Kármánova linija: razumijevanje svega o granici između prostora i atmosfere

Izlazak sunca … Gledano iznad Kármánove linije
Iza ove još uvijek kontroverzne definicije krije se teže pitanje nego što se čini: od kada smo "u svemiru"? Gdje se aeronautika zaustavlja da bi postala svemirski let?
Theodore Von Kármán (1881.-1963.) Matematičar je, inženjer i fizičar rođen u Budimpešti. Karijeru je proveo radeći na aerodinamičkoj fizici u Europi prije nego što je 1930-ih emigrirao u Sjedinjene Države, a zatim je u Kaliforniji postao jedan od velikih fizičara prvih nadzvučnih letova. Međutim, ako ga prežive mnoga njegova djela i kreacije (jedan je od osnivača vrlo poznatog Laboratorija za mlazni pogon), najpoznatiji je po čuvenoj "liniji Kármán", koja se vrlo često definira kao granica prostora. I da, njegovo ime ima naglaske koje svi zaboravljaju.

Izgubljen u svemiru

Dakle, od kada smo "u svemiru"? Pitanje animira rasprave gotovo stoljeće, jer nije jednostavno. Doista naša atmosfera ne djeluje poput mjehura: ne postoji fizička granica ili dobro definirana zona iz koje se nalazimo u svemirskom vakuumu. Atmosfera je sve manja i manja gustoća kako se visina povećava. Na nadmorskoj visini od nekoliko kilometara zrak je neugodan za disanje. Većina aviona ne leti iznad visine od 13 km jer njihovim reaktorima treba kisik kako bi osigurali njihovo izgaranje. Stratosferski baloni se ne uzdižu iznad 50 km nadmorske visine.
No, atmosfera tu ne prestaje: tamo je mezosfera, zatim termosfera koja se proteže od približno 85 km do više od 650 km nadmorske visine. Da, čak i tamo gore, još uvijek ima nekih čestica u zraku. A ovo se proteže mnogo dalje. 2018. studija je dokazala da postoje vrlo rijetke atmosferske molekule oko … Mjeseca, tj. 384 000 kilometara od Zemlje!

Malo matematike

Dakle, nemamo odgovor na svoje pitanje. Bi li "svemirski vakuum" ovisio o atmosferskom tlaku? Von Kármán, koji radi na nadzvučnim zrakoplovima, sam traži definiciju, pa će stoga krenuti od formule za podizanje: L = 1 / 2pv²SCl s L podizanjem, p gustoća zraka , v brzina zrakoplova, S površina zrakoplova i Cl koeficijent dizanja.
Budite sigurni, formula nije jako važna. S tim je u vezi opažanje: kad pilotirate zrakoplov i želite letjeti na većoj visini, gustoća zraka se smanjuje, tako da morate povećati brzinu da biste održali isti lift (i izbjegavajte prevrtati se). Još uvijek pratite? Dobro. Osim što će u jednom trenutku gustoća zraka biti toliko mala da je povećavanjem brzine avion u stvari stigao do takozvane prve kozmičke brzine: nalazi se u orbiti.
Pa, linija Kármán je osovina nadmorske visine s koje morate postići orbitalnu brzinu, oko 28.500 km / h, da biste generirali podizanje (i izbjegli padanje). Drugim riječima, to je nadmorska visina iznad koje se napuštaaeronautike razgovarati o svemirskom letu …
Zemlja viđena s ISS-a, na nadmorskoj visini od 400 km

Turbo granica

To je sasvim prihvatljiva definicija, zar ne? Ali stvari nisu tako lake kao što se čine: sada moramo pronaći tu nadmorsku visinu. Na temelju svojih izračuna, T. Von Kármán u početku je predložio 83,6 km, što više-manje odgovara kasnije utvrđenim mjerenjima: oko 85 km nadmorske visine započinje turbopauza, regija u kojoj različiti plinovi atmosfere se teško međusobno miješaju. Nažalost, promjenom malih parametara izračunavanje se mijenja, a time i visina. Teško da se "granica prostora" temelji na plutajućim brojevima … Zajednica zahtijeva proizvoljno ograničenje! Von Kármán tada je predložio 300.000 stopa, odnosno 91,5 km. Ali odabrana visina favorizira okrugli broj, širu javnost:100 km nadmorske visine. Rođena je "linija Kármán".
Ovu je liniju odmah prihvatila Fédération Aéronautique Internationale koja ju je koristila za razlikovanje aeronautike i astronautike. Za FAI čak i parabolični let iznad Kármánove linije čini vas astronautom. Slično tome, raketa koja šalje korisni teret ispod linije Kármán izvodi atmosferski let, dok iznad postaje suborbitalni (za parabolu) ili orbitalni let. Ova 100 km dugačka granica od tada je u zajedničkoj upotrebi, a šira javnost to smatra standardom. Međutim, moramo se sjetiti da nema regulatornu vrijednost, što ima neke posljedice!

U međuvremenu, s druge strane Atlantika …

Na primjer, Sjedinjene Države (velika astronautička država ako je postoji) ne koriste Kármánovu liniju kao svemirsku granicu. Iz praktičnih i političkih razloga, ova je zemlja odlučila koristiti proizvoljnu granicu na 50 milja nadmorske visine ili 80,4 km. To također generira male imbroglije, jer je moguće dobiti "krila" američkog astronauta, a da ih međunarodno ne priznaju kao takve … To je osobito slučaj s određenim pilotima američkog zrakoplova X -15, ili posade raketnog aviona Virgin Galactic posvećenog suborbitalnom turizmu.
O samoj definiciji linije Kármán raspravlja se i danas, jer ona predstavlja prestiž, ali i zakonski okvir (ako vas avion preleti u paraboli na visini od 85 km, zar ne? u međunarodnom prostoru ili u vašem zračnom prostoru?). Pa čak i na fizičkoj razini: najmanja kružna orbita odobrena je ove zime na nadmorskoj visini od 167 km, a japanski satelit Tsubame mogao ju je održavati samo zahvaljujući svojim motorima jer već postoji previše atmosferskog trenja.
Hoćemo li ikad morati pregledati kopiju i promijeniti Kármánovu liniju? Nije nemoguće. Ali od Sputnika, svemir više nije zadnja granica …