Linia Kármán: înțelegerea tuturor despre granița dintre spațiu și atmosferă

Sunrise … Văzut de sus Linia Kármán
În spatele acestei definiții încă controversate se ascunde o întrebare mai dificilă decât pare: de când suntem „în spațiu”? Unde se oprește aeronautica pentru a deveni zbor spațial?
Theodore Von Kármán (1881-1963) este matematician, inginer și fizician născut la Budapesta. Și-a petrecut cariera lucrând la fizica aerodinamică în Europa înainte de a emigra în Statele Unite în anii 1930, devenind apoi în California unul dintre marii fizicieni ai primelor zboruri supersonice. Cu toate acestea, dacă multe dintre lucrările și creațiile sale îi supraviețuiesc (este unul dintre fondatorii celebrului Laborator de propulsie cu jet), el este cel mai bine cunoscut pentru faimoasa „Linie Kármán”, care este foarte des definită ca granița spațiului. Și da, numele său are accente pe care toată lumea le uită.

Pierdut in spatiu

Deci, când suntem „în spațiu”? Întrebarea are dezbateri animate de aproape un secol, pentru că nu este simplă. Într-adevăr, atmosfera noastră nu acționează ca o bulă: nu există o graniță fizică sau o zonă bine definită din care să ne găsim în vidul spațial. Atmosfera este din ce în ce mai puțin densă pe măsură ce altitudinea crește. La o altitudine de câțiva kilometri, aerul este irespirabil. Majoritatea avioanelor nu zboară peste 13 km altitudine, deoarece reactoarele lor au nevoie de oxigen pentru a asigura arderea lor. Baloanele stratosfere nu se ridică peste 50 km altitudine.
Dar atmosfera nu se termină aici: există mezosfera dincolo, apoi termosfera, care se întinde de la aproximativ 85 km la mai mult de 650 km altitudine. Da, chiar acolo sus sunt încă câteva particule din aer. Și acest lucru se extinde mult mai departe. În 2018, un studiu a demonstrat că există molecule atmosferice foarte rare în jurul … Lunii, adică la 384.000 de kilometri de Pământ!

Puțină matematică

Deci nu avem răspunsul la întrebarea noastră. Ar fi „vidul spațial” dependent de presiunea atmosferică? Von Kármán, care lucrează pe planuri supersonice, caută el însuși o definiție și, prin urmare, va începe de la formula ridicării: L = 1 / 2pv²SCl cu L ridicarea, p densitatea aerului , v viteza avionului, S suprafața avionului și Cl coeficientul de ridicare.
Fii sigur, formula nu este foarte importantă. Este mai degrabă observația care merge cu ea: atunci când pilotezi un avion și vrei să zboare la o altitudine mai mare, densitatea aerului scade, deci trebuie să crești viteza pentru a menține aceeași ridicare (și pentru a cădea). Urmăriți în continuare? Bine. Cu excepția faptului că la un moment dat, densitatea aerului va fi atât de mică încât, prin creșterea vitezei sale, avionul a ajuns de fapt la ceea ce se numește prima viteză cosmică: este pe orbită.
Ei bine, Linia Kármán este altitudinea de pivot de la care trebuie să atingeți o viteză orbitală, în jur de 28.500 km / h, pentru a genera ridicarea (și pentru a evita căderea). Cu alte cuvinte, este altitudinea peste care se părăseșteaeronautică pentru a vorbi despre zborul spațial …
Pământul văzut din ISS, la o altitudine de 400 km

Turbo frontieră

Aceasta este o definiție perfect acceptabilă, nu-i așa? Dar lucrurile nu sunt atât de ușoare pe cât par: acum trebuie să găsim acea altitudine. Pe baza calculelor sale, T. Von Kármán a propus inițial 83,6 km, ceea ce corespunde mai mult sau mai puțin măsurătorilor stabilite ulterior: aproximativ 85 km altitudine începe turbopauza, o regiune în care diferitele gaze atmosferelor le este greu să se amestece între ele. Din păcate, prin variația parametrilor mici, calculul se modifică și, prin urmare, altitudinea se schimbă. Este dificil ca „granița spațiului” să se bazeze pe numere plutitoare … Comunitatea cere o limită arbitrară! Von Kármán a propus apoi 300.000 de picioare sau 91,5 km. Dar altitudinea aleasă favorizează un număr rotund, mai larg public:La 100 km deasupra nivelului mării. S-a născut „Linia Kármán”.
Această linie a fost imediat adoptată de Fédération Aéronautique Internationale, care a folosit-o pentru a diferenția aeronautica și astronautica. Pentru FAI, chiar și un zbor parabolic peste Linia Kármán te face astronaut. La fel, o rachetă care trimite o sarcină utilă sub Linia Kármán efectuează zbor atmosferic, în timp ce deasupra devine suborbital (pentru o parabolă) sau zbor orbital. Această frontieră de 100 km a fost de atunci folosită în mod obișnuit și este considerată de publicul larg ca un standard. Cu toate acestea, trebuie să ne amintim că nu are nicio valoare de reglementare, ceea ce are unele consecințe!

Între timp, de cealaltă parte a Atlanticului …

Statele Unite, de exemplu (o mare națiune astronautică, dacă există), nu folosesc linia Kármán ca graniță spațială. Din motive practice și politice, această țară a ales să folosească o frontieră arbitrară la 50 de mile deasupra nivelului mării sau 80,4 km. Acest lucru generează, de asemenea, mici imbroglios, deoarece este posibil să se obțină „aripile” unui astronaut american fără a fi recunoscute la nivel internațional ca atare … Acesta este în special cazul anumitor piloți ai avionului american X -15, sau echipaje ale avionului rachetei Virgin Galactic dedicate turismului suborbital.
Însăși definiția Liniei Kármán este încă dezbătută astăzi, pentru ceea ce reprezintă în termeni de prestigiu, dar și într-un cadru legal (dacă un avion zboară peste tine într-o parabolă la 85 km altitudine, nu-i așa? în spațiul internațional sau în spațiul tău aerian?). Și chiar și la nivel fizic: cea mai mică orbită circulară a fost aprobată în această iarnă la o altitudine de 167 km, iar satelitul japonez Tsubame a reușit să o întrețină doar datorită motoarelor sale, deoarece există deja prea multă frecare atmosferică.
Va trebui vreodată să examinăm copia și să schimbăm Linia Kármán? Nu este imposibil. Dar de la Sputnik, spațiul nu mai este ultima frontieră …