Wschód słońca… Widziany znad linii KarmánaZa tą wciąż kontrowersyjną definicją kryje się pytanie trudniejsze niż się wydaje: od kiedy jesteśmy „w kosmosie”? Gdzie aeronautyka przestaje być lotami kosmicznymi?
Theodore Von Kármán (1881-1963) jest matematykiem, inżynierem i fizykiem urodzonym w Budapeszcie. Swoją karierę spędził pracując nad fizyką aerodynamiczną w Europie, zanim wyemigrował do Stanów Zjednoczonych w latach trzydziestych, a następnie został w Kalifornii jednym z wielkich fizyków pierwszych lotów naddźwiękowych. Jeśli jednak przetrwało go wiele jego dzieł i dzieł (jest jednym z założycieli bardzo znanego Laboratorium Napędów Odrzutowych), najbardziej znany jest ze słynnej „Linii Kármána”, którą bardzo często określa się jako granica przestrzeni. I tak, jego imię ma akcenty, o których wszyscy zapominają.
Zagubieni w kosmosie
Kiedy więc jesteśmy „w kosmosie”? Pytanie to ożywia debaty od prawie wieku, ponieważ nie jest proste. Rzeczywiście, nasza atmosfera nie działa jak bańka: nie ma fizycznej granicy ani dobrze określonej strefy, z której znajdujemy się w próżni kosmicznej. Wraz ze wzrostem wysokości atmosfera jest coraz mniej gęsta. Kilka kilometrów nad poziomem morza nie można oddychać powietrzem. Większość samolotów nie lata powyżej 13 km, ponieważ ich reaktory potrzebują tlenu do spalania. Balony stratosferyczne nie wznoszą się powyżej 50 km na wysokość.Ale atmosfera na tym się nie kończy: za nią znajduje się mezosfera, a następnie termosfera, która rozciąga się od około 85 km do ponad 650 km nad poziomem morza. Tak, nawet tam na górze wciąż są unoszące się w powietrzu cząsteczki. A to sięga znacznie dalej. W 2018 roku badanie dowiodło, że wokół… Księżyca, czyli 384 000 kilometrów od Ziemi, znajdowały się bardzo rzadkie cząsteczki atmosfery!
Trochę matematyki
Nie mamy więc odpowiedzi na nasze pytanie. Czy „próżnia kosmiczna” byłaby zależna od ciśnienia atmosferycznego? Von Kármán, który pracuje na samolotach naddźwiękowych, sam szuka definicji i dlatego zacznie od wzoru na siłę nośną: L = 1 / 2pv²SCl z L dźwigiem, p gęstość powietrza , v prędkość samolotu, S powierzchnia samolotu i Cl współczynnik siły nośnej.Zapewniamy, że formuła nie jest bardzo ważna. Towarzyszy temu raczej obserwacja: kiedy pilotujesz samolot i chcesz latać na większej wysokości, gęstość powietrza spada, więc musisz zwiększyć prędkość, aby utrzymać tę samą siłę nośną (i unikać Zrobić fikołka). Nadal śledzisz? Dobrze. Tyle że w pewnym momencie gęstość powietrza będzie tak mała, że zwiększając prędkość, samolot faktycznie osiągnął tak zwaną pierwszą kosmiczną prędkość: znajduje się na orbicie.
Cóż, linia Kármána to wysokość obrotu, z której trzeba osiągnąć prędkość orbitalną, około 28 500 km / h, aby wygenerować siłę nośną (i uniknąć upadku). Innymi słowy, jest to wysokość, powyżej której opuszcza sięaeronautyka, żeby porozmawiać o lotach kosmicznych …
Ziemia widziana z ISS na wysokości 400 km
Granica Turbo
To całkowicie akceptowalna definicja, prawda? Ale sprawy nie są tak proste, jak się wydaje: teraz musimy znaleźć taką wysokość. Na podstawie swoich obliczeń T. Von Kármán początkowo zaproponował 83,6 km, co odpowiada mniej więcej pomiarom wykonanym później: na wysokości około 85 km rozpoczyna się turbopauza, region, w którym różne gazy atmosfery mają trudności ze zmieszaniem się ze sobą. Niestety, zmieniając małe parametry, zmienia się obliczenie, a tym samym zmienia się wysokość. Trudno jest oprzeć „granicę kosmosu” na liczbach zmiennoprzecinkowych… Społeczność domaga się arbitralnych ograniczeń! Von Kármán zaproponował wówczas 300 000 stóp, czyli 91,5 km. Ale wybrana wysokość faworyzuje okrągłą liczbę, bardziej ogólnie:100 km nad poziomem morza Narodziła się „Linia Kármán”.Linia ta została natychmiast przyjęta przez Fédération Aéronautique Internationale, która wykorzystała ją do rozróżnienia aeronautyki i astronautyki. Dla FAI nawet lot paraboliczny nad linią Kármána czyni z ciebie astronautę. Podobnie rakieta wysyłająca ładunek poniżej Linii Kármána wykonuje lot atmosferyczny, podczas gdy nad nią staje się lotem suborbitalnym (dla paraboli) lub orbitalnym. Ta 100-kilometrowa granica jest od tego czasu w powszechnym użyciu i jest uważana przez ogół społeczeństwa za standard. Musimy jednak pamiętać, że nie ma on wartości regulacyjnej, co ma pewne konsekwencje!
Tymczasem po drugiej stronie Atlantyku …
Na przykład Stany Zjednoczone (wielki naród astronautyczny, jeśli taki istnieje) nie używają Linii Karmána jako granicy kosmicznej. Ze względów praktycznych i politycznych kraj ten zdecydował się na użycie arbitralnej granicy znajdującej się 50 mil nad poziomem morza, czyli 80,4 km. Stwarza to również małe imbroglios, ponieważ możliwe jest uzyskanie „skrzydeł” amerykańskiego astronauty bez rozpoznawania ich na arenie międzynarodowej … Dotyczy to zwłaszcza niektórych pilotów amerykańskiego samolotu X -15, czyli załogi samolotu rakietowego Virgin Galactic dedykowanego turystyce suborbitalnej.Sama definicja Linii Kármána jest dziś nadal przedmiotem debaty, co reprezentuje pod względem prestiżu, ale także ram prawnych (jeśli samolot leci nad tobą w paraboli na wysokości 85 km, prawda? w przestrzeni międzynarodowej czy w Twojej przestrzeni powietrznej?). I nawet na poziomie fizycznym: najmniejsza orbita kołowa została zatwierdzona tej zimy na wysokości 167 km, a japoński satelita Tsubame mógł ją utrzymać tylko dzięki swoim silnikom, ponieważ tarcie atmosferyczne jest już zbyt duże.
Czy kiedykolwiek będziemy musieli przejrzeć kopię i zmienić linię Kármána? To nie jest niemożliwe. Ale od czasu Sputnika kosmos nie jest już ostatnią granicą …
