地球靜止軌道環境業務衛星系列——GOES

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作者：陳趙峰

中國科學院國家空間科學中心 空間環境研究預報室

GOES系列衛星由美國國家海洋與大氣局（NOAA)管理，用於天氣預報、空間環境監測等業務和氣象學的研究，為地球同步軌道衛星。GOES採用雙星運行機制，雙星分別定位於135°W和75°W赤道上空，覆蓋範圍為20°W~165°W，約佔全球面積的1/3面積，可以每天24小時連續對西半球上空進行氣象觀測。GOES衛星算得上是個大家族，至今已經發展了三代，從最早的SMS衍生系列到第二代共計十五顆。GOES-1衛星於1975年10月16日在美國卡納維拉爾角空軍基地發射，衛星重294千克。SMS衍生系列（GOES-1~3）和第一代（GOES-4~7）為自旋穩定衛星，都裝載了可見光/紅外掃描輻射計和大氣探測器。1994年4月13日首顆第二代業務衛星GOES-8發射成功，它採用了三軸穩定系統。最新的一顆GOES系列衛星是於2016年11月19日發射的GOES-16。GOES雖然屬於氣象衛星系列，但從GOES-1開始的每顆衛星都搭載了空間環境監測器SEM子系統，2001年7月23日發射的GOES-12開始攜帶用於監視太陽大氣層的太陽X射線成像儀SXI。

GOES衛星所處的地球同步軌道位於赤道面上高度約為36000公里處，該軌道上的衛星與地球的相對位置不變，並且數據可連續、穩定、實時下行，是空間衛星的高密度區，同時也是監測太陽風暴與近地空間環境的理想平台。該區域的空間環境受太陽活動影響非常大，當強太陽風時，磁層被壓縮，地球同步軌道區完全暴露在太陽宇宙線、高速太陽風之中。在磁暴或亞暴時，從磁章節附註入的高溫等離子體也使得該區域成為航天器異常的高發區。如此惡劣的空間環境也彰顯了GOES衛星的「英雄」本色，在過去的三十多年中，GOES衛星已成為國際上開展同步軌道空間環境探測的典型代表，出色的完成了人類賦予它的使命。

GOES探測的內容涉及到太陽活動、空間帶電粒子和空間磁場三部分。GOES衛星監測數據是美國空間天氣預報中心SWPC給出當前空間天氣情況和發布空間環警報的重要依據，如利用GOES-13提供的質子通量數據，GOES-13，15提供的電子通量和磁場的水平分量數據，繪製成圖，進行實時發布。同樣地球同步軌道的太陽質子事件警報的數據來源也是GOES衛星能量大於10MeV的五分鐘平均高能質子通量。此外，國際上廣泛採用的利用1~8埃軟X射線輻射強度對X射線耀斑進行定級，參照的正是GOES衛星觀測的軟X射線峰值流量的量級。

空間環境監測器SEM主要用於測量X射線與極紫外波段的太陽輻射，同步軌道處的磁場和高能粒子環境，包括三個儀器組：X射線和極紫外射線探測儀XRS/EUV，它由一個數字處理器控制的2通道X射線探測器和5通道極紫外探測器組成，用於測量近地軌道處的射線環境；能量粒子探測器和高能質子、阿爾法粒子探測器EPS/HEPAD，主要測量起源太陽而被地磁場捕獲的高能質子、電子和阿爾法粒子通量；磁力儀組MAGNETOMETERS，由兩台磁力儀組成，分別測量衛星所處區域磁場的三個正交分量。太陽X射線成像儀SXI由洛克西德馬丁公司太陽與天體物理實驗室研製，旨在通過X射線監測太陽耀斑活動，及時地發布警報，降低太陽風暴給人類生活帶來的影響。它由集成於控制台上一個CCD探測器和一個望遠鏡組成。

X射線和極紫外射線監測範圍

GOES-14的結構圖

當地時間2016年11月19日，新一代的GOES系列衛星的第一顆衛星GOES-16，由「宇宙神-5號」火箭在佛羅里達州卡納維拉爾空軍基地將其送入太空。GOES-16搭載的設備有空間環境監測儀、磁力計、極紫外/X射線輻射感測器、太陽紫外成像儀等。與其他GOES衛星相比，GOES-16在太陽X射線、太陽耀斑、日冕物質拋射方面的監測精度有很大提高。GOES-R系列的第二顆衛星GOES-S計劃於2018年3月發射升空。

作者：陳趙峰

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