa igualmente estreita de 846 nm a 885 nm. Banda 4, a banda "cirrus", cobrindo infravermelho próximo em 1360 nm a 1380 nm, é particularmente sensível a alto, nuvens cirros finas. O grau de precisão necessário na resposta do sensor depende do objetivo da observação.

"As medições SIRCUS resolveram uma discrepância entre os comprimentos de onda centrais da banda modelados e medidos e as passagens de banda em favor dos resultados modelados, "diz o cientista do NIST Steve Brown, que realizou muitas das medições.

Outro instrumento importante a bordo do GOES-R são os sensores de radiação ultravioleta / raios-X extremos (EXIS), que rastreia variações na radiação de alta energia do Sol que impactam diretamente as condições da atmosfera superior da Terra, afetando a transmissão de rádio e alterando a temperatura e as propriedades elétricas do ar em altitudes acima de 85 km. Ele também monitora a radiação causada por eventos como erupções solares. Essas medições ajudam a fornecer avisos de tempestades periódicas de partículas carregadas que sopram do Sol e podem ameaçar a qualidade das comunicações globais, o sistema GPS, e outros recursos orbitais essenciais.

EXIS foi calibrado usando o Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility (SURF III) em Gaithersburg, MD, como uma fonte absoluta calculável de raios ultravioleta (UV) extremos e raios-X "suaves". Projetado e construído no Laboratório de Física Atmosférica e Espacial da Universidade do Colorado (LASP), os instrumentos EXIS foram calibrados em uma faixa de comprimentos de onda e intensidades dentro de um invólucro a vácuo no final de uma linha de luz SURF III. Trabalhando com a equipe do NIST, o cientista-chefe do EXIS, Frank Eparvier, e sua equipe do LASP levaram cerca de seis semanas para concluir o trabalho.

SURF III é frequentemente usado para testar e calibrar sensores para missões espaciais porque é uma fonte absolutamente precisa de radiação em comprimentos de onda específicos (com incertezas inferiores a 1% na faixa de raios-x de 4 nm a UV de 400 nm), e tem uma saída linear que pode variar em 11 ordens de magnitude em intensidade. É importante verificar a linearidade do EXIS em uma ampla faixa. "Por exemplo, durante o ciclo solar de 11 anos, A radiância UV pode mudar por um fator de 100, "diz Thomas Lucatorto, líder do Grupo de Radiação Ultravioleta no Laboratório de Medição Física do NIST.