Representación 3D de las posiciones de la constelación de satélites Starlink

El propósito de esta entrada es realizar una representación gráfica de las posiciones, en una fecha actual, de la constelación de satélites Starlink lanzados por la compañía SpaceX, para proporcionar acceso por internet a amplias zonas del planeta.

In [1]:

# Importación de librerías

import plotly.graph_objects as go
import plotly.io as pio
import pandas as pd

In [2]:

from skyfield.api import Loader
load = Loader('./Datos')

Vamos a utilizar la función tle_file de Skyfield para descargar la lista de satélites activos del sitio web de CelesTrak. El resultado será la obtención de una lista de satélites (objetos EarthSatellite de Skyfield) en estado activo en el momento de hacer la descarga.

In [3]:

activos_url = 'http://celestrak.com/NORAD/elements/active.txt'
sats = load.tle_file(activos_url)
print('Cargados', len(sats), 'satélites')

Cargados 4165 satélites

Ahora reduciré la lista anterior seleccionando solo los satélites cuyo nombre comienza por "STARLINK":

In [4]:

starlinks = []
for s in sats:
    if s.name[0:8] == 'STARLINK':
        starlinks.append(s)

In [5]:

len(starlinks)

Out[5]:

1429

Es decir, a fecha de hoy (10 de Mayo, 2021), y según la web de Celestrak hay en órbita 1429 satélites Starlink activos.

El paso siguiente va a ser construir una serie de listas que contendrán la información que nos interesa de cada uno de estos satélites:

In [6]:

starlinks_n = [s.name for s in starlinks]    # Lista con los nombres de los satélites

In [7]:

starlinks_e = [s.epoch.utc_iso() for s in starlinks] # Lista con los "epoch" de los datos (TLE)

In [8]:

# fecha de hoy para tener la posición de todos los satélites en la misma fecha
ts = load.timescale()
hoy = ts.utc(2021, 5, 10)

In [9]:

# Coordenadas x, y, z de cada satélite en km en la fecha de hoy
starlinks_x = [s.at(hoy).position.km[0] for s in starlinks]
starlinks_y = [s.at(hoy).position.km[1] for s in starlinks]
starlinks_z = [s.at(hoy).position.km[2] for s in starlinks]

Con estas listas vamos a crear un dataframe de Pandas, lo que facilitará la construcción del gráfico con la librería Plotly:

In [10]:

df = pd.DataFrame(
    {'Nombre': starlinks_n,
     'Epoch': starlinks_e,
     'x': starlinks_x,
     'y' : starlinks_y,
     'z' : starlinks_z}
                 )

Se pueden examinar los primeros y últimos registros de este DataFrame para comprobar que ha sido construido correctamente:

In [11]:

df.head()

Out[11]:

	Nombre	Epoch	x	y	z
0	STARLINK-61	2021-05-10T04:02:23Z	3839.428357	-5323.109794	2068.889237
1	STARLINK-71	2021-05-10T08:53:26Z	4020.264215	-4039.770870	3864.679961
2	STARLINK-43	2021-05-10T04:02:43Z	-4707.691410	-3751.479374	3194.294125
3	STARLINK-64	2021-05-10T09:41:31Z	-817.425878	-6187.564658	-2385.929254
4	STARLINK-68	2021-05-10T03:29:21Z	2159.869495	-3798.847979	-5091.650109

In [12]:

df.tail()

Out[12]:

	Nombre	Epoch	x	y	z
1424	STARLINK-2514	2021-05-10T04:00:01Z	-3768.050684	5303.554782	1608.538739
1425	STARLINK-2511	2021-05-10T04:00:01Z	-3791.045106	5273.094387	1653.609366
1426	STARLINK-2518	2021-05-10T04:00:01Z	-3810.674476	5246.652343	1692.249698
1427	STARLINK-2470	2021-05-09T22:00:01Z	-3820.676998	5229.674199	1714.971748
1428	STARLINK-2441	2021-05-10T12:00:01Z	-3839.786990	5205.520247	1751.896358

Ahora se puede construir el gráfico. En primer lugar se va a cargar la figura Plotly que fué creada y salvada tal como se detalló en esta entrada de mi blog. A dicha figura le añadiremos un objeto gráfico de Plotly de tipo Scatter3D para representar los satélites como puntos en las coordenadas x, y, z del DataFrame

In [13]:

fig = pio.read_json('Datos/Tierra')
fig.add_trace(go.Scatter3d(x=df['x'], y=df['y'], z=df['z'],
             mode='markers', marker_size=2, marker_color='red',
             hovertext=df['Nombre'],hoverinfo='text'))
fig.update_layout(title_text='Constelación Starlink el 10/5/2021', title_x=0.5, 
                   title_xanchor='center', title_y=0.9,
                   title_font_color='white', title_font_size=18)

El gráfico anterior es un gráfico interactivo, que puede girarse y ampliarse con el ratón. Además, al posar el cursor sobre uno de los puntos se muestra el identificador del satélite correspondiente. Es interesante observar que algunos de estos satélites están dispuestos formando largas cadenas. Se trata de satélites que han sido lanzados en un mismo lote y que aún no han sido colocados en sus ubicaciones definitivas.