thumb|upright=0.8|Le satellite GOES-14 de deuxième génération en 2009.

La série de satellites (GOES) constitue la principale famille de satellites météorologiques circulant en orbite géostationnaire utilisés par le (NWS), le service météorologique national des États-Unis. Deux de ces satellites occupent en permanence des positions fixes au niveau de l'équateur d'une part au-dessus du continent américain (GOES-Est) et d'autre part au-dessus de l'océan Pacifique (GOES-Ouest). Ils fournissent un flux continu d'images en lumière visible et infrarouge qui permettent de reconstituer les principales caractéristiques de la fraction de l'atmosphère terrestre et des masses océaniques observables depuis leur latitude (environ un tiers de la surface du globe). Ces données sont utilisées pour la prévision météorologique (prévision par les météorologistes et prévision numérique du temps) et la recherche. Ces satellites emportent également des instruments qui fournissent des données de météorologie de l'espace (flux de particules produits par le vent solaire) et sur le champ magnétique terrestre.

Les satellites GOES sont développés et placés en orbite par l'agence spatiale civile américaine, la NASA. Ils sont financés et gérés par la NOAA, l'agence américaine spécialisée dans le recueil des données météorologiques. Cette dernière gère le segment terrestre et se charge de compiler et diffuser les données auprès des différents utilisateurs nationaux et internationaux. Le premier satellite GOES est lancé en 1975. Trois générations de satellites aux performances croissantes sont développés. Les satellites de troisième génération, dont le premier exemplaire, GOES-R (GOES-16), est placé en orbite en , est un engin spatial de plus de dont l'instrument principal ABI () fournit toutes les une image complète des caractéristiques de l'atmosphère du globe terrestre avec une résolution spatiale pouvant atteindre . Quatre exemplaires de cette série sont lancés. Le dernier de la série GOES est placé en orbite le . Le rôle des satellites GOES doit être repris progressivement par la famille des satellites GeoXO dont le déploiement doit débuter vers 2032.

Historique

Le premier satellite géostationnaire consacré aux observations météorologiques, SMS-1, est développé et lancé par la NASA. Un deuxième satellite SMS-2 aux caractéristiques identiques est développé et opéré par la NASA. Par la suite, l'initiative développement, la rédaction du cahier des charges et l'exploitation des satellites est reprise par la NOAA, agence gouvernementale dédiée à la collecte et à l'exploitation des informations météorologiques créée en 1970. Au sein de la NOAA, c'est la division (NESDIS) qui gère les satellites, collecte, traite et distribue les données fournies par ceux-ci. Les satellites suivants sont désormais baptisés GOES (). Le cahier des charges et le financement sont désormais du ressort de la NOAA mais le développement du segment spatial est pris en charge par la NASA.

Le premier satellite de la série GOES, GOES-1 est placé en orbite en 1975. Il fait partie d'une sous-série qui comprend trois satellites identiques aux SMS (GOES-1 à GOES-3 lancés entre 1975 et 1978) aux performances limitées. Il est stabilisé par rotation et ne peut effectuer des observations que durant 10 % de son temps. Les données fournies sont en deux dimensions (pas de sondage vertical de l'atmosphère). Il ne fournit aucune indication de l'épaisseur des nuages, de la proportion de vapeur d'eau, des variations de température selon l'altitude.

La génération suivante (GOES-4 à GOES-7 lancés entre 1980 et 1987) permet d'obtenir des profils verticaux de température et d'humidité. Les données recueillies permettent de fournir aux météorologues une image plus précise de l'intensité et de l'étendue des tempêtes, de détecter plus rapidement les évolutions et de prévoir des phénomènes comme le brouillard, les gelées, les tempêtes de poussière, les crues subites et les tornades. Toutefois les caméras et le sondeur atmosphérique utilisent la même optique ce qui ne permet pas aux deux instruments de recueillir des données simultanément.

GOES-I (GOES-8), lancé en 1994, est le premier exemplaire d'une nouvelle génération de satellites aux caractéristiques fortement améliorées sur tous les plans : résolution spatiale, quantité de données collectées et continuité de la collecte. La masse de l'engin spatial est multipliée par trois passant de 800 à . Cette série comprend quatre exemplaires lancés entre 1994 et 2001. L'amélioration des performances découle en partie de deux modifications : le satellite est désormais stabilisé sur trois axes (son orientation est fixe dans l'espace) et les deux principaux instruments, la caméra (imageur) et le sondeur atmosphérique disposent chacun de leur optique ce qui permet un fonctionnement en parallèle. Les images prises sont situées avec une meilleure précision ce qui permet d'améliorer les prévisions des événements dangereux comme les orages et les tornades. Les observations programmées peuvent être interrompues pour se concentrer sur le suivi d'événements météorologiques locaux dangereux nécessitant des prévisions à court terme.

La NASA et la NOAA tentent au cours de la période 1992-1995 de définir une version entièrement nouvelle des satellites GOES. Mais ils constatent qu'il faut près d'une décennie pour concevoir, développer et fabriquer la nouvelle génération de satellites météorologiques géostationnaires. Aussi décident ils de prolonger la version existante. Les satellites GOES-13 à GOES-15, placés en orbite entre 2006 et 2010, constituent une simple évolution de la série précédente caractérisées par une meilleure résolution spatiale dans certaines longueurs d'onde.

Le satellite GOES-R (GOES-16) placé en orbite en constitue le premier exemplaire de troisième génération qui est envisagée dans les années 1990. L'établissement de ses spécifications débute en 2000. En 2001, les utilisateurs réunis à Boulder au Colorado, figent le cahier des charges qui prévoit des améliorations substantielles de la résolution spatiale, de la couverture et de la résolution spectrale, du taux de rafraîchissement des données et de la sensibilité radiométrique. La durée de vie est portée de 10 à . La NASA sélectionne le constructeur Lockheed Martin en 2008 pour la construction de deux satellites plus deux autres en option. Le constructeur propose d'utiliser sa plate-forme A2100 déjà largement déployée sur des satellites de télécommunications placés en orbite géostationnaire. Le satellite doit avoir une masse à sec de et disposer en fin de vie d'une puissance électrique de . En , le satellite passe la revue critique de définition. Le premier exemplaire de la série, GOES-R (GOES-16) est placé en orbite en . Le deuxième exemplaire, le satellite GOES-17 (GOES-S) est lancé début .

Mise en œuvre

Les données dans le visible et l'infrarouge provenant des satellites GOES sont interprétées par les météorologistes pour repérer les systèmes météorologiques et la structure de l'atmosphère. En temps réel, ils peuvent suivre à court terme l'évolution de dépressions, ouragans, orages ; ce qui permet d'émettre des avertissements ou des alertes. Grâce aux mesures de température par satellite, de vents et d'humidité venant des satellites GOES, qui sont injectées dans les modèles numériques de prévision, des cartes d'évolution de ces systèmes sont produites. Elles servent aux météorologistes dans la prévision à plus long terme et permettent de tenir un registre de température.

En mode recherche, les données accumulées sur des événements marquants comme l'ouragan Hugo en 1989 et les tornades du Midwest américain, peuvent conduire à une amélioration des techniques de prévision et des modèles.

Les satellites GOES sont placés en orbite géostationnaire à de la surface de la Terre. Ils sont stationnés au-dessus d'un point particulier afin de couvrir en continu la même portion du globe par jour. La série a connu plusieurs générations, la présente génération commence par le satellite GOES-I. Les premiers satellites GOES pèsent environ alors que la génération construite en 2011 dépasse les .

Ces satellites sont stabilisés et pointent leurs instruments en permanence vers la Terre en continu grâce à un système de gyroscopes à trois axes. La mission principale de ces satellites étant la météorologie, ils transportent deux types de capteurs : Un radiomètre imageur qui peut capter plusieurs longueurs d'onde du spectre électromagnétique dans le visible et l'infrarouge. Un sondeur qui effectue à distance un sondage aérologique de l'atmosphère terrestre pour en tirer la structure de température et d'humidité.

Ces capteurs prennent un certain temps pour acquérir les données sur la partie du globe qu'ils regardent. Chaque partie est sondée selon la résolution des instruments qui est actuellement de sous le point satellitaire et diminue en allant vers les bords du disque terrestre à cause de l'angle de visée.

Actuellement, les satellites GOES fournissent une série d'images toutes les mais en limitant la zone couverte, la fréquence peut être augmentée pour atteindre une série toutes les et demie. Lorsqu'un ouragan ou une tornade frappe l'Amérique du Nord, c'est cette fréquence qui est requise, ce qui oblige à limiter la fenêtre de données au sud du Canada, aux États-Unis et aux Antilles NOAA plans shift in geostationary satellite orbit to improve weather forecast coverage over South America du Magazine publié par la NOAA, 2006., la majorité de l'Amérique du Sud n'étant plus couverte que toutes les trois heures. Comme cette situation se produit 40 % du temps durant la saison des ouragans et des tornades, le satellite GOES-10 est positionné au-dessus de l'Amazone en pour y remédier, à condition que GOES-N fonctionne normalement pour prendre sa place.

Certains instruments secondaires font partie de l'appareil. On note le système de collection de données, le système de transmission et le système de surveillance des conditions d'opérations. Ce dernier suit les fonctions vitales du satellite grâce à un magnétomètre, un détecteur de , un détecteur de protons énergétiques et un détecteur de particules alpha. Finalement, les satellites GOES ont deux localisateurs de balises de détresse utilisé pour la recherche et sauvetage du centre de sauvetage de la US Air Force.

Caractéristiques techniques

+Principales caractéristiques des différentes versions de satellites GOES Caractéristiques GOES A-C (1-3) GOES D-H (4-7) GOES I-M (8-12) GOES N-P (13-15) GOES R-U (16-19)Génération Première génération + sondage atmosphériques verticaux Deuxième génération Évolution de la deuxième génération Troisième génération Date lancement 1975-1978 1980-1987 1994-2001 2006-2010 2016-2024 Constructeur Philco-Ford Hughes Space Systems/Loral Boeing Lockheed MartinPlateforme HS-371 SSL-1300 BSS-601 A2100A Masse (à sec) () () () () Durée de vie 10 ans 15 ans Attitude Stabilisé par rotation Stabilisé sur trois axesPrincipaux instruments VISSR VAS Imageur, Sondeur Imageur, Sondeur ABI, ABS Performances imageur Résolution spatial imageur 1 à Image de l'hémisphère toutes les 26 minutesPrécision pointage 42 microradians Résolution spatial imageur 0,2 à Image de l'hémisphère toutes les 5 minutesPrécision pointage 28 microradians

Première génération : satellites SMS