GOES

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現在運用中のGOES

GOES(ゴーズ、Geostationary Operational Environmental Satellite)は、1975年から利用を続けているアメリカ合衆国静止気象衛星シリーズである。通常は気象衛星として紹介とされるが、気象だけでなく太陽からのX線など地球を取り巻く環境を広く観測する人工衛星である。GOESはNASAが開発と打上げを担当し、アメリカ海洋大気庁(MOAA)によって運用されている。GOESは、基本的にアメリカ大陸上空の東西に1機ずつ配置され、西経75度にGOES-Eastが、西経135度にGOES-Westが配置されている。


観測機器[編集]

GOESの観測機器は大きく分けて4つある。

イメージャー
天気予報などで使われる雲画像は、この装置で観測する
サウンダー
大気の断面構造を観測する。米国海洋大気庁が運用している極軌道衛星NOAAシリーズのTOVSに似ている
宇宙環境モニター
プロトン、太陽X線、荷電粒子磁力を測定する
太陽X線イメージャー
太陽をX線波長帯で直接観測する

日本MTSATで言われるイメージャーは、GOESで使用されるイメージャーが基本型になっている。MTSATとの違いは観測する波長帯の違いがあり、GMSからGOESへの観測切り替えの際に、波長帯に依存する観測・統計要素をやむなく中止した。各機のイメージャーは、GOES-8以降がITT社製、対するMTSATでは、MTSAT-1Rがレイセオン社製、MTSAT-2がITT社製で、それぞれ画像のディテールなどに違いがある。 MTSATシリーズでは、打ち上げに失敗したMTSAT-1,待機モードにあるMTSAT-2はITT社製で、分解能はGOESシリーズと同じである。MTSAT-1Rは成功していた場合MTSAT-3となる衛星で、赤外領域の分解能は、MTSAT-2よりも高い分解能を持っている。

仕様[編集]

  • 最大寸法
    • 長さ:26.9 m
    • 高さ:5.9 m
    • 奥行:4.9 m
  • 質量
    • 打上げ直後(軌道上初期):2,105 kg (GOES 8-11)、2,270 kg (GOES 12)
    • 軌道上末期:977 kg (GOES 8-11)、1,042 kg (GOES-12)
  • 寿命
    • 約7年(7-11年)
  • 電力
    • 1126 W (最大)
    • 400 W (72分間) 衛星蝕運用時

イメージャー観測[編集]

GOES-7までは、衛星をスピンさせないと実質スキャン出来なかった。GOES-8以降、衛星に問題がない限り、地球側にイメージャーを向けられるようになったこと、箱形ユニット(モジュール)になったことで、スキャンミラーをある方向に調整して観測出来るようになったので、特定の地域だけ撮影することが出来るようになった。

サウンダー観測[編集]

サウンダーは、GOES-7まではVAS(Visible Infrared Spin Scan Radiometer (VISSR) Atmospheric Sounder)で観測し、イメージャーと同時に観測する方式だった。GOES-8からは、イメージャーとサウンダーの観測が独立して行えるので、イメージャー同様、特定地域の観測が出来るようになっている。

VASおよびVISSRでは、衛星自体がスピンしているので、スキャン開始位置を特定することが単純ではない。そこでスキャンミラーにランプの光を当て、スキャン開始位置を特定する方法がとられている。1981年に打ち上げられたGOES-5とGMS-2は、ランプの故障が原因で観測自体に露骨な影響を受けた。どちらもセンサー自体は同じメーカーが製造している。

イメージャーと違うところは、スペクトル線波長を観測するため、観測時間がイメージャーよりも遙かに長くなることである。

  • 参考:GOES-9が日本の気象庁にレンタルされた際、サウンダーによる観測は行われていたが、日本で使用されている信号方式(S-VISSR)と、GOESで使用される信号方式(GVAR)が異なるので、日本では受信されていても、配信の対象になっていない。

SEM観測[編集]

SEM(Space Environment Monitoring / Monitor)は、GOESの初号機から運用されている。 プロトン、荷電粒子、X線線量、磁力などの観測を行う。これらの情報は、電波擾乱、衛星の運用などに利用されている。

GOESシリーズの打ち上げ[編集]

衛星の名称 軌道 打ち上げ年月日 製造メーカー 状況
GOES-1(A) GEO 131°W 1975年10月16日 フォード・エアロスペース社 運用終了
GOES-2(B) GEO 107°W 1977年6月16日 フォード・エアロスペース社 運用終了
GOES-3(C) GEO 90°W 1978年6月16日 フォード・エアロスペース社 運用終了
GOES-4(D) GEO 135°W 1980年9月9日 ボーイング衛星開発センター 運用終了
GOES-5(E) GEO 75°W 1981年5月22日 ボーイング衛星開発センター 運用終了
GOES-6(F) GEO 135°W 1983年4月28日 ボーイング衛星開発センター 運用終了
GOES-G GEO 1986年5月3日 ボーイング衛星開発センター 打ち上げ失敗
GOES-7(H) GEO 83°W 1987年4月28日 ボーイング衛星開発センター 運用終了
GOES-8(I) GEO 162°E 1994年4月13日 フォード・エアロスペース社 運用終了
GOES-9(J) GEO 155°E 1995年5月23日 スペースシステムズ/ロラール 運用終了
GOES-10(K) GEO 60°W 1997年4月25日 スペースシステムズ・ロラール社 運用終了
GOES-11(L) GEO 135°W 2000年5月3日 スペースシステムズ・ロラール社 2011年12月16日軌道離脱
GOES-12(M) GEO 60°W 2001年7月23日 スペースシステムズ・ロラール社 2013年8月16日軌道離脱[1]
GOES-13(N) GEO 75°W 2006年5月24日 ボーイング衛星開発センター 2010年4月26日より運用
GOES-14(O) GEO 105°W 2009年6月27日 ボーイング衛星開発センター スタンバイ
GOES-15(P) GEO 135°W 2010年3月4日 ボーイング衛星開発センター 2011年12月6日より運用
GOES-R GEO 105°W 2015年 ロッキードマーティンスペースシステム 製作工程

※日付はすべて、アメリカ東部標準時(EST)。[2]

GOESシリーズ[編集]

スピン方式時代のGOES 4-7

GOES-7までは、衛星の姿勢を安定させるため、衛星自体を回転させて安定させる「スピン方式」が採用されていた。日本では、GMSシリーズがこれに該当(MTSAT以降は三軸制御方式に切り替え)。現在でもヨーロッパMETEOSATや、中国FY-2シリーズがこの方式。 GOES-8から、地球センサーで地球を捕捉してホイールで姿勢を制御する三軸姿勢制御方式が採用された。

GOES-1から3まで[編集]

スピン安定方式だった3号機までは雲の厚さや水蒸気量、高度毎の温度を測定する機能は持たず、VISSR(Visible Infrared Spin Scan Radiometer)のみで観測を行っていた。 4から7号機との違いとしては、地球方向にパラボラアンテナを指向させる機械式デスパンアンテナを有しておらず、電気的にアンテナを切り替えることで、電波を地球方向に指向させる電気式デスパンアンテナを採用していた。外観上はヨーロッパの第一世代の気象衛星メテオサットと似ている。

GOES-4から7まで[編集]

GOES-4から7号機もスピン安定方式を採用。日本もアメリカからこのタイプの設計を導入したため、ひまわり(GMS-1から5号)と外観が似ている。このシリーズより、VAS(Visible Infrared Spin Scan Radiometer (VISSR) Atmospheric Sounder)に切り替えられたため、高度毎の温度・湿度を測定する事が出来るようになったが、サウンダーは、イメージャーとは独立しておらず、同時に観測する方式だった

GOES-4までは順調に観測が行われていた。1981年に打ち上げられたGOES-5は、運用開始当初からVASの状態が良くなく、観測される画像に障害が出ていた。後に判明したのは、スキャン開始位置を特定するためのランプのフィラメントが切れたのが原因。この影響で画像の開始点を決定づける同期信号の抽出ができなくなり、観測画像が得られないことから、1984年6月29日に観測をやめている。GOES-6となる予定だったGOES-Gは、1986年に打ち上げられたが打ち上げに失敗。GOESの大西洋側・太平洋側の2器での観測が出来なくなり、衛星を移動させる等して綱渡りの運用を行うことになる。1990年代になって、GOES-8以降のイメージャー開発の遅延もあって、寿命末期にきていたGOES-4,GOES-6が相次いでダウン、1991年にはヨーロッパの気象衛星METEOSAT-3を借りて、大西洋側をMETEOSAT-3(50W)にて、太平洋側(83W)にGOES-7を配置して観測を行うことになる(GOES-8の運用開始までの間)。GOES-8の配備のよって、大西洋側・太平洋側での観測が行われた(GOES-9の運用開始まで)。

GOES-8[編集]

第二世代のGOES-M

GOES-8以降は三軸姿勢制御方式を採用し、設計が全面的に切り替えられた。サウンダーは、イメージャーと独立した観測装置として搭載されるようになり、観測精度が向上した。


大西洋側の西経75度に静止して観測を開始。このシリーズの最初となる。ハリケーン・アンドリューなど、大型の熱帯低気圧の観測で威力を発揮した。2003年1月に設計寿命10年に近づいたことからGOES-12と交代し、東経165度へ向けて移動、その年の5月に軌道離脱、全ての運用を終えた。

GOES-9[編集]

GOES-9は、三軸姿勢制御方式を使ったGOESシリーズの2号機である。 観測機能はGOES-8とほとんど変わりはない。

運用開始後に問題になったのが、撮像系(イメージャー)による可視画像でイメージャーおよび周辺機器からのノイズが大量に混入し、観測された画像の信頼性が低下した。特に夜間(日の出、日没前後)で顕著に現れた。 その後、姿勢制御を行うための、2台あるモーメンタムホイールの1台が運用できなくなったことから、1997年に打ち上げられたGOES-10と交代し、予備衛星として待機した。

1999年H-IIロケット8号機打ち上げ失敗に伴う日本の次期気象衛星(運輸多目的衛星)MTSATの運用開始の遅れのため、2002年頃には、老朽化していた日本のGMS-5(ひまわり5号)での観測の続行が困難となってきた。このため、日本の気象庁はNOAA(海洋大気庁)から、待機中のGOES-9を借り受け、2003年5月下旬から本格的な観測を開始した。

観測スケジュールは、NOAAがその当時、日本がMTSATで計画した観測スケジュールを採用する形でスケジュールを組み立て、そのスケジュールに、日本側の処理時間を組み入れた形で調整を加えて、運用を開始した。

2005年6月下旬より気象衛星としてMTSATの本格運用が始まったことから、2005年7月中旬には日本におけるGOES-9からの観測データの受信は停止した。日本がMTSATの本格運用を開始した後も、米国海洋大気庁が独自で観測を続け、台風シーズンがほぼ終息した2005年11月19日に一部の機能(救難捜索用通信機能)を残して観測を停止、2007年6月14日から15日(世界時)にかけて、衛星の全機能を停止させて運用を終えた。

気象庁は、この代替運用中、GOES-9の愛称を「パシフィックゴーズ」としたが、「ひまわり」ほど一般的に広まることはなかった。

GOES-10[編集]

GOES-9のピンチヒッターの役割を担って、太平洋側で観測。エルニーニョなどの監視に貢献している。2006年5月に、設計寿命に近づいたこともありGOES-11に交代。南アメリカの気候監視支援のため、西経60度に向けて移動し、南米の観測を24回/日で観測を行った。寿命末期となり2009年12月1日に軌道離脱した。

GOES-12[編集]

2001年に打ち上げられた衛星。GOES-12で初めてSXIイメージャーが搭載された。太陽をX線波長帯で直接観測出来るもので、太陽活動を常時監視する。

2003年10-11月にかけて大規模に太陽面爆発(X28のフレアーが観測された)発生した際、その直後からSXIイメージャーの一部故障。2006年9月に入ってフィルター制御系に障害発生し、イメージャー観測が出来なくなっているが、2006年10月頃から、テストモードで観測を再開したものの状態は良くなく、2007年4月19日より、SXIイメージャーによる観測を中止している。

2007年12月4日には、姿勢制御中に一台のスラスターから推進剤が漏れ姿勢制御が出来なくなった(後に当該スラスターへ供給するバルブを閉じ、使用できなくした)。この事故から姿勢制御が出来なくなり漂流、翌日(5日)からおよそ2週間の間、南アメリカ観測支援中のGOES-10に大西洋側の観測を一時的に肩代わり観測を実施。その間に原因究明を行った結果、LATVBが原因と言うことで使用しない措置を講じた。12月11日より正規位置に戻す姿勢制御を実施し、12月17日より運用を再開した。その後の調査で、推進剤供給ライン自体に深刻な問題を抱える結果になった。2008年12月14日には当初の予定では、姿勢制御を行う予定であったが、開始前にスラスターから推進剤漏れ出し中止となった。翌日から待機衛星として西経105度にあるGOES-13がGOES-12に代わって観測と、関係するデータの配信運用を開始している。2009年1月5日15UTCより、観測・データ配信を再開している。 姿勢制御用の推進剤が漏れるため、運用計画を変更GOES-10が観測していた、南アメリカ向け観測に移行させる。2010年4月に大西洋側の観測をGOES-13に移行、2010年5月中旬から南アメリカ観測を観測していたが、2013年8月16日に軌道離脱した[1]

GOESシリーズ今後の展開[編集]

大西洋側で運用のGOS-13

GOES-N/O/Pシリーズ[編集]

GOES-N(後にGOES-13)は、試験を兼ねながら運用を開始した。 基本体系は、GOES-8-12を継承しているが、GOES-12で初めて搭載されたSXIイメージャーが全てに搭載される。衛星はボーイング社が開発・製造する。当初4機製作し打ち上げる予定であったが、2006年現在3機打ち上げに変更された。理由はGOES-Rシリーズの打上時期と重なってしまうため。電力も大幅にアップし、現在使用される電力は最大2kWクラス、衛星蝕時でも維持出来るよう、バッテリー容量も大幅にアップしている。

GOES-O(後のGOES-14)は、当初予定より5か月遅れ2009年5月に打ち上げられた。2010年4月より宇宙環境観測を開始している以外、待機モードで運用されている。2010年にはGOES-P(のちのGOES-15)が打ち上げられ、性能試験を行っている段階でスタンバイモードで運用される。

GOES-N(GOES-13)[編集]

打ち上げから、太平洋側・大西洋側のGOESで問題が発生したときのために待機していたが、GOES-12の推進剤漏洩があったことなどから、2010年4月14日よりイメージャー・サウンダーでの観測を開始し、4月26日より大西洋側での運用を開始した。GOES-12は、推進剤のリークが発生したことから、南アメリカ観測に移行する。 GOES-13の4月以降における障害は特に起きていない。

X線観測に障害を抱えているが、磁力観測やエネルギー荷電粒子の観測は行える状態にある。ただ、SXIイメージャーの障害(フレアーによるCCDセンサーが一部破壊されている)があるため、SXIイメージャーによる太陽表面観測は現在行われていない。SXIイメージャー観測はGOES-14(待機中)もしくはGOES-15(太平洋側)が定常観測を行っている。

GOES-O/P(GOES-14/15)[編集]

それぞれが打ち上げられ、前者が待機衛星として、後者は打ち上げ後の性能試験を続けている。GOES-14は、SEM/SXI による観測を本格的に開始した。これは、X線観測が殆どの衛星で障害が出ていることと、GOES-12/13で発生している障害で、太陽面の観測に支障が出ているためである。また、GOES 15も打ち上げられている。

GOES-NOPシリーズ 共通[編集]

  • 総全長:8.4m(太陽電池・本体含む)
  • 高さ:9.1m(本体・磁力計ブーム端)
  • 奥行:2.9m
  • 質量:3.2t(打上時)1.6t(末期)
  • 設計寿命:10年(運用8年)
  • 電力:2kW(運用時)1.95kW(最大72分 衛星蝕バッテリー運用)
  • 観測装置:光学観測装置(イメージャー)、特定波長大別観測(サウンダー)、 太陽X線画像観測装置(SXIイメージャー)、磁力計、、X線観測装置、 高エネルギー計測装置、荷電粒子観測装置、プロトン・α線観測装置

GOES-12までは、2個のアースセンサーで地球を捉え、姿勢制御を行っている(日本のMTSAT-1RとMTSAT-2もこの方式)。しかしながら、太陽光を浴びた場合に姿勢制御が甘くなる欠点があるため、GOES-Nシリーズから、より姿勢制御の精度を上げるため、極軌道衛星などで搭載されている「スター・トラッカー」を使用した、三軸姿勢制御方式を採用している。

イメージャーおよびサウンダーの性能は、運用中のGOES 9-12までと同じ性能(GOESシリーズでも波長帯に違いが見られる)である。分解能はGOES-O/Pでは、長波側の赤外画像で分解能が向上する。

X1フレアー発生直後のSXI画像

GOES-12から搭載されたSXIイメージャーは、今回マイナーチェンジが施された。画像の分解能はGOES-12と比べ、格段に向上。画像も3種類(AR = Active Region, FL = Flear, CS(Corona Stracture)。少なくとも太陽表面のコロナホールやフレアーの状態は、ほぼ常時に近い観測が出来るようになる。分解能はGOES-12と比べて精細度が非常に高く、イメージ的にはSOHOに近いディテールのような画像が得られる。2006年12月5日にあった太陽面爆発でCCDに障害が発生、撮影された画像の下側に横筋が残る。2009年2月に実施された性能確認観測でも、横筋が残っている。このような障害が出てはいてもSOHOなどの観測と併せて、宇宙環境の観測・予測に役立つと期待される。

GOES-R シリーズ[編集]

現在運用中のGOES-Nシリーズの運用が遅れたことから、NOAAは2016年頃にGOES-R[3]の打上げを計画している。GOES-Rシリーズは、これまでのGOESシリーズと異なり、観測機器が大幅に更新される。衛星の大きさは2006年に打ち上げられたGOES-Nシリーズより大型化、そして大容量の電力を要する。センサー類は、GOES-Nシリーズよりもパワーアップした形になる。製造はGOESでは初めて、ロッキードマーティンが製造する。

ABI(Advanced Baseline Imager)
現行(GOES 8-14)のイメージャーとサウンダーを発展させた観測装置。全球観測を5分で観測出来るようにする(従来は30分毎だった)。
波長帯も、現状の5chから格段に増やし16chを観測出来るようして、分解能を現状の4倍(縦横の分解能を、各2倍に引き上げる)にする。
Solar Ultra Violet Imager (SUVI)
Extreme Ultra Violet / X-Ray Irradiance Sensor (EXIS)
SEISS(Space Environmental In-Situ Suite)
現状のGOES-12、GOES-Nシリーズでのシステムを拡張して、X線短波長側も観測出来るようにする。
GLM(Geostationaly Lightning Mapper)
一部の極軌道衛星で搭載されている、雷光観測システムを静止衛星で観測出来るようにする。
磁力計
静止位置変更
太平洋側のGOES-WEST(現在は、GOES-11)がある西経135度から、GOES-Rシリーズから西経137度に変わる。
これはGOES-Rシリーズが使用する電波周波数が、近傍の衛星と干渉が発生するとされたことと、GOES-Nシリーズとの干渉も併せて発生することから、国際機関の調整によって静止位置が変わる。
GRB(GOES Rebroadcast)
衛星経由で送信しているGOESの観測した画像が大幅に変わる。チャンネル数が増加したことから転送速度を格段に速くする。GVARでは、2.1Mbpsでダウンリンクしているが、GRBでは17.2Mbpsまで速度が上がる。
GVARを受信している利用者への影響が大きすぎることと、GOES-RシリーズからGOES-Nシリーズに急遽切り替える様なことが生じた場合の対策として、各チャンネルの画像のうち一部のチャンネルを抜き、直接衛星で受信している利用者へ配信するEGVAR(Emmurated GVAR)が配信される。EGVARは現行のGVARと互換性を持たせてあるので、これまでのGVAR受信設備でも、GOES-Rシリーズから受信することが出来る。転送速度などに違いが生じることから、何らかの改造が必要になる。

一覧[編集]

形式 打ち上げ日時 (UTC) ロケット 射場 経度 初観測 状態 引退 備考
打ち上げ時 運用時

SMS-派生衛星[編集]

GOES-A GOES 1 1975年10月16日, 22:40 デルタ 2914 CCAFS LC-17A 1975年10月25日 引退 1985年3月7日[4]
GOES-B GOES 2 1977年6月16日, 10:51 デルタ 2914 CCAFS LC-17B 60°W 引退 1993年[5] 1995年に通信衛星として復帰,[5] 最終的に2001年5月に停止
GOES-C GOES 3 1978年6月16日, 10:49 デルタ 2914 CCAFS LC-17B 引退 1993年[6] 1995年に通信衛星として復帰,[6] 現在も運用中

第一世代[編集]

GOES-D GOES 4 1980年9月9日, 22:57 デルタ 3914 CCAFS LC-17A 135°W 引退 22年11月, 1988年月日[7]
GOES-E GOES 5 1981年5月22日, 22:29 デルタ 3914 CCAFS LC-17A 75°W 引退 1990年7月18日[8]
GOES-F GOES 6 1983年4月28日, 22:26 デルタ 3914 CCAFS LC-17A 136°W[9] 引退 1989年1月21日[9]
GOES-G N/A 1986年5月3日, 22:18 デルタ 3914 CCAFS LC-17A 135°W (予定) N/A 失敗 71秒後に破壊 打ち上げ失敗[10]
GOES-H GOES 7 1987年2月26日, 23:05 デルタ 3914 CCAFS LC-17A 75°W, 112°W, 105°W, 95°W 引退 1996年1月[11] Peacesatとして運用、2012年4月に軌道離脱[12]

第2世代[編集]

GOES-I GOES 8 1994年4月13日, 06:04 アトラス I CCAFS LC-36B 75°W 1994年5月9日 引退 2004年5月4日[13] 墓場軌道
GOES-J GOES 9 1995年5月23日, 05:52 アトラス I CCAFS LC-36B 135°W, 155°E 1995年6月19日 引退 2007年6月14日[14] 墓場軌道
GOES-K GOES 10 1997年4月25日, 05:49 アトラス I CCAFS LC-36B 135°W, 65°W 1997年5月13日 引退 2009年12月1日[15] 墓場軌道
GOES-L GOES 11 2000年5月3日, 07:07 アトラス IIA CCAFS SLC-36A 135°W 2000年5月17日 引退 2011年12月16日[16] 軌道離脱
GOES-M GOES 12 2001年7月23日, 07:23 アトラス IIA CCAFS SLC-36A 60°W 2001年8月17日 運用終了 南アメリカ観測を終了、2013年8月16日離脱[1]

第3世代[編集]

GOES-N GOES 13 2006年3月24日, 22:11 デルタ IV-M+(4,2) CCAFS SLC-37B 75°W 2006年6月22日 運用中 GOES East
GOES-O GOES 14 2009年6月27日, 22:51 デルタ IV-M+(4,2) CCAFS SLC-37B 105°W 2009年7月27日 待機 軌道上で予備機
GOES-P GOES 15 2010年3月4日, 23:57 デルタ IV-M+(4,2) CCAFS SLC-37B 89.5°W 2010年4月7日 運用中 GOES West
打ち上げ予定

第4世代 (GOES-NEXT)[編集]

GOES-R 2015年9月 EELV CCAFS
GOES-S 2017年2月 EELV CCAFS
GOES-T EELV CCAFS オプション
GOES-U EELV CCAFS オプション

参照[編集]

    関連項目[編集]

    外部リンク[編集]