Pojdi na vsebino

Kármánova ločnica

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Zemljino ozračje, posneto z Mednarodne vesoljske postaje. Oranžnozeleni pas zračnega sija poteka približno na višini Kármánove ločnice.[1]

Kármánova lóčnica je dogovorjena meja, ki označuje rob vesoljskega prostora. Je široko uveljavljena, ne pa vsesplošno. Mednarodna letalska zveza (FAI) to ločnico postavlja na višino 100 kilometrov nad srednjo gladino morja.

Poimenovana je po madžarsko-nemško-ameriškemu letalskemu inženirju, matematiku in fiziku Theodorju von Kármánu (1881–1963), ki je izračunal, da teoretična skrajna višina za letenje letal znaša 83,8 km nad Zemljo. Kljub temu je kasneje določena Kármánova ločnica bolj splošna in nima izrazitega fizikalnega pomena, saj se ]]ozračje]] v vesoljski prostor preliva postopoma. Strokovnjaki si zato niso enotni glede točne meje, kjer se ozračjekonča in vesoljski prostor zares začne. Ločnica leži precej nad višino, ki jo lahko dosežejo običajna letala ali visokovišinski baloni. Nahaja se približno tam, kjer bi sateliti, tudi tisti na zelo eliptičnih tirnicah, zaradi zračnega upora padli iz orbite, še preden bi zaključili en sam obhod.

Kármánova ločnica se uporablja predvsem v pravne in regulativne namene za razlikovanje med zrakoplovi in vesoljskimi plovili, saj zanje veljajo različne zakonodaje in pristojnosti. Čeprav mednarodno pravo ne definira uradno roba vesoljskega prostora ali zgornje meje državnega zračnega prostora,[2][3] večina mednarodnih organizacij (vključno z OZN) priznava definicijo FAI ali njej zelo podobno vrednost.[4] FAI je to mejo določila v 1960-ih,[5] vendar različne države in organizacije mejo vesoljskega prostora za svoje potrebe še vedno opredeljujejo različno.[6][2][7]

Opredelitev

[uredi | uredi kodo]
Plasti zemeljskega ozračja z označeno Kármánovo ločnico (ni v merilu).[8]

FAI uporablja izraz Kármánova ločnica (angleško Kármán line) za določitev meje med aeronavtiko in astronavtiko:[5]

Pojasnitve definicije

[uredi | uredi kodo]

Izraza »rob vesolja« ali »bližnje vesolje« (angleško near space) se pogosto uporabljata (npr. v določenih publikacijah FAI) za označevanje območja pod mejo samega vesolja (t. i. outer space), ki pa pogosto zajema tudi znatno nižje plasti ozračja. Zato se včasih za določene polete balonov ali letal reče, da so »dosegli rob vesolja«. V takšnih primerih ta fraza pomeni le, da je plovilo doseglo višino, ki je precej nad tisto, kjer običajno letijo zrakoplovi.[9][10]

Še vedno ne obstaja mednarodnopravna opredelitev razmejitve med državnim zračnim prostorom in vesoljem.[11] Andrew Gallagher Haley je leta 1963 v svoji knjigi »Vesoljsko pravo in vlada« (Space Law and Government) razpravljal o Kármánovi ločnici.[12] V poglavju o mejah državne suverenosti je podal pregled mnenj pomembnejših avtorjev in opozoril, da je ta ločnica po svoji naravi nenatančna:[12]

»V bistvu ta ločnica predstavlja srednjo ali 'mediano' vrednost. Primerljiva je s pravnimi merili, kot so 'srednja gladina morja', 'meandrska črta' ali 'črta plimovanja', vendar je od njih kompleksnejša. Pri določanju von Kármánove jurisdikcijske meje je treba poleg aerodinamičnega vzgona upoštevati še množico drugih dejavnikov. O njih je razpravljala obsežna strokovna literatura in številni komentatorji. Ti dejavniki vključujejo fizikalno sestavo zraka, biološko in fiziološko vzdržnost življenja ter druge elemente, ki se logično združujejo v točko, kjer zrak ne obstaja več in kjer se konča zračni prostor.«

Kármánovo stališče

[uredi | uredi kodo]

V zadnjem poglavju svoje avtobiografije se von Kármán posveti vprašanju, kje točno se začne vesolje:[13]

»Kje se začne vesolje ... lahko dejansko določimo na podlagi hitrosti plovila in njegove višine nad Zemljo. Vzemimo za primer rekordni polet stotnika Ivena Carla Kincheloeja ml. z raketnim letalom X-2. Kincheloe je letel s hitrostjo približno 2000 milj na uro (3200 km/h) na višini 126.000 čevljev (38.500 m) oziroma 24 milj. Pri tej višini in hitrosti aerodinamični vzgon še vedno nosi 98 odstotkov teže letala, le dva odstotka pa prevzame vztrajnost oziroma Keplerjeva sila, kot ji pravijo strokovnjaki za vesolje.

Toda na višini 300.000 čevljev (91.440 m) oziroma 57 milj se to razmerje obrne, saj zrak ne ustvarja več vzgona – prevlada zgolj vztrajnost. To je nedvomno fizikalna meja, kjer se konča aerodinamika in začne astronavtika, zato sem pomislil: zakaj ne bi to postala tudi jurisdikcijska meja? Andrew G. Haley jo je poimenoval Kármánova jurisdikcijska ločnica. Pod to ločnico prostor pripada posamezni državi. Nad tem nivojem bi bil odprti prostor.«

Tehnični vidiki

[uredi | uredi kodo]

Ozračje se nikjer ne konča nenadoma oziroma odrezano, temveč z višino postaja vse redkejše. Odvisno od tega, kako definiramo plasti, ki sestavljajo prostor okoli Zemlje (in ali te plasti štejemo kot del dejanskega ozračja), se lahko opredelitev roba vesolja precej razlikuje. Če bi termosfero in eksosfero šteli k atmosferi in ne k vesolju, bi morali mejo vesolja pomakniti na višino vsaj 10.000 km nad morsko gladino. Kármánova ločnica je torej precej arbitrarna (dogovorjena) opredelitev, ki temelji na določenih tehničnih premislekih.

Letalo se lahko obdrži v zraku le, če se nenehno giblje naprej glede na okoliški zrak (ne glede na tla), s čimer krila ustvarjajo aerodinamični vzgon. Redkejši ko je zrak, hitreje mora letalo leteti, da ustvari zadosten vzgon za ohranjanje višine.[14] Pri zelo visokih hitrostih k ohranjanju višine prispeva centrifugalna sila (t. i. Keplerjeva sila). Gre za navidezno silo, ki satelite ohranja v krožni orbiti brez aerodinamičnega vzgona.

Z naraščanjem višine in manjšanjem gostote zraka se mora hitrost, potrebna za ustvarjanje zadostnega vzgona za nošenje teže letala, povečevati. To se dogaja, dokler hitrost ne naraste do točke, kjer postane prispevek centrifugalne sile znaten. Na dovolj veliki višini centrifugalna sila prevlada nad silo vzgona in zrakoplov dejansko postane orbitalno vesoljsko plovilo, namesto da bi ga v zraku držal aerodinamični vzgon.

Leta 1956 je von Kármán predstavil članek, v katerem je razpravljal o aerotermalnih mejah letenja. Hitreje ko letala letijo, več toplote ustvarijo zaradi aerodinamičnega segrevanja, ki je posledica trenja z ozračjem in adiabatnih procesov. Na podlagi takratnega stanja tehnike je izračunal, pri katerih hitrostih in višinah je mogoč neprekinjen let – torej dovolj hitro za ustvarjanje potrebnega vzgona in dovolj počasi, da se plovilo ne bi pregrelo.[15] Graf je vključeval prevojno točko pri približno 83,82 km (275.000 čevljev), nad katero bi minimalna hitrost plovilo utirila v orbito.[16][17]

Izraz »Kármánova ločnica« je v članku iz leta 1959 uvedel Andrew G. Haley na podlagi grafa iz von Kármánovega članka iz leta 1956.[18] Vendar je Haley priznal, da je meja 83,82 km (275.000 čevljev) teoretična in se bo z napredkom tehnologije spreminjala. Minimalna hitrost v von Kármánovih izračunih je namreč temeljila na razmerju med hitrostjo in težo takratnih letal (natančneje letala Bell X-2), največja hitrost pa na takratnih tehnologijah hlajenja in toplotno odpornih materialih.[16] Haley je za to višino navedel tudi druge tehnične argumente, saj je predstavljala približno višinsko mejo za zračno-reaktivne motorje (motorje, ki za delovanje potrebujejo zrak) glede na takratno tehnologijo. V istem članku iz leta 1959 je Haley kot »von Kármánovo ločnico« omenil tudi višino 90 km (295.000 čevljev), kar je bila najnižja višina, na kateri se je pojavljal atomarni kisik v obliki prostih radikalov.[16]

Prečkanje ločnice

[uredi | uredi kodo]

Prvi umetni predmet v zgodovini, ki je prečkal Kármánovo ločnico, je bila balistična raketa V-2 (A-4).[19] Leta 1944 so jo izstrelili z nemškega poligona Peenemünde, med suborbitalnim poletom pa je dosegla višino 188 km.[20]

Prva živa bitja, ki so prečkala to mejo in se živa vrnila na Zemljo, so bile vinske mušice (Drosophila). Združene države Amerike so jih v vesolje poslale z raketo V-2, in sicer 20. februarja 1947.[21][22] Prvi sesalec, ki je prečkal Kármánovo ločnico, je bil rezus makak Albert II, ki so ga ZDA izstrelile 14. junija 1949. Žival je ob pristanku sicer poginila, ker se padalo ni odprlo.[21] Prva sesalca, ki sta prečkala ločnico in se živa vrnila na Zemljo, pa sta bila psa Dezik in Cigan. Sovjetska zveza ju je 22. julija 1951 v okviru projekta VR-190 izstrelila s poligona Kapustin Jar v Astrahanski oblasti; dosegla sta višino približno 100–110 km.[23]

Prečkanje Kármánove ločnice je bilo tudi glavni pogoj za osvojitev nagrade »Ansari X«, saj to velja za osnovni kriterij, da se polet uradno prizna kot vesoljski.

Alternative definiciji FAI

[uredi | uredi kodo]
Plini v ozračju sipajo modro svetlobo, kar ustvarja značilen moder sij okrog Zemlje. Z naraščanjem nadmorske višine se ozračje tako razredči, da po več kriterijih preneha obstajati. Optično gledano ta atmosferski halo postopoma bledi in preide v črnino vesolja.

Definicija v Oborožene sile ZDA za astronavta štejejo osebo, ki je letela višje od 80 km (50 milj) nad srednjo gladino morja, kar je približno meja med mezosfero in termosfero. NASA je sprva uporabljala mejo FAI (100 km), vendar so to leta 2005 spremenili, da bi odpravili neskladja med vojaškim osebjem in civilisti, ki letijo v istem plovilu.[24] Trije veteranski piloti NASE, ki so leteli z letalom X-15 (John Barron McKay, William Harvey Dana in Joseph Albert Walker), so za nazaj (dva posmrtno) prejeli astronavtska krila, saj so v šestdesetih letih leteli na višinah med 90 in 108 km, a takrat niso bili priznani kot astronavti.[9] Slednja višina, ki jo je Walker dosegel dvakrat, presega celo sodobno mednarodno definicijo meje vesolja.

Tudi ameriška Zvezna uprava za letalstvo (FAA) priznava to mejo (80 km) kot rob vesolja:[25]

Suborbitalni polet: Do suborbitalnega poleta pride, ko vesoljsko plovilo doseže vesolje, vendar njegova hitrost ne zadošča za vtirjenje v orbito. Mnogi so sicer prepričani, da mora plovilo za dosego statusa vesoljskega poleta preseči višino 100 kilometrov nad morsko gladino.

Novejše raziskave in predlogi raziskave Jonathana McDowella (Harvardsko-smithsonianski center za astrofiziko)[26] in Thomasa Gangala (Univerza Nebraska–Lincoln) iz leta 2018[16][27] zagovarjajo stališče, da bi morala biti meja vesolja na 80 km. Kot dokaz navajajo izvorne zapiske in izračune von Kármána (ki je zaključil, da bi morala biti meja na 270.000 čevljih oz. 82,3 km), potrditev, da lahko objekti v orbiti preživijo več perigejev na višinah okoli 80 do 90 km, ter številne funkcionalne, kulturne, fizikalne, tehnološke, matematične in zgodovinske dejavnike.[2][28] Natančneje, njuna študija povzema:

»Če povzamemo: najnižje možne vzdržne krožne orbite so na višini reda velikosti 125 km, medtem ko lahko eliptične orbite s perigeji na 100 km obstanejo dlje časa. Nasprotno pa je za zemeljske satelite s perigeji pod 80 km zelo malo verjetno, da bodo dokončali naslednji obhod. Omembe vredno je, da meteorji (ki potujejo veliko hitreje) običajno razpadejo v višinskem pasu 70–100 km, kar je dodaten dokaz, da je to območje, kjer vpliv atmosfere postane znaten.«

Te ugotovitve so spodbudile FAI, da je leta 2019 predlagala skupno konferenco z Mednarodno astronavtsko zvezo (IAF), na kateri bi to vprašanje »v celoti raziskali«.[29]

Druga definicija, predlagana v razpravah o mednarodnem pravu, spodnjo mejo vesolja opredeljuje kot najnižji perigej, ki ga lahko doseže orbitalno vesoljsko plovilo, vendar ne določa točne višine.[30] To je definicija, ki jo je sprejela ameriška vojska.[31] Zaradi zračnega upora je najnižja višina, na kateri lahko objekt v krožni orbiti opravi vsaj en celoten obrat brez lastnega pogona, približno 150 km.[32] Ameriška vlada sicer nasprotuje prizadevanjem za natančno pravno določitev meje.[33][34]

Na drugih planetih

[uredi | uredi kodo]

Čeprav je Kármánova ločnica uradno določena le za Zemljo, so nekateri znanstveniki poskušali oceniti ustrezne vrednosti tudi za Mars in Venero. Isidoro Martínez je za ta planeta izračunal višini 80 km in 250 km[35], Nicolas Bérend pa 113 km in 303 km.[36]

V popularni kulturi

[uredi | uredi kodo]

Leta 2014 je Oscar Sharp režiral britanski kratki film z naslovom »The Kármán Line«. V njem Olivia Colman igra Sarah, ženo in mater, ki nenadoma začne lebdeti, se počasi dviguje in na koncu prečka naslovno Kármánovo ločnico ter vstopi v vesolje.[37]

Sklici

[uredi | uredi kodo]
  1. ↑ »Airglow Over the Indian Ocean«. NASA Earth Observatory. 8. oktober 2020. Pridobljeno 20. aprila 2024.
  2. 1 2 3 Voosen, Paul (24. julij 2018). »Outer space may have just gotten a bit closer«. Science. doi:10.1126/science.aau8822. S2CID 126154837. Pridobljeno 1. aprila 2019.
  3. ↑ Harwood, William; "Richard Branson and Virgin Galactic complete successful space flight", CBS News, 2021-07-12
  4. ↑ Betz, Eric (27. november 2023). »The Kármán Line: Where does space begin?«. astronomy.com.
  5. 1 2 Sanz Fernández de Córdoba, Dr. S. (24. junij 2004). »The 100 km Boundary for Astronautics«. Fédération aéronautique internationale. Pridobljeno 28. decembra 2020.
  6. ↑ Drake, Nadia (20. december 2018). »Where, exactly, is the edge of space? It depends on who you ask«. National Geographic (v angleščini). Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 4. marca 2021. Pridobljeno 14. julija 2021.
  7. ↑ »Air Force Guidance Memorandum to AFMAN 11-402« (PDF). Department of the Air Force. 27. maj 2021. Arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 28. maja 2021. Pridobljeno 13. julija 2021.
  8. ↑ Layers of the Atmosphere, National Weather Service JetStream – Online School for Weather
  9. 1 2 Levine, Jay (21. oktober 2005). »A long-overdue tribute«. NASA. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 24. oktobra 2018. Pridobljeno 30. oktobra 2006.
  10. ↑ »World Book @ NASA«. NASA. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 4. maja 2009. Pridobljeno 18. oktobra 2006.
  11. ↑ Boczek, Boleslaw Adam (2005). International Law: A Dictionary. Scarecrow Press. str. 239. "The issue whether it is possible or useful to establish a legal boundary between airspace and outer space has been debated in the doctrine for quite a long time. … no agreement exists on a fixed airspace – outer space boundary …"
  12. 1 2 Haley, Andrew G. (1963). Space Law and Government. Appleton-Century-Crofts
  13. ↑ von Kármán & Edson 1967, str. 343.
  14. ↑ Benson, Tom, ur. (12. junij 2014). »The Lift Equation«. Glenn Research Center. National Aeronautics and Space Administration. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 17. marca 2015. Pridobljeno 14. marca 2015.
  15. ↑ Theodore von Kármán, Aerodynamic Heating – The Temperature Barrier in Aeronautics, PROC. HIGH-TEMPERATURE SYMPOSIUM, BERKELEY, CALIFORNIA (1956).
  16. 1 2 3 4 Gangale, Thomas (2017). »The Non Kármán Line: An Urban Legend of the Space Age« (PDF). Journal of Space Law. 41 (2): 155. Arhivirano iz prvotnega spletišča (PDF) dne 24. maja 2021.
  17. ↑ Grush, Loren (13. december 2018). »Why defining the boundary of space may be crucial for the future of spaceflight«. The Verge. Pridobljeno 1. aprila 2019.
  18. ↑ Andrew G. Haley, Space Exploration: The Problems of Today, Tomorrow and in the Future, 2 PROC. ON THE L. OF OUTER SPACE 49 (1959).
  19. ↑ Дорнбергер, Вальтер (2004). Пер. с англ. И. Е. Полоцка (ur.). Фау-2. Сверхоружие Третьего Рейха. 1930–1945 [V-2. Superorožje Tretjega rajha. 1930–1945] (v ruščini). Москва: Центрполиграф. str. 350. ISBN 5-9524-1444-3. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 28. oktobra 2012.
  20. ↑ Walter Dornberger. Peenemünde. Moewig Dokumentation. — Berlin : Pabel-Moewig Verlag Kg, 1984. — Vol. 4341. — str. 297. — ISBN 3-8118-4341-9.
  21. 1 2 »10 ПЕРВЫХ ПОКОРИТЕЛЕЙ КОСМОСА«. Arhivirano iz spletišča dne 4. marca 2016. Pridobljeno 26. oktobra 2015.
  22. ↑ »UPPER AIR ROCKET SUMMARY NO. 20«. Arhivirano iz spletišča dne 15. julija 2011. Pridobljeno 26. oktobra 2015.
  23. ↑ П. В. Васильев, Г. Д. Глод (11. marec 2011). »Научное обоснование возможности космических полётов человека и их медико-биологическая подготовка« (v ruščini). Космическая энциклопедия «ASTROnote». Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 22. januarja 2012. Pridobljeno 2. januarja 2011.
  24. ↑ Jenkins, Dennis R. (21. oktober 2005). »NASA – Schneider walks the Walk [A word about the definition of space]«. www.nasa.gov (v angleščini). NASA. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 30. junija 2017. Pridobljeno 19. oktobra 2018.
  25. ↑ "Space: Commercial Space Transportation Licenses: Human Spaceflight (also referred to as crewed spaceflight)", [US] Federal Aviation Administration, 2021-03-16
  26. ↑ McDowell, Jonathan C. (2018). »The edge of space: Revisiting the Karman Line«. Acta Astronautica. 151: 668–677. arXiv:1807.07894. Bibcode:2018AcAau.151..668M. doi:10.1016/j.actaastro.2018.07.003.
  27. ↑ Gangale, Thomas (2018). How High the Sky? The Definition and Delimitation of Outer Space and Territorial Airspace in International Law. Studies in Space Law. Vol. 13. Leiden, The Netherlands: Koninklijke Brill NV. doi:10.1163/9789004366022. ISBN 978-90-04-36602-2. S2CID 135092905.
  28. ↑ Specktor, Brandon (25. julij 2018). »The Edge of Space Just Crept 12 Miles Closer to Earth«. Live Science. Pridobljeno 1. aprila 2019.
  29. ↑ »Statement about the Karman Line«. Fédération aéronautique internationale (World Air Sports Federation). 30. november 2018. Pridobljeno 1. aprila 2019.
  30. ↑ »Space Environment and Orbital Mechanics«. Army Space Reference Text. United States Army. 2000. Arhivirano iz prvotnega spletišča dne 18. aprila 2012. Pridobljeno 24. aprila 2012. Where Space Begins: There is no formal definition of where space begins. International law, based on a review of current treaties, conventions, agreements and tradition, defines the lower boundary of space as the lowest perigee attainable by an orbiting space vehicle. A specific altitude is not mentioned. By international law standards aircraft, missiles and rockets flying over a country are considered to be in its national airspace, regardless of altitude. Orbiting spacecraft are considered to be in space, regardless of altitude.
    U.S. definition: The U.S. government defines space in the same terms as international law.
  31. ↑ National Security Space Institute in conjunction with U.S. Army Command and General Staff College (2006). U.S. Military Space Reference Text. National Security Space Institute. str. 13. Pridobljeno 1. aprila 2019 – prek Homeland Security Digital Library.
  32. ↑ Lal, Bhavya; Nightingale, Emily (5. november 2014). Where is Space? And Why Does That Matter? (PDF). Space Traffic Management Conference. Aerospace.csis.org. str. 6.
  33. ↑ King, Matthew T. (2016). »Sovereignty's Gray Area: The Delimitation of Air and Space in the Context of Aerospace Vehicles and the Use of Force«. Journal of Air Law and Commerce. 81 (3): 377–497 [p. 432].
  34. ↑ »Delegation of the U.S., Statement on the Definition and Delimitation of Outer Space and the Character and Utilization of the Geostationary Orbit, to the Comm. on the Peaceful Uses of Outer Space, Legal Subcomm. of Its Fortieth Session (Apr. 2–13, 2001)«. Arhivirano iz spletišča dne 28. marca 2020. Pridobljeno 21. novembra 2019. With respect to the question of the definition and delimitation of outer space, we have examined this issue carefully and have listened to the various statements delivered at this session. Our position continues to be that defining or delimiting outer space is not necessary. No legal or practical problems have arisen in the absence of such a definition. On the contrary, the differing legal regimes applicable in respect of airspace and outer space have operated well in their respective spheres. The lack of a definition or delimitation of outer space has not impeded the development of activities in either sphere.
  35. ↑ Martínez, Isidoro; Space Environment Arhivirano 2021-07-09 na Wayback Machine., 2021
  36. ↑ A variant of the Kármán line theory facilitating the identification of a precise altitude boundary. International Astronautical Congress 2022, Nicolas Bérend, Sep 2022, Paris, France. HAL Id:hal-03798830
  37. ↑ Larson, Sarah (7. maj 2015). »The Screening Room: "The Kármán Line"«. The New Yorker.

Viri

[uredi | uredi kodo]

Zunanje povezave

[uredi | uredi kodo]


Pridobljeno iz »https://sl.wikipedia.org/w/index.php?title=Kármánova_ločnica&oldid=6719997«