Восход солнца… Вид сверху на линию Кармана.За этим все еще спорным определением скрывается более сложный вопрос, чем кажется: с какого момента мы «в космосе»? Где воздухоплавание превращается в космический полет?
Теодор фон Карман (1881-1963) - математик, инженер и физик, родился в Будапеште. Он всю свою карьеру работал над аэродинамической физикой в Европе, а затем эмигрировал в Соединенные Штаты в 1930-х годах, а затем стал в Калифорнии одним из великих физиков первых сверхзвуковых полетов. Однако, если многие из его работ и творений пережили его (он является одним из основателей очень известной Лаборатории реактивного движения), он наиболее известен благодаря знаменитой «Линии Кармана», которую очень часто определяют как граница космоса. И да, в его имени есть акценты, о которых все забывают.
Потерянный в космосе
Итак, с какого момента мы «в космосе»? Этот вопрос вызывает споры почти столетие, потому что он непростой. На самом деле наша атмосфера не действует как пузырь: нет физической границы или четко определенной зоны, из которой мы попадаем в космический вакуум. С увеличением высоты атмосфера становится все менее и менее плотной. На высоте нескольких километров над уровнем моря воздух невозможно дышать. Большинство самолетов не летают выше 13 км, потому что их реакторам нужен кислород для обеспечения их сгорания. Стратосферные шары не поднимаются выше 50 км.Но на этом атмосфера не заканчивается: за ней находится мезосфера, затем термосфера, которая простирается от примерно 85 км до более чем 650 км над уровнем моря. Да, даже там, наверху, все еще есть частицы в воздухе. И это простирается намного дальше. В 2018 году исследование показало, что вокруг… Луны, то есть в 384 000 км от Земли, есть очень редкие атмосферные молекулы!
Немного математики
Итак, у нас нет ответа на наш вопрос. Будет ли «космический вакуум» зависеть от атмосферного давления? Фон Карман, который работает над сверхзвуковыми самолетами, сам ищет определение и поэтому будет исходить из формулы для подъемной силы: L = 1 / 2pv²SCl, где L - подъемная сила, p - плотность воздуха. , v скорость самолета, S поверхность самолета и Cl коэффициент подъемной силы.Будьте уверены, формула не очень важна. Это, скорее, наблюдение: когда вы пилотируете самолет и хотите лететь на большей высоте, плотность воздуха уменьшается, поэтому вам нужно увеличивать скорость, чтобы поддерживать ту же подъемную силу (и избегать кувыркаться). Вы все еще читаете? Что ж. За исключением того, что в какой-то момент плотность воздуха будет настолько низкой, что, увеличивая его скорость, самолет фактически достиг того, что называется первой космической скоростью: он находится на орбите.
Что ж, линия Кармана - это высота поворота, с которой вам нужно достичь орбитальной скорости около 28 500 км / ч, чтобы создать подъемную силу (и избежать кувырка). Другими словами, это высота, выше которой человек покидаетаэронавтика говорить о космических полетах …
Земля видна с МКС, на высоте 400 км
Турбо-граница
Это вполне приемлемое определение, не правда ли? Но все не так просто, как кажется: теперь мы должны найти эту высоту. Основываясь на своих расчетах, Т. фон Карман первоначально предложил 83,6 км, что более или менее соответствует измерениям, установленным позже: на высоте около 85 км начинается турбопауза, область, где различные газы атмосферы трудно смешивать друг с другом. К сожалению, при изменении малых параметров расчет меняется и, следовательно, изменяется высота. «Границу космоса» сложно строить на плавающих числах … Сообщество требует произвольного ограничения! Фон Карман тогда предложил 300 000 футов или 91,5 км. Но выбранная высота благоприятствует круглому числу, более широкой публике:100 км над уровнем моря Так родилась «линия Кармана».Эта линия была немедленно принята Международной авиационной федерацией, которая использовала ее для различения аэронавтики и космонавтики. Для FAI даже параболический полет над линией Кармана делает из вас космонавта. Точно так же ракета, отправляющая полезную нагрузку ниже линии Кармана, выполняет атмосферный полет, а над ней становится суборбитальным (для параболы) или орбитальным полетом. Эта 100-километровая граница с тех пор широко используется и рассматривается широкой публикой как стандарт. Однако мы должны помнить, что он не имеет нормативной ценности, что имеет определенные последствия!
Между тем по ту сторону Атлантики …
Соединенные Штаты, например (великая астронавтическая нация, если таковая существует) не используют линию Кармана в качестве границы с космосом. Как по практическим, так и по политическим причинам эта страна решила использовать произвольную границу на высоте 50 миль над уровнем моря или 80,4 км. Это также создает небольшую путаницу, поскольку можно получить «крылья» американского астронавта, не будучи признанным таковым на международном уровне … Это особенно верно для некоторых пилотов американского самолета X -15, или экипажи ракетоплана Virgin Galactic, предназначенного для суборбитального туризма.Само определение Линии Кармана все еще обсуждается сегодня, с точки зрения престижа, но также и с правовой точки зрения (если самолет пролетает над вами по параболе на высоте 85 км, не так ли? в международном пространстве или в вашем воздушном пространстве?). И даже на физическом уровне: наименьшая круговая орбита была утверждена этой зимой на высоте 167 км, и японский спутник Цубамэ смог удержать ее только благодаря своим двигателям, потому что уже существует слишком большое атмосферное трение.
Придется ли нам когда-нибудь пересматривать копию и изменять Линию Кармана? Это не невозможно. Но со времен Спутника космос уже не последний рубеж …
