Le 19 novembre, 2016, Le satellite météorologique le plus avancé des États-Unis a été mis en orbite avec six nouveaux, des instruments à la pointe de la technologie, capacités d'observation considérablement améliorées, et quelques étalonnages NIST cruciaux.

GOES-R (Geostationary Operational Environmental Satellite-R Series) est le premier de la dernière génération de satellites environnementaux GOES, exploité par la NOAA en collaboration avec la NASA. Quand il termine sa période de shakedown, GOES-R pourra scanner la planète cinq fois plus rapidement et avec une résolution quatre fois plus élevée que n'importe quel autre satellite de la NOAA, suivre les événements météorologiques régionaux avec des images mises à jour aussi souvent que toutes les 30 secondes, et enregistrez en permanence la fréquence et l'emplacement des éclairs. Il surveillera également la météo spatiale qui peut perturber les performances des satellites de navigation et de communication, ainsi que les routes des avions commerciaux et le réseau électrique du pays.

Mais avant qu'ils puissent être approuvés pour le lancement, Les capteurs et imageurs hautement sensibles de GOES-R ont dû être calibrés et testés pour prouver qu'ils pouvaient répondre aux spécifications de mission exigeantes. Les scientifiques du NIST ont joué un rôle clé dans ce processus, comme ils l'ont fait pour d'autres satellites au cours des trois dernières décennies.

L'Advanced Baseline Imager (ABI) est le principal instrument de GOES-R (rebaptisé GOES-16 lorsqu'il a atteint l'orbite géostationnaire fin novembre) pour l'observation de la météo, océans, et l'environnement. Le radiomètre, qui mesure les longueurs d'onde et les intensités de la lumière provenant de la surface de la Terre et de l'atmosphère, enregistre dans 16 bandes de longueurs d'onde différentes, du rayonnement infrarouge à la lumière visible. (L'imageur GOES actuel suit cinq bandes.) Étant donné que chaque type de conditions météorologiques ou environnementales a ses propres signatures de longueur d'onde distinctes, la capacité de distinguer trois fois plus de bandes fournira un niveau de données sans précédent pour l'imagerie des tempêtes ainsi que des incendies, fumée, aérosols, qualité de l'air, inondations, la santé de la végétation, et beaucoup plus.

Les scientifiques du NIST ont été impliqués avec la NASA, NOAA, et entrepreneurs du projet ABI depuis plus de 10 ans, du développement initial des spécifications aux étalonnages avant le lancement. Pour les étapes finales du processus, le personnel de diverses parties de la division Sensor Science du NIST s'est rendu dans les installations de l'entrepreneur d'instruments Harris à Fort Wayne, DANS, et Rochester, NEW YORK, souvent pendant des semaines à la fois.

Le test et l'étalonnage de l'ABI ont nécessité plusieurs procédures pour garantir que les longueurs d'onde et les intensités enregistrées sur les capteurs satellites sont exactes et traçables au NIST et donc au Système international d'unités (SI). Pour ce faire, il faut comparer les lectures de l'ABI à des instruments et des normes de source lumineuse connus avec précision.

Certaines de ces opérations ont été effectuées avec des radiomètres portables étalonnés par le NIST ; certains ont été réalisés au NIST, y compris les tests de transmittance du filtre. Une grande partie a été fournie par une version itinérante du paramètre accordable du NIST, une installation de source à longueur d'onde étroite appelée Étalonnages de l'irradiance spectrale et de la sensibilité au rayonnement à l'aide de sources uniformes (SIRCUS). SIRCUS utilise des lasers accordables en continu couplés dans des enceintes creuses appelées sphères d'intégration comme sources pour tester la réponse des capteurs à des incertitudes aussi faibles que 0,1 %.

Le NIST a également participé à l'étalonnage des bandes infrarouges ABI, à l'aide d'un radiomètre cryogénique portable (le radiomètre à transfert infrarouge thermique NIST, TXR) pour un test de 3 semaines dans une chambre à vide à Rochester. Le personnel du NIST a mesuré la source infrarouge standard (IR) (une source infrarouge à corps noir) pour s'assurer qu'elle correspondait à l'échelle du NIST.

La plupart des bandes GOES sont relativement étroites. Bande 1, la bande visible bleue, important pour détecter la fumée et les aérosols, ne couvre que les longueurs d'onde de 450 nm à 490 nm. Bande 3, le groupe "végétarien", qui détecte l'état de la végétation ainsi que les nuages ​​diurnes, brouillard, aérosols, et les risques d'incendie et d'inondation, s'étend sur une plage tout aussi étroite de 846 nm à 885 nm. Bande 4, la bande "cirrus", couvrant le proche infrarouge de 1360 nm à 1380 nm, est particulièrement sensible aux hautes, de minces cirrus. Le degré de précision requis dans la réponse du capteur dépend de l'objectif de l'observation.

"Les mesures SIRCUS ont résolu un écart entre les longueurs d'onde centrales de bande modélisées et mesurées et les bandes passantes en faveur des résultats modélisés, " dit le scientifique du NIST Steve Brown, qui a effectué la plupart des mesures.

Un autre instrument clé à bord de GOES-R est le capteur d'irradiance extrême ultraviolet/rayon X (EXIS), qui suit les variations du rayonnement solaire à haute énergie qui ont un impact direct sur les conditions de la haute atmosphère terrestre, affectant la transmission radio et modifiant la température et les propriétés électriques de l'air à des altitudes supérieures à 85 km. Il surveille également le rayonnement causé par des événements tels que les éruptions solaires. Ces mesures aident à avertir des tempêtes périodiques de particules chargées qui soufflent sur le Soleil et peuvent menacer la qualité des communications mondiales, le système GPS, et d'autres ressources orbitales essentielles.

EXIS a été calibré à l'aide de l'installation de rayonnement ultraviolet synchrotron du NIST (SURF III) à Gaithersburg, MARYLAND, en tant que source calculable absolue de faisceaux de rayons X extrêmes (UV) et « doux ». Conçu et construit au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) de l'Université du Colorado, les instruments EXIS ont été calibrés sur une gamme de longueurs d'onde et d'intensités dans une enceinte sous vide à l'extrémité d'une ligne de lumière SURF III. En collaboration avec le personnel du NIST, il a fallu environ six semaines au scientifique principal d'EXIS, Frank Eparvier et à son équipe du LASP, pour terminer le travail.

SURF III est fréquemment utilisé pour tester et étalonner les capteurs pour les missions spatiales car il s'agit d'une source de rayonnement absolument précise à des longueurs d'onde spécifiques (avec des incertitudes inférieures à 1% dans la gamme de rayons X de 4 nm à 400 nm UV), et a une sortie linéaire qui peut varier sur 11 ordres de grandeur d'intensité. Il est important de vérifier la linéarité de l'EXIS sur une large plage. "Par exemple, pendant le cycle solaire de 11 ans, L'éclat UV peut varier d'un facteur 100, " dit Thomas Lucatorto, chef du groupe Rayonnement ultraviolet au Laboratoire de mesure physique du NIST.