La línea Kármán es un intento de definir un límite entre la atmósfera de la Tierra y el espacio exterior . [2] Esto es importante para las medidas legales y reglamentarias; las aeronaves y las naves espaciales se encuentran bajo diferentes jurisdicciones y están sujetas a diferentes tratados.
La Federación Aeronáutica Internacional (FAI), un establecimiento de normas y el mantenimiento de registros organismo internacional de la aeronáutica y astronáutica , define la línea de Kármán como la altitud de 100 kilómetros (62 millas; 330.000 pies) sobre la Tierra 's nivel medio del mar . Otras organizaciones no todas utilizan esta definición. Por ejemplo, la Fuerza Aérea de EE. UU. Y la NASA definen el límite en 50 millas (80 km) sobre el nivel del mar. [3] No existe una ley internacional que defina el borde del espacio y, por lo tanto, el límite del espacio aéreo nacional. [3]
La línea lleva el nombre de Theodore von Kármán (1881-1963), un ingeniero y físico húngaro estadounidense , que se dedicó principalmente a la aeronáutica y la astronáutica . Fue la primera persona en calcular la altitud a la que la atmósfera se vuelve demasiado delgada para soportar un vuelo aeronáutico y llegó él mismo a 83,6 km (51,9 millas). [4] La razón es que un vehículo a esta altitud tendría que viajar más rápido que la velocidad orbital para obtener suficiente sustentación aerodinámica para sostenerse. [5] : 84 La línea está aproximadamente en la turbopausa , por encima de la cual los gases atmosféricos no se mezclan bien. Se ha medido que la temperatura atmosférica mínima de la mesopausia varía de 85 a 100 km, lo que coloca la línea en la parte inferior de la termosfera o cerca de ella .
Comentarios de Kármán
En el capítulo final de su autobiografía, Kármán aborda el tema del borde del espacio exterior :
- Dónde comienza el espacio ... en realidad se puede determinar por la velocidad del vehículo espacial y su altitud sobre la Tierra. Considere, por ejemplo, el vuelo récord del capitán Iven Carl Kincheloe Jr. en un avión cohete X-2 . Kincheloe voló 2000 millas por hora (3,200 km / h) a 126,000 pies (38,500 m), o 24 millas hacia arriba. A esta altitud y velocidad, la sustentación aerodinámica todavía soporta el 98 por ciento del peso del avión, y solo el dos por ciento es transportado por la fuerza centrífuga , o Fuerza Kepler, como la llaman los científicos espaciales. Pero a 300.000 pies (91.440 m) o 57 millas de altura, esta relación se invierte porque ya no hay aire que contribuya a la sustentación: solo prevalece la fuerza centrífuga. Este es ciertamente un límite físico, donde la aerodinámica se detiene y comienza la astronáutica , así que pensé ¿por qué no debería ser también un límite jurisdiccional? Haley amablemente lo ha llamado la Línea Jurisdiccional Kármán. Debajo de esta línea, el espacio pertenece a cada país. Por encima de este nivel habría espacio libre. [6]
Definición
Una atmósfera no termina abruptamente a una altura determinada, sino que se vuelve progresivamente más delgada con la altitud. Además, dependiendo de cómo se definan las distintas capas que componen el espacio alrededor de la Tierra (y dependiendo de si estas capas se consideran parte de la atmósfera real), la definición del borde del espacio podría variar considerablemente: si se tuviera en cuenta la termosfera y la exosfera son parte de la atmósfera y no del espacio, uno podría tener que extender el límite al espacio por lo menos a 10,000 km (6,200 millas) sobre el nivel del mar. La línea de Kármán, por tanto, es una definición arbitraria basada en las siguientes consideraciones:
Un avión solo puede mantenerse en el aire viajando constantemente hacia adelante en relación con el aire (en lugar de con el suelo), de modo que las alas puedan generar sustentación. Cuanto más delgado sea el aire, más rápido debe ir el avión para generar suficiente sustentación para mantenerse en pie. La cantidad de elevación proporcionada (que debe ser igual al peso del vehículo para mantener un vuelo nivelado) se calcula mediante la ecuación de elevación: [7] [8]
dónde
- L es la fuerza de elevación
- ρ es la densidad del aire
- v es la velocidad de la aeronave en relación con el aire
- S es el área del ala de la aeronave ,
- C L es el coeficiente de sustentación . [9]
La sustentación ( L ) generada es directamente proporcional a la densidad del aire ( ρ ). Todos los demás factores permanecen sin cambios, la velocidad aerodinámica real ( v ) debe aumentar para compensar la menor densidad del aire ( ρ ) en altitudes más altas.
Una nave espacial en órbita solo permanece en el cielo si el componente centrífugo de su movimiento alrededor de la Tierra es suficiente para equilibrar la atracción hacia abajo de la gravedad . Si va más lento, la fuerza de la gravedad hace que su altitud disminuya gradualmente. La velocidad requerida se denomina velocidad orbital , y varía con la altura de la órbita. Por ejemplo, la velocidad orbital media de la Estación Espacial Internacional es de 27.600 km (17.100 mi) por hora a una altitud media de 409 kilómetros (254 mi).
Para un avión que vuela más y más alto, el aire cada vez más delgado proporciona cada vez menos sustentación , lo que requiere una velocidad cada vez mayor para crear suficiente sustentación para sostener el avión. Finalmente alcanza una altitud en la que debe volar tan rápido para generar sustentación que alcanza la velocidad orbital. La línea de Kármán es la altitud donde la velocidad necesaria para soportar aerodinámicamente el peso total del avión es igual a la velocidad orbital (asumiendo la carga alar típica y el coeficiente de sustentación de un avión). En la práctica, no sería necesario soportar todo el peso para mantener la altitud porque la curvatura de la Tierra agrega sustentación centrífuga a medida que el avión alcanza la velocidad orbital. Sin embargo, la definición de la línea de Kármán ignora este efecto porque la velocidad orbital es implícitamente suficiente para mantener cualquier altitud independientemente de la densidad atmosférica. Por lo tanto, la línea de Kármán es la altitud más alta a la que la velocidad orbital proporciona suficiente sustentación aerodinámica para volar en línea recta que no sigue la curvatura de la superficie de la Tierra.
Por encima de los 100 km, la densidad del aire es aproximadamente 1 / 2.200.000 de la densidad en la superficie. [10] En la línea Kármán de 300.000 pies (91 km), la densidad del aire ρ es tal que
dónde
- v 0 es la velocidad de una órbita circular a la misma altitud en el vacío
- m es la masa de la aeronave (igual a S multiplicado por la carga alar)
- g es la aceleración debida a la gravedad.
Aunque la altitud calculada no era exactamente 100 km, Kármán propuso que 100 km fuera el límite designado al espacio, porque el número redondo es más memorable y la altitud calculada varía minuciosamente a medida que se varían ciertos parámetros. Un comité internacional recomendó la línea de 100 km a la FAI y, una vez adoptada, fue ampliamente aceptada como el límite del espacio para muchos propósitos. [11] Sin embargo, todavía no existe una definición legal internacional de la demarcación entre el espacio aéreo y el espacio exterior de un país. [12]
Otro obstáculo para definir estrictamente los límites del espacio es la naturaleza dinámica de la atmósfera terrestre. Por ejemplo, a una altitud de 1.000 km (620 millas), la densidad de la atmósfera puede variar en un factor de cinco, según la hora del día, la época del año, el índice magnético AP y el flujo solar reciente . [ cita requerida ]
La FAI utiliza la línea de Kármán para definir el límite entre aeronáutica y astronáutica: [13]
- Aeronáutica : para fines de la FAI, actividad aérea, incluidos todos los deportes aéreos, dentro de los 100 km de la superficie de la Tierra.
- Astronáutica : para fines de la FAI, actividad a más de 100 km sobre la superficie de la Tierra.
Interpretaciones de la definición
La expresión " borde del espacio " se utiliza a menudo (por ejemplo, por la FAI en algunas de sus publicaciones) [14] para referirse a una región por debajo del límite convencional de 100 km al espacio, que a menudo se supone que incluye regiones también. Por lo tanto, ciertos vuelos en globo o avión podrían describirse como "alcanzar el borde del espacio". En tales declaraciones, "llegar al borde del espacio" simplemente se refiere a ir más alto de lo que normalmente lo harían los vehículos aeronáuticos promedio. [15] [16]
En 1963, Andrew G. Haley discutió la línea de Kármán en su libro Space Law and Government . [17] En un capítulo sobre los límites de la soberanía nacional , hizo un estudio de las opiniones de los principales escritores. [17] : 82–96 Indicó la imprecisión inherente de la Línea:
- La línea representa una medida media o mediana . Es comparable a las medidas utilizadas en la ley como nivel medio del mar , línea de meandro , línea de marea ; pero es más complejo que estos. Al llegar a la línea jurisdiccional de von Kármán, se deben considerar una gran cantidad de factores, además del factor de sustentación aerodinámica. Estos factores han sido discutidos en una gran cantidad de literatura y por una veintena o más de comentaristas. Incluyen la constitución física del aire ; la viabilidad biológica y fisiológica; y aún otros factores que lógicamente se unen para establecer un punto en el que el aire ya no existe y en el que termina el espacio aéreo . [17] : 78,9
Alternativas a la definición
La definición de astronauta de la Fuerza Aérea de los EE. UU. Es una persona que ha volado a más de 50 millas (80 km) sobre el nivel medio del mar , aproximadamente la línea entre la mesosfera y la termosfera . La NASA usó anteriormente la cifra de 100 kilómetros (62 millas) de la FAI, aunque esto se cambió en 2005, para eliminar cualquier inconsistencia entre el personal militar y los civiles que volaban en el mismo vehículo, [18] cuando tres pilotos veteranos de la NASA X-15 ( John B. McKay , William H. Dana y Joseph Albert Walker ) recibieron retroactivamente (dos póstumamente ) sus alas de astronauta , ya que habían volado entre 90 km (56 millas) y 108 km (67 millas) en la década de 1960, pero en ese momento no habían sido reconocidos como astronautas. [15] Esta última altitud, alcanzada dos veces por Walker, excede la definición internacional moderna del límite del espacio.
Trabajos recientes de Jonathan McDowell (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica) [19] y Thomas Gangale (Universidad de Nebraska-Lincoln) [20] [21] abogan por que la demarcación del espacio debería ser de 80 km (50 millas; 260.000 pies) , citando como evidencia las notas y cálculos originales de von Kármán (que concluyeron que el límite debería ser de 270,000 pies), la confirmación de que los objetos en órbita pueden sobrevivir a múltiples perigeos en altitudes alrededor de 80 a 90 km, además de funcional, cultural, físico, tecnológico, matemático e histórico factores. [3] [22]
Estos hallazgos llevaron a la FAI a proponer la celebración de una conferencia conjunta con la Federación Astronáutica Internacional (IAF) en 2019 para "explorar completamente" el tema. [23]
Otra definición propuesta en las discusiones sobre derecho internacional define el límite inferior del espacio como el perigeo más bajo que puede alcanzar un vehículo espacial en órbita, pero no especifica una altitud. [24] Esta es la definición adoptada por el ejército estadounidense. [25] : 13 Debido a la resistencia atmosférica, la altitud más baja a la que un objeto en una órbita circular puede completar al menos una revolución completa sin propulsión es de aproximadamente 150 km (93 millas), mientras que un objeto puede mantener una órbita elíptica con perigeo como tan bajo como unos 130 km (81 millas) sin propulsión. [ cita requerida ]
Estados Unidos se resiste a los movimientos regulatorios en este frente. [26] [27]
Para otros planetas
Si bien la línea de Kármán se define solo para la Tierra, si se calcula para Marte y Venus , tendría alrededor de 80 km (50 millas) y 250 km (160 millas) de altura, respectivamente. [28]
Ver también
- Exosfera
- Atmósfera de la Tierra
- Termosfera
- Mesophere
- Estratosfera
- Troposfera
- MW 18014 : el cohete V-2 que fue el primer objeto construido por humanos en cruzar la línea Kármán
- Límite de Armstrong : altitud por encima de la cual el agua hierve a la temperatura del cuerpo humano
Referencias
- ^ Capas de la atmósfera , Servicio meteorológico nacional JetStream - Escuela en línea para el tiempo
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Dónde comienza el espacio : no existe una definición formal de dónde comienza el espacio. El derecho internacional, basado en una revisión de los tratados, convenciones, acuerdos y tradiciones actuales, define el límite inferior del espacio como el perigeo más bajo que puede alcanzar un vehículo espacial en órbita. No se menciona una altitud específica. Según los estándares del derecho internacional, las aeronaves, misiles y cohetes que vuelan sobre un país se consideran en su espacio aéreo nacional, independientemente de la altitud. Se considera que las naves espaciales en órbita están en el espacio, independientemente de la altitud.
Definición de EE. UU .: El gobierno de EE. UU. Define el espacio en los mismos términos que el derecho internacional. - ^ Instituto Espacial de Seguridad Nacional en conjunto con la Escuela de Comando y Estado Mayor del Ejército de Estados Unidos (2006). Texto de referencia del espacio militar de EE. UU . Instituto Espacial de Seguridad Nacional . Consultado el 1 de abril de 2019 , a través de la Biblioteca digital de seguridad nacional .
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Con respecto a la cuestión de la definición y delimitación del espacio ultraterrestre, hemos examinado esta cuestión detenidamente y hemos escuchado las diversas declaraciones pronunciadas en este período de sesiones. Nuestra posición sigue siendo que no es necesario definir o delimitar el espacio ultraterrestre. No han surgido problemas legales o prácticos en ausencia de tal definición. Por el contrario, los diferentes regímenes legales aplicables con respecto al espacio aéreo y al espacio ultraterrestre han funcionado bien en sus respectivos ámbitos. La falta de una definición o delimitación del espacio ultraterrestre no ha impedido el desarrollo de actividades en ninguno de los dos ámbitos.
- ^ http://webserver.dmt.upm.es/~isidoro/tc3/Space%20environment.pdf
enlaces externos
- Artículo sobre la línea Kármán en el sitio web de FAI
- Capas de la atmósfera - NOAA
- El video musical de Kármán Line con imágenes de la NASA
- Calculadora de línea Kármán