Přelety družic na ePaperu. SkyEink spočítá, co dnes v noci opravdu uvidíte

Přelety ISS a dalších družic se dají najít na Heavens-Above. Musíte si ale stránku otevřít a taky zjistit, jaká bude zrovna oblačnost, abyste něco viděli.

SkyEink je chytrý displej pro výpočet přeletů družic a jejich zobrazení. U každého přeletu, který dnes v noci uvidíte pouhým okem, je čas, směr, výška nad obzorem a jasnost. Vedle je hodinová předpověď oblačnosti, dole planety a fáze Měsíce.

Data stahuje jednou denně a zbytek času spí. Pět minut před přeletem se probudí a ukáže dráhu družice na obloze.

Desku Inkplate 5 Gen2 poskytl Botland.cz. Firmware jsem psal s Claude AI, kód je pod MIT licencí na GitHubu.

Co umí

Přelety družic. Do seznamu se dostane jen přelet, který jde opravdu vidět. Družice musí být osvětlená Sluncem, u vás už musí být po soumraku a odhad jasnosti musí být pod nastavenou mezí. Bez těchhle podmínek dostanete stovky položek a okem z nich uvidíte pět.

Oblačnost po hodinách. Nejjasnější přelet ISS je vám pod mraky k ničemu. Proto je pás oblačnosti úplně nahoře a pod ním teplota a srážky. Data bere z Open-Meteo.

Planety a Měsíc. Počítají se přímo v ESP32, bez internetu. Když vypadne WiFi, ESP32 je schopné přepočítat přelety i bez denních aktualizací.

Co potřebujete

Základ je Soldered Inkplate 5 Gen2. Je na ní ESP32-WROVER, panel 1280×720 s osmi odstíny šedi, RTC se záložní baterií, slot na microSD a nabíječka LiPo. Pájet nemusíte nic.

Inkplate 5 Gen2 jsem použil z předchozího projektu spektrálního analyzátoru.

K tomu akumulátor LiPo s konektorem JST-PH 2,0 mm (doporučuju 1200 mAh a víc), datový USB-C kabel a WiFi na 2,4 GHz. MicroSD kartu na FAT32 doporučuju taky. Bez ní se data uloží do interní flash, ale s kartou máte klid.

Proč tento ePaper

Zařízení na baterii vydrží měsíce, má skvělé pozorovací úhly a hlavně nesvítí. Nic vás v noci neozařuje a hodí se to jak na stěnu, tak i na poličku nebo stůl.

Nahrání firmwaru trvá minutu

Arduino IDE ani knihovny nepotřebujete. Stačí prohlížeč.

1. Na GitHubu v sekci Releases stáhněte skyeink_vX.bin.
2. Připojte desku USB-C kabelem k počítači. Musí to být datový kabel, s nabíjecím ji počítač neuvidí.
3. Otevřete esp32flasher.chiptron.cz v Chrome, Firefox nebo Edge. Safari Web Serial neumí.
4. Vyberte soubor, klikněte na připojení a zvolte sériový port desky.
5. Spusťte flashování a počkejte, až doběhne.

Nastavení

Po restartu naskočí konfigurační přístupový bod. Na displeji je jméno sítě, heslo a QR kód. Připojíte se telefonem, otevřete http://192.168.4.1 a vyplníte WiFi, jazyk a souřadnice.

Souřadnice zadejte přesně. Družice na nízké dráze letí 7,5 km/s, takže když se spletete o padesát kilometrů, vyjde jiný čas i jiný směr. Nejrychleji je najdete na mapy.cz přes pravé tlačítko.

Stránka má tři záložky: základní nastavení, přelety a tabulku jasnosti. V tabulce si upravíte, jakou magnitudu firmware přiřadí jednotlivým typům objektů. U každé položky je krátká nápověda. Mělo by vám ale stačit výchozí nastavení 🙂

Rozhraní je česky nebo anglicky a jazyk se přepne na webu i na displeji.

Deska má jedno uživatelské tlačítko. Krátký stisk spustí přepočet, podržení na pět sekund zapne konfigurační přístupový bod.

Co je na displeji

Obrazovky se přepínají samy podle výšky Slunce.

Noc

Nahoře je pás oblačnosti s devíti hodinovými sloupci. Mraky se plní shora dolů, protože odtud taky přicházejí. Pod každým sloupcem je hodina, teplota a srážky v milimetrech s pravděpodobností.

Uprostřed je tabulka přeletů: čas, objekt, směr, maximální výška, magnituda a délka přeletu. Nejjasnější přelet má šedé pozadí. Slabé přelety jsou šedým písmem, na ty bez dalekohledu nemá cenu chodit ven.

Dole je pás obzoru s planetami a vedle něj Měsíc se skutečnou fází.

Detail přeletu

Pět minut před přeletem se deska probudí a ukáže polární graf oblohy s dráhou družice, magnitudu, výšku a směr. Když družice vyjde nad obzor, displej se překreslí na „právě probíhá“. Minutu po zapadnutí se vrátí na přehled.

Hodiny v záhlaví neběží. ePaper se překresluje jen při změně, takže ukazuje čas posledního překreslení. Pro přesný čas se podívejte na mobil.

Den a stav

Přes den uvidíte nejbližší večerní přelet, oblačnost a časy soumraku. Stavová obrazovka naskočí sama, když se něco pokazí. Ukáže stáří dat, napětí baterie, časové pásmo a volné místo na kartě.

Dole na každé obrazovce je lišta se stářím dat a časem další aktualizace.

Jak pozná, co je opravdu vidět

Katalog má stovky objektů a jeden výpočet polohy přes knihovnu SGP4 trvá na ESP32 asi tři milisekundy. Výpočet všech by trval věčnost, takže výpočet jde po krocích.

Nejdřív geometrický předfiltr. Z roviny dráhy a její precese se spočítá, jestli se objekt nad vaše stanoviště za danou noc vůbec dostane. Třeba Hubbleův dalekohled má sklon dráhy 28,5° a z padesáté rovnoběžky nikdy nevystoupá nad 20°, takže vypadne hned.

Na to, co projde, se pustí nextpass() z knihovny Sgp4. Najde vzestup, maximum a západ.

Pak firmware přelet ořízne jen na úsek, kdy je družice osvětlená a Slunce je u vás aspoň 6° pod obzorem. Magnitudu počítá v nejvyšším bodě téhle osvětlené části. Družice, která maximum projde ve stínu Země, by jinak dostala jasnost, kterou nikdy neuvidíte.

Výsledek jsem porovnal s Heavens-Above. Večerní přelet ISS: SkyEink 19:39, maximum 65°, magnituda -3,6. Heavens-Above 19:41, 65°, -3,5. Druhý přelet: 56° a -3,3 proti 54° a -3,2. Výpočet na ESP32 není vůbec zlý 🙂

Elementy i spočítané přelety si ukládá na SD kartu. Když se probudí kvůli počasí nebo přeletu, nepočítá nic znovu a za 16 sekund zase spí.

Co jsem ošetřil v kódu

Celestrak dovolí jedno stažení na jednu aktualizaci dat. Platí to od letošního března. Druhý dotaz vrátí 403 a když to zkoušíte dál, skončíte se zablokovanou IP. Firmware proto stahuje nejvýš jednou denně a po 403 si nechá stará data.

V červenci došla pětimístná katalogová čísla. Nové objekty mají šestimístná a pro ty Celestrak TLE neposkytuje. Přešel jsem na CSV a dvouřádkové elementy si skládám až v desce. Kdo dnes staví projekt na TLE, bude mu za pár měsíců chybět většina nových družic.

Starlink má přes 9000 objektů. To jsou dva megabajty a přes hodinu počítání. Filtr proto už při stahování vybírá jen dráhy pod zhruba 500 km, tedy čerstvé řetězy, které ještě stoupají a jsou jasné. Provozní Starlinky na 550 km mají magnitudu +5 až +7, takže okem je stejně neuvidíte.

Open-Meteo je zdarma, ale pod licencí CC BY 4.0. Na nekomerční použití v pohodě, u čehokoli zveřejněného musíte uvést zdroj.

Někteří poskytovatelé blokují NTP (UDP port 123). Firmware si proto umí vzít čas z hlavičky Date v odpovědi HTTPS. Když neprojde ani to, použije čas z prohlížeče, ve kterém jste zařízení nastavovali.

Co se povedlo a co ne

Co se povedlo:

• Spotřeba. Firmware si vezme zhruba 4 mAh denně, takže na 2000mAh akumulátor to jsou měsíce.
• Nemusíte na nic sahat. Obrazovky se přepínají samy a na přelet se deska probudí sama.
• Planety, Měsíc a soumrak fungují i bez internetu.
• Stáří dat je vidět pořád.

Co mě štve:

• Napájecí indikační LED na desce. Je připojená napevno přes 1 kΩ, bere asi 0,4 mA a za den spotřebuje 10 mAh, tedy víc než dvakrát tolik co celý firmware. Kdo chtěl ještě lepší výdrž na jedno nabití, musí odpájet R35.

Závěr

Za mě je to zajímavý projekt – na internetu jsem podobných a komplexních zobrazovadel družic moc nenašel. Data jsou bezplatně ke stažení, ESP32 je dokáže dekódovat, chytře se stará o uspávání a probuzení v pravý čas.

Přepočet jsem porovnával s Heavens-Above a sedělo to nadmíru přesně 🙂

GitHub: github.com/petus/SkyEink
Flasher: esp32flasher.chiptron.cz
Data: celestrak.org, open-meteo.com