Kármánova črta: razumevanje vsega o meji med vesoljem in ozračjem

Sončni vzhod … Gledano od zgoraj črte Kármán
Za to še vedno kontroverzno definicijo se skriva težje vprašanje, kot se zdi: od kdaj smo v vesolju? Kje se aeronavtika ustavi, da postane vesoljski polet?
Theodore Von Kármán (1881-1963) je matematik, inženir in fizik, rojen v Budimpešti. Kariero je preživel v aerodinamični fiziki v Evropi, preden je v tridesetih letih emigriral v ZDA, nato pa v Kaliforniji postal eden največjih fizikov prvih nadzvočnih letov. Če pa ga preživi veliko njegovih del in stvaritev (je eden od ustanoviteljev zelo slavnega laboratorija za reaktivni pogon), je najbolj znan po znameniti "liniji Kármán", ki jo zelo pogosto opredeljujejo kot meja prostora. In ja, njegovo ime ima poudarke, ki jih vsi pozabijo.

Izgubljen v vesolju

Kdaj smo torej v vesolju? Vprašanje že skoraj stoletje animira razprave, ker ni preprosto. Dejansko naše ozračje ne deluje kot mehurček: ni fizične meje ali natančno določenega območja, s katerega bi se znašli v vesoljskem vakuumu. Vzdušje je z naraščanjem nadmorske višine vedno manj gosto. Nekaj ​​kilometrov nadmorske višine zrak ni dihati. Večina letal ne leti nad 13 km višine, ker njihovi reaktorji potrebujejo kisik, da zagotovijo njihovo zgorevanje. Stratosferski baloni se ne dvignejo nad 50 km nadmorske višine.
Toda ozračje se še ne konča: tam je mezosfera, nato pa termosfera, ki se razteza od približno 85 km do več kot 650 km nadmorske višine. Da, tudi tam zgoraj je še vedno nekaj delcev v zraku. In to se širi še dlje. Leta 2018 je študija dokazala, da so okoli… Lune, to je 384.000 kilometrov od Zemlje, zelo redke atmosferske molekule!

Malo matematike

Na naše vprašanje torej nimamo odgovora. Bi bil "vesoljski vakuum" odvisen od atmosferskega tlaka? Von Kármán, ki dela na nadzvočnih letalih, sam išče definicijo, zato bo izhajal iz formule dvigala: L = 1 / 2pv²SCl z L dvigalom, p gostota zraka , v hitrost letala, S površina letala in Cl koeficient dviga.
Bodite prepričani, da formula ni zelo pomembna. Z njim gre prej opazovanje: ko pilotirate letalo in želite leteti na večji višini, se gostota zraka zmanjša, zato morate povečati svojo hitrost, da ohranite enak dvig (in se izogibajte prevrniti). Še vedno spremljate? No. Razen tega, da bo v enem trenutku gostota zraka tako nizka, da bo letalo s povečanjem hitrosti dejansko doseglo tako imenovano prvo kozmično hitrost: je v orbiti.
No, linija Kármán je vrtilna nadmorska višina, s katere morate doseči orbitalno hitrost, približno 28.500 km / h, da ustvarite dvigovanje (in se izognite padcu). Z drugimi besedami, to je nadmorska višina, nad katero se zapustiaeronavtike govoriti o vesoljskih letih …
Zemlja, ki jo vidimo z ISS, na nadmorski višini 400 km

Turbo meja

To je povsem sprejemljiva definicija, kajne? A stvari niso tako enostavne, kot se zdijo: zdaj moramo najti to nadmorsko višino. Na podlagi svojih izračunov je T. Von Kármán sprva predlagal 83,6 km, kar bolj ali manj ustreza kasneje ugotovljenim meritvam: približno 85 km nadmorske višine začne turbopavza, območje, kjer različni plini ozračja se težko mešajo med seboj. Na žalost se z različnimi majhnimi parametri izračun spremeni in s tem spremeni tudi nadmorska višina. Težko je, da »vesoljska meja« temelji na plavajočih številkah … Skupnost zahteva poljubno mejo! Von Kármán je nato predlagal 300.000 čevljev ali 91,5 km. Toda izbrana nadmorska višina je naklonjena okroglemu številu, širši javnosti:100 km nad morjem se je rodila "linija Kármán".
To linijo je nemudoma sprejela Fédération Aéronautique Internationale, ki jo je uporabila za ločevanje aeronavtike in astronavtike. Za FAI vas celo parabolični let nad linijo Kármán naredi astronavta. Raketa, ki pošlje tovor pod linijo Kármán, izvaja atmosferski let, zgoraj pa postane suborbitalni (za parabolo) ali orbitalni let. Ta 100-kilometrska meja je bila od takrat v splošni rabi in jo širša javnost šteje za standard. Vendar se moramo zavedati, da nima regulativne vrednosti, kar ima nekatere posledice!

Medtem pa na drugi strani Atlantika …

ZDA na primer (velika astronavtska država, če sploh obstaja) ne uporabljajo Kármánove črte kot vesoljske meje. Iz praktičnih in političnih razlogov se je država odločila za uporabo poljubne meje 50 milj nad morjem ali 80,4 km. To ustvarja tudi majhne imbroglije, saj je mogoče dobiti "krila" ameriškega astronavta, ne da bi bil mednarodno priznan kot tak … To velja zlasti za nekatere pilote ameriškega letala X -15 ali posadke raketoplana Virgin Galactic, namenjenega suborbitalnemu turizmu.
O sami definiciji linije Kármán se še danes razpravlja, kaj predstavlja v smislu prestiža, pa tudi v pravnem okviru (če letalo preleti vas v paraboli na višini 85 km, kajne? v mednarodnem prostoru ali v vašem zračnem prostoru?). Pa tudi na fizični ravni: najmanjšo krožno orbito so odobrili to zimo na višini 167 km, japonski satelit Tsubame pa jo je lahko vzdrževal le po zaslugi svojih motorjev, ker je že preveč atmosferskega trenja.
Ali bomo kdaj morali pregledati kopijo in spremeniti linijo Kármán? Ni nemogoče. A od Sputnika vesolje ni več zadnja meja …