Den 19 november, 2016, Amerikas mest avancerade vädersatellit raketerade i omloppsbana med sex nya, toppmoderna instrument, dramatiskt förbättrade observationsmöjligheter, och några viktiga NIST -kalibreringar.

GOES-R (Geostationary Operational Environmental Satellite-R Series) är den första i den senaste generationen av GOES miljösatelliter, drivs av NOAA i samarbete med NASA. När den avslutar sin skakningsperiod, GOES-R kommer att kunna skanna planeten fem gånger snabbare och med fyra gånger högre upplösning än någon av NOAA:s andra satelliter, spåra regionala väderhändelser med bilder uppdaterade så ofta som var 30:e sekund, och kontinuerligt registrera frekvensen och platsen för blixtnedslag. Det kommer också att övervaka rymdväder som kan störa prestanda för navigations- och kommunikationssatelliter, samt kommersiella flygplanets rutter och landets elnät.

Men innan de kunde godkännas för lansering, GOES-R:s mycket känsliga sensorer och bildare måste kalibreras och testas för att bevisa att de kunde prestera enligt de krävande uppdragsspecifikationerna. NIST -forskare spelade en nyckelroll i den processen, som de har gjort för andra satelliter under de senaste tre decennierna.

Advanced Baseline Imager (ABI) är huvudinstrumentet på GOES-R (döptes om till GOES-16 när det nådde en geostationär bana i slutet av november) för att observera väder, hav, och miljön. Radiometern - som mäter våglängder och ljusintensiteter som kommer från jordens yta och atmosfär - registrerar i 16 olika våglängdsband från infraröd strålning till synligt ljus. (Den nuvarande GOES -kameran spårar fem band.) Eftersom varje typ av väder eller miljöförhållanden har sina egna distinkta våglängdssignaturer, möjligheten att urskilja tre gånger så många band kommer att ge en oöverträffad nivå av data för både bildstormar och eld, rök, aerosoler, luftkvalitet, översvämningar, vegetationens hälsa, och mycket mer.

NIST -forskare har varit inblandade i NASA, NOAA, och entreprenörer i ABI -projektet i mer än 10 år, från den första utvecklingen av specifikationerna till kalibreringarna före lanseringen. För de sista stadierna av processen, personal från olika delar av NIST:s Sensor Science Division reste till anläggningarna hos instrumententreprenören Harris i Fort Wayne, I, och Rochester, NY, ofta i veckor i taget.

Testning och kalibrering av ABI krävde flera procedurer för att säkerställa att våglängderna och intensiteterna som registrerats på satellitsensorerna är korrekta och spårbara till NIST och därmed till International System of Units (SI). Att göra det innebär att jämföra ABI -avläsningarna med exakt kända ljuskällans instrument och standarder.

En del av detta gjordes med bärbara NIST-kalibrerade radiometrar; en del gjordes på NIST, inklusive tester av filteröverföring. Mycket levererades av en resande version av NIST:s avstämningsbara, smal våglängd källanläggning kallad Spectral Irradiance and Radiance Responsivity Calibrations Using Uniform Sources (SIRCUS). SIRCUS använder kontinuerligt avstämbara lasrar kopplade till ihåliga kapslingar som kallas integrerande sfärer som källor för att testa sensorernas svar på osäkerheter så låga som 0,1%.

NIST var också involverad i kalibrering av ABI -infraröda band, med en bärbar kryogen radiometer (NIST termisk-infraröd överföringsradiometer, TXR) för ett 3-veckors test i en vakuumkammare i Rochester. NIST -personal mätte källan för infraröd standard (IR) (en svartkropps infraröd källa) för att säkerställa att den överensstämde med NIST -skalan.

Många av GOES -banden är jämförelsevis smala. Band 1, det blå synliga bandet, viktigt för att upptäcka rök och aerosoler, täcker endast våglängder från 450 nm till 490 nm. Band 3, "veggie" -bandet, som detekterar vegetationstillståndet samt moln under dagen, dimma, aerosoler, och brand- och översvämningspotential, sträcker sig över ett liknande smalt område från 846 nm till 885 nm. Band 4, "cirrus" -bandet, täcker nära IR vid 1360 nm till 1380 nm, är särskilt känslig för hög, tunna cirrusmoln. Den erforderliga graden av noggrannhet i sensorrespons beror på målet med observationen.

"SIRCUS -mätningarna löste en avvikelse mellan modellerade och uppmätta bandcentrumvåglängder och bandpassningar till förmån för de modellerade resultaten, "säger NIST -forskaren Steve Brown, som utförde många av mätningarna.

Ett annat viktigt instrument ombord på GOES-R är Extreme Ultraviolet/X-ray Irradiance Sensors (EXIS), som spårar variationer i solens högenergistrålning som direkt påverkar förhållandena i jordens övre atmosfär, påverkar radioöverföring och ändrar luftens temperatur och elektriska egenskaper på höjder över 85 km. Det övervakar också strålning som orsakas av händelser som till exempel solfacklor. Dessa mätningar hjälper till att ge varningar om periodiska stormar av laddade partiklar som blåser av solen och kan hota kvaliteten på global kommunikation, GPS -systemet, och andra väsentliga kretsande resurser.

EXIS kalibrerades med NIST:s Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility (SURF III) i Gaithersburg, MD, som en absolut beräknbar källa för extrem ultraviolett (UV) och "mjuka" röntgenstrålar. Designad och byggd vid University of Colorado's Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP), EXIS -instrumenten kalibrerades över en rad våglängder och intensiteter inom ett vakuumhölje vid slutet av en SURF III -strålning. Arbeta med NIST -personal, det tog EXIS -forskaren Frank Eparvier och hans team från LASP cirka sex veckor att slutföra arbetet.

SURF III används ofta för att testa och kalibrera sensorer för rymduppdrag eftersom det är en absolut exakt strålningskälla vid specifika våglängder (med osäkerheter lägre än 1% i intervallet från 4 nm röntgenstrålar till 400 nm UV), och har en linjär utgång som kan varieras över 11 storleksordningar i intensitet. Det är viktigt att kontrollera EXIS:s linjäritet över ett stort område. "Till exempel, under den 11-åriga solcykeln, UV -strålning kan förändras med en faktor 100, "säger Thomas Lucatorto, ledare för Ultraviolet Radiation Group i NISTs Physical Measurement Laboratory.