地球靜止環境業務衛星是美國國家海洋和大氣管理局（NOAA）與美國國家航空航天局（NASA）共同發展的民用靜止軌道氣象系列衛星。美國第一代地球靜止軌道氣象衛星系列。英文縮寫為GOES。這個衛星系列的第一顆衛星GOES-1在 1975年10月16日發射，到1982年發射了6顆。此系列計畫套用到1985年。地球靜止環境業務衛星系列是世界氣象組織從1978年開始的全球大氣研究計畫第一期全球試驗的重要氣象觀測工具。
基本介紹
- 中文名：地球靜止環境業務衛星
- 外文名：Geostationary Operational Environmental Satellite
- 發射：1975年10月16日
- 工作壽命：3 年
設備介紹,性能參數,數據傳輸,軍事用途,發射歷史,故障情況及對策,GOES—1,GOES—4,未來發展,
設備介紹
衛星外形是一個圓柱體，高2.6米，直徑 1.9 米，重 294 千克，工作壽命3 年）。
衛星採用地球靜止衛星軌道，位置保持精度：南北向優於1°，東西向優於 0.5°。
衛星靠自旋穩定，自旋速率為 100 轉/分 。衛星攜帶的氣象遙感器是可見光、紅外自旋掃描輻射計（VISSR）。儀器的望遠鏡口徑為0.4米，兩個波段為0.55～0.75微米（可見光）和 10.5 ～12.5 微米（紅外），星下點解析度分別為0.9和9千米。它拍攝的雲圖一幀有1820條掃描線，每幀的掃描時間為20分鐘。對連續觀測4幀以上的雲圖進行數據處理可獲得風速和風向 。
測風速的精度優於 3米/秒 ，這是地球靜止軌道氣象衛星的一個重要特點。
性能參數
GOES衛星系統由部署在地球靜止軌道的2顆衛星組成，分別為西經75°和西經135°，前者主要觀測美洲和大西洋大部，後者主要觀測北美和太平洋地區；兩個軌位衛星聯合可以觀測從西經20°至東經165°的大部地區。另外，在軌備份衛星部署在西經105°。
第一代GOES衛星的前3顆由菲戈-福特公司研製，帶有可見光紅外自旋掃描輻射計。後5顆由體斯空間通信衛星公司研製，採用HS-371自旋穩定平台，攜帶了在“可見光紅外自旋掃描輻射計”基礎上改進的“可見光紅外自旋掃描輻射計大氣探測儀”，首次提供大氣濕度和溫度垂直探測數據。
第二代GOES衛星由勞拉空間系統公司研製，採用LS—1300平台，穩定方式從上一代的自旋穩定轉變為三軸穩定，有效載荷由美國國際電話電報(ITT)公司研製。衛星星體尺寸2m×2.1m×2.3m，展開後尺寸約26.9m×5.9m × 4.9m衛星發射質量2105kg。設計壽命7年．至少提供5年運行壽命，衛星採用單太陽翼．為平衡太陽比壓在單太陽翼上產生的擾動力矩的影響．任衛星一側一根17m長的桿頂端裝有一個圓錐形太陽帆，仵太陽翼翼端還帶有一個微調帆。衛星壽命末期功率為1057W。
GOES衛星主要有效載荷包括：GOES成像儀、GOES探測儀、“空間環境監測儀”、“靜止軌道搜尋與救援載荷”、“數據採集系統”等。“空間環境監測儀”由高能粒子探測器、商能質子和
粒子探測器、磁強計和太陽X射線成像儀組成。
第二代改進型GOES衛星由波音衛星系統公司建造，採用BSS-601衛星平台，三軸姿態穩定。有效載荷由美國國際電話電報公司研製。
第二代改進型GOES衛星增加了星跟蹤器，顯著提高了衛星指向精度。GOES成像儀和GOES探測儀基本沿用第二代衛星的設計，在GOES-14和GOES-15衛星上成像儀的13.3um熱紅外通道的水平解析度從8km提高到4km。
數據傳輸
儀器獲得的原始雲圖數據以28兆比特/秒的速率傳送到地面，經數據處理後每3小時通過衛星用 1700 兆赫頻率向各地廣播一次適用的雲圖資料。
這顆衛星還攜有數據收集系統 (DCS)，可以收集1萬個地面氣象站、海洋自動浮標和無人值守地區的自動氣象站所獲得的溫度、壓力、濕度等環境資料，它的工作頻率是401兆赫和468兆赫。
衛星還攜帶有測量太陽粒子（質子、α粒子和電子）的空間環境監測器(SEM)。從此系列的第四顆衛星開始 ，攜帶的氣象遙感器改為可見光 、紅外自旋掃描輻射計的大氣探測儀（VAS）。
這種儀器有1個可見光通道和12個紅外通道，除能拍攝雲圖外，還通過15微米（CO2）波段探測大氣垂直溫度分布和3.7微米（H2O）波段探測不同高度的水汽含量分布 ， 從而獲得大氣三維結構的氣象資料。探測大氣垂直溫度和水汽分布的星下點解析度：晴朗地區為30千米，有雲覆蓋的地區為 60～100千米。
這樣的解析度已足以了解風暴的形成、發展和移動。
軍事用途
災害性天氣短期警報，如旋風、水災、風暴、雷暴和颶風等；霧、降水、雪覆蓋和冰蓋運動監測。
發射歷史
階段 | 地面型號 | 衛星名稱 | 發射時間 | 目前狀態 |
第一代 | GOES-A | GOES-1 | 1975-10-16 | 退役 |
GOES-B | GOES-2 | 1977-06-16 | 退役 | |
GOES-C | GOES-3 | 1978-06-16 | 退役 | |
GOES-D | GOES-4 | 1980-09-09 | 退役 | |
GOES-E | GOES-5 | 1981-05-22 | 退役 | |
GOES-F | GOES-6 | 1983-04-28 | 退役 | |
GOES-G | - | 1986-05-03 | 發射失敗 | |
GOES-H | GOES-7 | 1987-02-26 | 退役 | |
第二代 | GOES-I | GOES-8 | 1994-04-13 | 退役 |
GOES-J | GOES-9 | 1995-05-23 | 退役 | |
GOES-K | GOES-10 | 1997-04-25 | 退役 | |
GOES-L | GOES-11 | 2000-05-03 | 專注南美洲 | |
GOES-M | GOES-12 | 2001-07-23 | 專注南美洲業務運行 | |
第二代改進型 | GOES-N | GOES-13 | 2006-05-24 | 業務運行 |
GOES-O | GOES-14 | 2009-06-27 | 在軌備份 | |
GOES-P | GOES-15 | 2010-03-04 | 業務運行 |
故障情況及對策
GOES—1
一、故障情況
1975年10月16日，地球靜止環境業務衛星l(GOES—1)發射升空。1976年1月8日開始工作，1977年退出工作，由GOES—2衛星取替；為了取替模型星，又從1978年4月4日至7月13日重新啟動；為了取替GES—4，從1982年11月29日至1983年6月1日又啟動一次；為了取替GOES—5，在1984年8月23日到1985年2月3日第三次啟動工作。
GOES—l在軌期間，成像儀器失效。
二、故障原因
GOES—l成像儀器失效的主要原因是由於編碼器的白熾燈燒毀造成的。白熾燈的作用是對所產生的氣象圖進行編碼，一般來說，編碼器的燈絲採用的是鎢金屬材料，燈過早燒毀是因為鎢本身有缺陷或者燈的密封有問題；另外，失效原因還有傳動部分的潤滑劑問題；一般，掃描鏡傳動部分使用濺射法在軸承表面蒸鍍上二硫化鉬潤滑劑。由於潤滑劑產生的沉積現象，結果造成潤滑劑分布不均，潤滑劑增厚的部分，電機電流增加，內部產生熱。由於熱效應，固定部分膨長，安裝在旋轉部位的編碼盤變窄，打亂了掃描鏡信號，進而停止工作。
GOES—l成像儀器失效的主要原因是由於編碼器的白熾燈燒毀造成的。白熾燈的作用是對所產生的氣象圖進行編碼，一般來說，編碼器的燈絲採用的是鎢金屬材料，燈過早燒毀是因為鎢本身有缺陷或者燈的密封有問題；另外，失效原因還有傳動部分的潤滑劑問題；一般，掃描鏡傳動部分使用濺射法在軸承表面蒸鍍上二硫化鉬潤滑劑。由於潤滑劑產生的沉積現象，結果造成潤滑劑分布不均，潤滑劑增厚的部分，電機電流增加，內部產生熱。由於熱效應，固定部分膨長，安裝在旋轉部位的編碼盤變窄，打亂了掃描鏡信號，進而停止工作。
三、採取對策
針對成像儀器編碼器白熾燈過早燒毀問題，曾採取低編碼器電壓，以延長工作壽命，但收效甚微。後來又採取了以下一些措施：
(1)星上安裝備份的編碼器；
(2)為上延長燈絲壽命，採用錸合金材料；
(3)後續星中，安裝電子編碼裝置以取代光學編碼器；
(4)加強燈絲材料的挑選與改進燈的封裝工藝。
為了解決成像系統編碼燈的問題，美國耗資70萬美元對GOES—6的成像系統編碼燈進行了重大設計改動，大大提高了衛星的工作壽命。
(1)星上安裝備份的編碼器；
(2)為上延長燈絲壽命，採用錸合金材料；
(3)後續星中，安裝電子編碼裝置以取代光學編碼器；
(4)加強燈絲材料的挑選與改進燈的封裝工藝。
為了解決成像系統編碼燈的問題，美國耗資70萬美元對GOES—6的成像系統編碼燈進行了重大設計改動，大大提高了衛星的工作壽命。
GOES—4
一、故障情況
1980年9月9日，地球靜止環境業務衛星4(GOES—4)發射升空。1980年10月15日開始工作，1982年11月26日失效，工作壽命為2年1個月。
工星在軌期間，成像儀器失效；可見光/紅外自旋掃描輻射計大氣探測器(VAS)前後22次停上工作；衛星在工作期間發生過太陽電池陣輸出功率突然下降的故障。
二、故障原因
成像儀器失效的主要原因是由於電源中的印刷線路板出現開路故障造成的；可見光/紅外自旋掃描輻射計大氣探測器(VAS)22次停止工作是由於靜電放電現象造成的；太陽電池陣輸出功率突然下降是由於空間粒子輻射環境的影響造成的。太陽電池陣的電池片儘管有覆蓋層保護，但是由於粒子輻射劑量超過了設計時的預測值，結果會造成不同程度的損傷，從而使得輸出功率下降。
二、採取對策
針對衛星靜電故障採取了以下一些措施：
(1)星體外表面所有裝置進行禁止，儘管如此，為作到萬無一失，還要在指令和其他敏感電中採用備份邏輯；
(2)採用衛星帶電主動控制技術，即通過向空間輻射衛星電位以平衡輸入環境通量，來達到控制衛星電位的目的；
(3)採取衛星均勻電荷分布技術方案，這種技術就是利用導線或其它導電柵將星體電介質表面分解成一小塊、一小塊的電介質矩陣。每小塊電介質由接地平面耦合起來。這樣一來，大大地減少了表面積，縮短了從任一點電介質到結構地的距離，從而降低了單獨放電的強度。另外，還應加強衛星部件接地技術的設計工作；
(4)採用新型抗靜電熱控塗層材料，以降低電荷的積累。
防止太陽電池陣輸出功率下降主要是要提高太陽電池陣的抗空間粒子輻射的能力。途徑有以下兩個方面：
(1)進行發射衛星實地探測粒子輻射環境。為選擇高性能電池蓋片材料和高效太陽電池材料提供必要的佐證；
(2)採用雷射速掃描恢復受輻射損傷的太陽電池性能。
未來發展
GOES-3退役後進入墓地軌道，遠離其它地球靜止環境業務衛星。2010年以後，GOES N系列將取代第3代GOES。GOES N系列衛星有效載荷設計要求如下：
（2）紅外垂直探測器。它有較高垂直解析度，溫度的精度為1~1.5K,相對濕度的精度為15%。
（3）空間環境監測器。它有9個用於監測太陽和空間環境的感測器。
（4）搜尋和營救系統。
（5）資料收集/天氣傳真系統。其傳輸速率為300 bit/s或1200bit/s，有4個天氣傳真通道。
美國還擬發射對地觀測平台。它能載有比氣象衛星多得多的觀測儀器。這些儀器的監測和探測功能幾乎可以覆蓋整個地球物理領域，是研究涉及大氣、海洋、陸地和生物之間相互作用的全球變化的最重要手段之一。
