Fenomenalna wizualizacja Starlinka

Trafiłem na fantastyczną wizualizację powstającej właśnie konstelacji Starlinka. Liczba małych satelitów SpaceX zbliża się do 500. Z tej okazji Elias Eccli użył danych z Space-Track.org i obrobił je w Pythonie. Powstała animacja tak mnie zachwyciła, że postanowiłem poświęcić jej notkę.

Animacja śledzi okres od 17 listopada 2019 (pierwszy rzut “docelowych” Starlinków na orbitę), do 21 maja 2020, czyli na dzień przed siódmym lotem. Zatem w końcowej części widzimy rozkład około 360 satelitów. Kiedy powstaje ten tekst jesteśmy między siódmą a ósmą misją Starlinka. W przyszłym tygodniu ich liczba powinna sięgnąć 480.

Pewnie podobnie jak ja na początku zadajecie sobie pytanie “na co ja patrzę?”. Spieszę z pomocą...

Wszystkie wystrzelone do tej pory Starlinki znajdują się na orbitach o wysokości 550 km o inklinacji (nachyleniu) 53 stopni. Wyobraźmy sobie przekrój Ziemi w płaszczyźnie równika. Będzie to płaski, kolisty plasterek. Orbita o zerowym nachyleniu wysokości 550km byłaby okręgiem¹ o trochę większej średnicy. Jeśli ją nachylimy względem płaszczyzny równika, wtedy satelita krążący po niej będzie dwa razy przelatywał nad równikiem. Raz przesuwając się znad półkuli północnej, drugi przelatując znad południowej nad północną. Ten drugi punkt określa tak zwaną długość węzła wstępującego. I to właśnie widzimy na osi pionowej w animacji Eliasa.

Oś pozioma przedstawia natomiast to jak rozpropagowane na danej orbicie są Starlinki. Pamiętajcie, że to nie znaczy, że nieruchomo wiszą nad pojedynczym punktem Ziemi, wszystkie nieustannie poruszają się po orbicie, ale chodzi o to, by były na niej rozmieszczone w równych odstępach. Jeśli śledzicie starty lub obserwujecie Starlinka na niebie to kojarzycie, że tuż po starcie widać było jasny sznur punktów na niebie, który sukcesywnie się wydłużał - dokładnie to można obserwować na tej animacji.

Co więcej, wykorzystując naturalne zjawiska fizyczne SpaceX jest w stanie regulować długość węzła wstępującego. Dzięki temu za pomocą jednego startu 60 satelitów, mogą oni obsadzić aż trzy orbity. Czyli jeśli orbita po starcie jest tak ustawiona, że znajdujące się na niej Starlinki przelatują nad Singapurem z południa na północ, to nie potrzeba wiele, by po kilku dniach granicę półkul przekraczały nad Kuala Lumpur².

Co ciekawe, według wikipedii na każdej miały znajdować się 22 urządzenia, ale na ten moment orbity obsadzane są dwudziestoma. Jak widać na wykresie już teraz robi się tłoczno przy kilkunastu orbitach. Docelowo w tej pierwszej konstelacji krążyć ma około 1500 satelitów na 72 orbitach. W rzeczywistości jednak Ziemia jest ogromna i na każdego satelitę będzie przypadać jakieś 100 000 km^2 powierzchni, czyli przeciętna odległość³ między nimi będzie wynosić w okolicy 100km.

Ostatnia rzecz do wspomnienia to kolory punktów na animacji. Poza przypisaniem do poszczególnych startów Falcona 9, barwa punktów ciemnieje im wyżej na orbicie się znajdują - widać też, że im ciemniejsze, im bliżej docelowej wysokości 550km, tym wolniej się poruszają. Ten manewr - tzn zmiana wysokości orbity, to już efekt działania pokładowych silników jonowych.

Mam nadzieję, że to wytłumaczenie było klarowne i pomogło Wam docenić świetną robotę jaką wykonał Elias Eccli. Oczywiście nie uniknąłem szeregu uproszczeń, więc wspomnę o kilku najbardziej rażących, by uspokoić nadgorliwych.

1 - Tak, wiem - elipsą, ale staram się nie komplikować tekstu dla nie-nerdów ;)
2 - Tak, to jest kolejne uproszczenie, bo konstelacja jako całość ulega precesji więc
3 - Zmienność tej odległości jest spora, najbliżej siebie będą w okolicy biegunów, wciąż jednak będą to setki metrów. Ich pozycje są łatwe do przewidzenia więc uniknięcie kolizji będzie dość proste.


Źródła:
https://www.youtube.com/watch?v=857UM4ErX9A - Animacja Eliasa
https://www.youtube.com/watch?v=VyMGhUWkm5w - kanał Marcusa House
https://pl.wikipedia.org/wiki/TLE
https://pl.wikipedia.org/wiki/Elementy_orbitalne
https://en.wikipedia.org/wiki/Starlink