Op 19 november, 2016, Amerika's meest geavanceerde weersatelliet schoot in een baan om de aarde met zes nieuwe, ultramoderne instrumenten, drastisch verbeterde observatiemogelijkheden, en enkele cruciale NIST-kalibraties.

GOES-R (Geostationary Operational Environmental Satellite-R Series) is de eerste in de nieuwste generatie GOES-milieusatellieten, beheerd door NOAA in samenwerking met NASA. Wanneer het zijn shakedown-periode beëindigt, GOES-R zal de planeet vijf keer sneller kunnen scannen en met een vier keer hogere resolutie dan alle andere NOAA-satellieten, regionale weersgebeurtenissen volgen met afbeeldingen die zo vaak als elke 30 seconden worden bijgewerkt, en registreer continu de frequentie en locatie van blikseminslagen. Het zal ook ruimteweer monitoren dat de prestaties van navigatie- en communicatiesatellieten kan verstoren, evenals commerciële vliegtuigroutes en het elektriciteitsnet van het land.

Maar voordat ze konden worden goedgekeurd voor lancering, De zeer gevoelige sensoren en imagers van GOES-R moesten worden gekalibreerd en getest om te bewijzen dat ze konden voldoen aan de veeleisende missiespecificaties. NIST-wetenschappers speelden een sleutelrol in dat proces, zoals ze de afgelopen drie decennia voor andere satellieten hebben gedaan.

De Advanced Baseline Imager (ABI) is het belangrijkste instrument op GOES-R (omgedoopt tot GOES-16 toen het eind november een geostationaire baan bereikte) voor het observeren van het weer, oceanen, en het milieu. De radiometer - die golflengten en intensiteiten meet van het licht afkomstig van het aardoppervlak en de atmosfeer - registreert in 16 verschillende golflengtebanden, van infraroodstraling tot zichtbaar licht. (De huidige GOES-imager volgt vijf banden.) Omdat elk soort weer of omgevingsconditie zijn eigen kenmerkende golflengtehandtekeningen heeft, de mogelijkheid om drie keer zoveel banden te onderscheiden, zal een ongekend gegevensniveau opleveren voor het in beeld brengen van stormen en vuur, rook, spuitbussen, luchtkwaliteit, overstromingen, de gezondheid van de vegetatie, en nog veel meer.

NIST-wetenschappers zijn betrokken geweest bij NASA, NOAA, en aannemers in het ABI-project voor meer dan 10 jaar, van de eerste ontwikkeling van specificaties tot de kalibraties voorafgaand aan de lancering. Voor de laatste fasen van het proces, medewerkers van verschillende delen van NIST's Sensor Science Division reisden naar de faciliteiten van instrumentaannemer Harris in Fort Wayne, IN, en Rochester, NY, vaak weken achtereen.

Het testen en kalibreren van de ABI vereiste meerdere procedures om ervoor te zorgen dat de golflengten en intensiteiten die op de satellietsensoren zijn geregistreerd, nauwkeurig zijn en herleidbaar zijn tot NIST en dus tot het International System of Units (SI). Dit houdt in dat de ABI-metingen worden vergeleken met nauwkeurig bekende lichtbroninstrumenten en -standaarden.

Een deel hiervan werd gedaan met draagbare NIST-gekalibreerde radiometers; sommige werden gedaan bij NIST, inclusief tests van filtertransmissie. Veel werd geleverd door een reizende versie van NIST's afstembare, bronfaciliteit met een smalle golflengte genaamd Spectral Irradiance and Radiance Responsivity Calibrations Using Uniform Sources (SIRCUS). SIRCUS gebruikt continu afstembare lasers die zijn gekoppeld aan holle omhulsels, integrerende bollen genaamd, als bronnen om de respons van sensoren op onzekerheden van slechts 0,1% te testen.

NIST was ook betrokken bij de kalibratie van de ABI-infraroodbanden, met behulp van een draagbare cryogene radiometer (de NIST Thermal-infrared Transfer Radiometer, TXR) voor een test van 3 weken in een vacuümkamer in Rochester. NIST-medewerkers hebben de infraroodstandaard (IR)-bron (een infraroodbron van het zwarte lichaam) gemeten om er zeker van te zijn dat deze overeenkwam met de NIST-schaal.

Veel van de GOES-banden zijn relatief smal. Band 1, de blauwe zichtbare band, belangrijk voor het detecteren van rook en aerosolen, bestrijkt alleen golflengten van 450 nm tot 490 nm. Band 3, de "vegetarische" band, die de staat van de vegetatie detecteert, evenals wolken overdag, mist, spuitbussen, en brand- en overstromingspotentieel, strekt zich uit over een even smal bereik van 846 nm tot 885 nm. Band 4, de "cirrus"-band, die bijna-IR bestrijkt bij 1360 nm tot 1380 nm, is bijzonder gevoelig voor hoge, dunne cirruswolken. De vereiste mate van nauwkeurigheid in sensorrespons hangt af van het doel van de waarneming.

"De SIRCUS-metingen losten een discrepantie op tussen gemodelleerde en gemeten bandcentrumgolflengten en bandpassages ten gunste van de gemodelleerde resultaten, " zegt NIST-wetenschapper Steve Brown, die veel van de metingen heeft uitgevoerd.

Een ander belangrijk instrument aan boord van GOES-R zijn de Extreme Ultraviolet/X-ray Irradiance Sensors (EXIS), die variaties in de hoogenergetische straling van de zon volgt die rechtstreeks van invloed zijn op de omstandigheden in de bovenste atmosfeer van de aarde, radiotransmissie beïnvloeden en de temperatuur en elektrische eigenschappen van de lucht op hoogten boven 85 km veranderen. Het bewaakt ook de straling die wordt veroorzaakt door gebeurtenissen zoals zonnevlammen. Die metingen helpen waarschuwingen te geven voor periodieke stormen van geladen deeltjes die van de zon blazen en de kwaliteit van wereldwijde communicatie kunnen bedreigen, het GPS-systeem, en andere essentiële bronnen in een baan om de aarde.

EXIS is gekalibreerd met behulp van NIST's Synchrotron Ultraviolet Radiation Facility (SURF III) in Gaithersburg, MD, als een absoluut berekenbare bron van extreem ultraviolet (UV) en "zachte" röntgenstralen. Ontworpen en gebouwd aan de Universiteit van Colorado's Laboratory for Atmospheric and Space Physics (LASP), de EXIS-instrumenten zijn gekalibreerd over een reeks golflengten en intensiteiten in een vacuümbehuizing aan het einde van een SURF III-bundellijn. Werken met NIST-medewerkers, het kostte EXIS-hoofdwetenschapper Frank Eparvier en zijn team van LASP ongeveer zes weken om het werk te voltooien.

SURF III wordt veel gebruikt voor het testen en kalibreren van sensoren voor ruimtemissies omdat het een absoluut nauwkeurige stralingsbron is bij specifieke golflengten (met onzekerheden kleiner dan 1% in het bereik van 4 nm röntgenstraling tot 400 nm UV), en heeft een lineaire output die kan worden gevarieerd over 11 ordes van grootte in intensiteit. Het controleren van de lineariteit van de EXIS over een groot bereik is belangrijk. "Bijvoorbeeld, tijdens de 11-jarige zonnecyclus, UV-straling kan met een factor 100 veranderen, " zegt Thomas Lucatorto, leider van de Ultraviolet Radiation Group in het Physical Measurement Laboratory van NIST.