Linea Кармана

Linea Кармана — это условная граница в атмосфере Земли, расположенная на высоте 100 км над уровнем моря, которая широко используется для определения начала космического пространства. Названа в честь американского физика венгерского происхождения Теодора фон Кармана. Выступает в качестве международного, хотя и не юридически обязательного, стандарта для разграничения воздушного и космического пространства. Согласно этому определению, всё, что находится выше 100 км, считается космосом, а ниже — атмосферой.

Определение и физический смысл

Линия Кармана не является физической границей в привычном понимании, а представляет собой расчётную высоту, на которой аэродинамическая подъёмная сила, создаваемая крыльями летательного аппарата, становится недостаточной для поддержания полёта. На этой высоте плотность атмосферы настолько мала, что для создания подъёмной силы, сравнимой с центробежной силой, необходимой для удержания на орбите, аппарат должен двигаться с первой космической скоростью (около 7,9 км/с). Если же он движется медленнее, то для поддержания высоты ему потребуется использовать реактивную тягу, что делает его космическим аппаратом, а не самолётом.

Теодор фон Карман, работая над проблемами аэродинамики на больших высотах, рассчитал, что на высоте около 100 км атмосфера становится настолько разреженной, что для полёта с использованием аэродинамических сил потребуется скорость, превышающая орбитальную. Таким образом, граница между аэродинамическим и баллистическим полётом была установлена на этой отметке.

История возникновения

Идея установления чёткой границы между атмосферой и космосом возникла в середине XX века, с началом космической эры. В 1950-х годах, когда начались активные разработки ракет и спутников, возникла необходимость в правовом и техническом определении того, что считать космическим пространством.

В 1957 году Теодор фон Карман, будучи председателем Международной астронавтической федерации (IAF), предложил использовать высоту 100 км в качестве рабочей границы. Его расчёты показали, что на этой высоте атмосфера перестаёт обеспечивать значимую аэродинамическую подъёмную силу для самолётов, а для полёта на орбиту требуется достижение первой космической скорости.

В 1960 году Международная авиационная федерация (FAI) официально приняла высоту 100 км в качестве границы между атмосферой и космосом. С тех пор линия Кармана стала общепринятым стандартом для регистрации рекордов в авиации и космонавтике. Например, пилот, достигший высоты более 100 км, считается астронавтом, а его полёт — космическим.

Критика и альтернативные подходы

Несмотря на широкое признание, линия Кармана не является единственным или бесспорным определением границы космоса. Существует несколько альтернативных подходов, основанных на различных физических и правовых критериях.

Физические критерии

• Граница по плотности атмосферы: Некоторые учёные предлагают использовать высоту, на которой плотность атмосферы становится настолько малой, что её влияние на движение космических аппаратов становится пренебрежимо малым. Эта высота может варьироваться от 80 до 120 км в зависимости от солнечной активности и других факторов.
• Граница по началу ионизации: Другим критерием является высота, на которой начинается ионосфера — область атмосферы, где под действием солнечного излучения происходит ионизация газов. Эта граница находится на высоте около 80 км.
• Граница по возможности аэродинамического полёта: Как уже упоминалось, линия Кармана основана на этом принципе. Однако некоторые исследователи отмечают, что на высоте 100 км ещё возможно создание некоторой аэродинамической подъёмной силы, и граница могла бы быть установлена на несколько иной высоте (например, 80 или 90 км).

Правовые аспекты

В международном праве не существует единого, юридически обязательного определения границы между воздушным и космическим пространством. Различные государства придерживаются разных подходов. Например, США и Россия (как правопреемник СССР) не признают линию Кармана в качестве юридической границы. Они придерживаются принципа, согласно которому космическое пространство начинается там, где заканчивается воздушное пространство, но не устанавливают чёткой высотной отметки. Это связано с тем, что чёткая граница могла бы ограничить свободу полётов космических аппаратов, которые часто проходят через верхние слои атмосферы.

В то же время, некоторые страны, такие как Австралия, Канада и ряд европейских государств, признают линию Кармана в качестве рабочего определения для целей регистрации космических объектов и выдачи лицензий на космическую деятельность.

Применение и значение

Линия Кармана играет важную роль в нескольких областях:

• Регистрация рекордов: FAI использует высоту 100 км в качестве критерия для регистрации мировых рекордов в авиации и космонавтике. Например, полёт на высоту более 100 км считается космическим, а пилот получает статус астронавта.
• Определение статуса полёта: Для коммерческих суборбитальных полётов, таких как полёты Virgin Galactic и Blue Origin, линия Кармана служит ориентиром для определения того, достиг ли пассажир космоса.
• Научные исследования: В науке линия Кармана используется как условная граница, разделяющая области изучения атмосферы и космического пространства. Выше 100 км начинается область, где преобладают процессы, характерные для космоса (например, солнечный ветер, космическое излучение).
• Правовое регулирование: Хотя и не является юридически обязательной, линия Кармана часто используется в качестве ориентира при разработке национальных законов о космической деятельности.

Интересные факты

• Линия Кармана не является статичной. Из-за изменений солнечной активности и других факторов плотность атмосферы на высоте 100 км может колебаться, что влияет на точность расчёта границы.
• Некоторые космические аппараты, такие как спутники на низкой околоземной орбите, испытывают значительное аэродинамическое сопротивление даже на высоте 200-300 км. Для поддержания орбиты они периодически включают двигатели.
• Первым человеком, который официально пересек линию Кармана, считается Юрий Гагарин 12 апреля 1961 года. Однако его полёт был орбитальным, и он находился на высоте более 200 км.
• В 2018 году компания Blue Origin запустила свой корабль New Shepard на высоту 107 км, что превышает линию Кармана. Однако некоторые эксперты оспаривают, что этот полёт был космическим, поскольку он не достиг орбитальной скорости.
• В 2019 году Федеральное управление гражданской авиации США (FAA) установило свою собственную границу космоса на высоте 80 км (50 миль) для целей выдачи статуса астронавта коммерческим пилотам. Это решение было принято для упрощения процедуры признания полётов на суборбитальных аппаратах.

Источники

• Международная авиационная федерация (FAI). Определение космического пространства.
• Карман, Т. фон. «Аэродинамика: избранные труды».
• Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA). Информация об атмосфере Земли.
• Федеральное управление гражданской авиации США (FAA). Правила определения статуса астронавта.
• Международное космическое право. Договор о принципах деятельности государств по исследованию и использованию космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, 1967 г.