Kármán-linjen: förstå allt om gränsen mellan rymd och atmosfär

Soluppgång … Sett ovanifrån Kármán-linjen
Bakom denna fortfarande kontroversiella definition gömmer sig en svårare fråga än den verkar: från när är vi "i rymden"? Var slutar flygteknik för att bli rymdflygning?
Theodore Von Kármán (1881-1963) är en matematiker, ingenjör och fysiker född i Budapest. Han tillbringade sin karriär med aerodynamisk fysik i Europa innan han emigrerade till USA på 1930-talet och blev sedan i Kalifornien en av de stora fysikerna vid de första supersoniska flygningarna. Men om många av hans verk och skapelser överlever honom (han är en av grundarna av det mycket berömda Jet Propulsion Laboratory) är han mest känd för den berömda "Kármán Line", som ofta definieras som rymdens gräns. Och ja, hans namn har accenter som alla glömmer.

Vilse i rymden

Så när är vi "i rymden"? Frågan har animerade debatter i nästan ett sekel, för det är inte enkelt. Faktum är att vår atmosfär inte fungerar som en bubbla: det finns ingen fysisk gräns eller väldefinierad zon från vilken vi befinner oss i rymdvakuumet. Atmosfären är bara mindre och mindre tät när höjden ökar. Några kilometer över havet är luften oandbar. Majoriteten av flygplan flyger inte över 13 km höjd eftersom deras reaktorer behöver syre för att säkerställa deras förbränning. Stratosfäriska ballonger stiger inte över 50 km i höjd.
Men atmosfären slutar inte där, dock: det finns mesosfären bortom, sedan termosfären, som sträcker sig från cirka 85 km till mer än 650 km höjd. Ja, även där uppe finns det fortfarande några luftburna partiklar. Och detta sträcker sig mycket längre. År 2018 visade en studie att det fanns mycket sällsynta atmosfäriska molekyler runt … Månen, dvs. 384 000 kilometer från jorden!

Lite matematik

Så vi har inte svaret på vår fråga. Skulle "rymdvakuumet" bero på atmosfärstrycket? Von Kármán, som arbetar på supersoniska plan, letar själv efter en definition och kommer därför att börja med formeln för hiss: L = 1 / 2pv²SCl med L hissen, p lufttätheten , v flygplanets hastighet, S flygplanets yta och Cl lyftkoefficienten.
Var säker, formeln är inte särskilt viktig. Det är snarare observationen som följer med det: när du styr ett flygplan och vill flyga i högre höjd minskar lufttätheten, så du måste öka din hastighet för att bibehålla samma hiss (och undvika att tumla). Följer du fortfarande? Väl. Förutom att luftens densitet vid en tidpunkt kommer att vara så låg att planet genom att öka dess hastighet har nått det som kallas den första kosmiska hastigheten: det är i omloppsbana.
Tja, Kármán-linjen är svänghöjden från vilken du måste nå en omloppshastighet, cirka 28.500 km / h, för att generera hiss (och undvika att tumla ner). Med andra ord är det höjden över vilken man lämnarflyg för att prata om rymdflygning …
Jorden sett från ISS, på en höjd av 400 km

Turbo gräns

Det är en helt acceptabel definition, eller hur? Men saker är inte så enkla som de verkar: nu måste vi hitta den höjden. Baserat på sina beräkningar föreslog T. Von Kármán ursprungligen 83,6 km, vilket motsvarar mer eller mindre mätningar som fastställts senare: omkring 85 km höjd börjar turbopausen, en region där de olika gaserna atmosfärer har svårt att blanda med varandra. Tyvärr ändras beräkningen genom att variera små parametrar och därför ändras höjden. Svårt för "rymdens gräns" att baseras på flytande siffror … Gemenskapen kräver en godtycklig gräns! Von Kármán föreslog sedan 300 000 fot, eller 91,5 km. Men den valda höjden gynnar ett runt nummer, mer allmänhet:100 km över havet. ”Kármán Line” föddes.
Denna linje antogs omedelbart av Fédération Aéronautique Internationale, som använde den för att differentiera flyg- och astronautik. För FAI gör till och med en parabolflygning över Kármán-linjen dig till en astronaut. På samma sätt utför en raket som skickar en nyttolast under Kármán-linjen atmosfärisk flygning, medan ovanför den blir suborbital (för en parabel) eller omloppsflygning. Denna gräns på 100 km har sedan dess använts allmänt och betraktas av allmänheten som en standard. Vi måste dock komma ihåg att det inte har något reglerande värde, vilket har vissa konsekvenser!

Under tiden på andra sidan Atlanten …

USA, till exempel (en stor astronautisk nation om det finns en), använder inte Kármán-linjen som rymdgräns. Av både praktiska och politiska skäl har detta land valt att använda en godtycklig gräns 50 miles över havet, eller 80,4 km. Detta genererar också små imbroglios eftersom det är möjligt att få en amerikansk astronauts "vingar" utan att erkännas internationellt som sådan … Detta är särskilt fallet för vissa piloter av det amerikanska planet X -15, eller besättningar på Virgin Galactic-raketplanet tillägnad suborbital turism.
Själva definitionen av Kármán-linjen diskuteras fortfarande idag, för vad den representerar när det gäller prestige men också i en rättslig ram (om ett plan flyger över dig i en parabel på 85 km höjd, är det då? i det internationella rummet eller i ditt luftrum?). Och även på den fysiska nivån: den minsta cirkulära banan godkändes i vinter på en höjd av 167 km, och den japanska satelliten Tsubame kunde bara behålla den tack vare sina motorer eftersom det redan finns för mycket atmosfärisk friktion.
Måste vi någonsin granska kopian och ändra Kármán-linjen? Det är inte omöjligt. Men sedan Sputnik är rymden inte längre den sista gränsen …