第087章 卡門外層空間
在卡門自傳的最后一章，卡門敘述了有關(guān)外層空間的問題。
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至于空間，我們應(yīng)該定為多高呢？
......其實，根據(jù)空間飛行器的飛行速度，和飛行高度就能夠確定空間的起始位置。
比如伊凡·金契羅上尉駕駛的X-2型火箭飛機。
以這架X-2的飛行記錄來說吧，X-2的飛行速度，為每小時3200公里，高度為3萬8千米。
在這個高度上，飛行速度產(chǎn)生的空氣動力升力，承載了98%的飛機重量。
而航天學家稱為開普勒力的離心力，卻只承載了2%的飛機重量。
但是到了9萬米高度，由于不再有什么空氣產(chǎn)生升力，上述關(guān)系就會顛倒過來，只有離心力支承飛機的重量了。
而這個高度當然就是物理學上的邊界了。
在邊界以上，空氣動力學就無效，航天學開始發(fā)揮作用。
因此，我認為完全可以把這個高度定為法定分界線。承蒙安德魯·哈雷好意，把這個邊界稱為法定的卡門分界線。
以此，國際普遍認為分界線以下的空間屬于每一個國家，分界線以上為自由空間。
......
眾所周知，海拔高度越高，大氣層越稀薄。
但是，大氣層并不會在某個海拔高度，突然消失。
因為對于大氣層，由哪些分層組成有許多種解釋，目大氣層與外層空間的邊界，也有許多種定義。
假使我們把熱層和散逸層，當作大氣層的一部分，而不是外層空間的一部分，那升大氣層的邊界就可以延伸到海拔高度約1萬km/3300萬英尺的天空。
只有卡門線則是一條相對突兀的，基于以下考慮而定義的分界線：
飛機之所以能夠停留空中，是因為飛機與其周圍的空氣，有一定的相對速度/真實空速，從而機翼能夠產(chǎn)生支持飛機的升力。
而空氣越稀薄，產(chǎn)生足夠的升力所需要的空速就越大。
在軌的航天器能夠停留在軌道上，則是憑借所產(chǎn)生的離心力，與重力相互平衡。
當其速度減慢時，由于重力作用，運行高度將會下降。
于是使航天器在某個軌道上能夠穩(wěn)定運行的速度，就被稱為軌道速度。
且軌道速度隨軌道高度的變化而變化。
例如國際空間站，或其他運行在低地球軌道的航天器，它們的軌道速度大約是每小時2萬7千公里/每小時1萬7千英里。
隨飛機的飛行高度上升，空氣越來越稀薄，空氣能夠提供的升力與越來越少。。
為了保證飛機能夠飛行在空中，所需要的速度也越來越大了。
按此趨勢，保證飛機能夠飛行在空中所需要的速度，將在某一高度達到該高度的軌道速度。
所以卡門線，就是這個支持飛機，以全重氣動飛行，所需要最低速度等于軌道速度的高度。
假定飛機翼載在典型翼載的范圍內(nèi)。
實際上，支持全重飛行所需要的速度，并不一定能夠維持飛機的飛行高度不變。
而這是因為在飛機達到軌道速度時，地球的非典型球體特性增加了飛機的垂直于地心升力。
然而，卡門線的定義則忽略了這種效應(yīng)。
因為軌道速度的定義，隱含了在軌道速度下。
即使忽略空氣密度，在任意給定高度，也足以維持高度不變的特性。
因此卡門線也是軌道速度提供了足夠的氣動升力，使飛行器能夠沿直線飛行，而不必遵循地球表面的曲率，做類圓周運動的最高高度。
當海拔高度達到100公里以上時，空氣密度大約是地球表面的空氣密度1/220萬。
......
僅管計算結(jié)果并非恰好是100公里，但卡門仍建議將海拔100公里，指定為外太空與地球大氣層的界線，因為整十的數(shù)更好記。
而且，由于式中的參數(shù)，會因時因地發(fā)生一些微小的變化，計算結(jié)果也并不恒定。
后來，一個國際委員，向FAI建議將100公里線，作為外太空與地球大氣層的界線。
這個建議一經(jīng)采用，它便成為了在各種用途都被廣泛接受的界線。
然而，仍然沒有被國際社會認可的在國際法的層面上為一個國家的領(lǐng)空與外層空間劃清界線的定義。
給空間的邊界一個嚴格的定義的另一個障礙，是地球大氣層，處在不停的變化之中。
例如，在海拔1000公里處，大氣的密度的最大，和最小值的差距，竟有五倍之多。
這是因為在海拔1000公里處的大氣密度受時間因素，Ap指數(shù)和太陽流量影響。
FAI使用卡門線來定義航空、航天之間邊界：
航空，對于FAI來說，在離開地球表面100公里內(nèi)的，空中的活動，包括所有的空中運動，都稱為航空。
航天，對于FAI來說，所有離開地球表面100公里外的，都稱為航天。
......
定義的解讀:
“太空的邊緣”，也是一個常用來指代在傳統(tǒng)的海拔100公里的分界線，以下的一個區(qū)域的術(shù)語。
當然，使用這個術(shù)語時，也常常包括了一些顯著低于此分界線的區(qū)域。
在這種語境下，某個氣球或某架飛機，可能被描述為“達到太空的邊緣”。
此處，“到達太空的邊緣”，僅僅是指該航空器的飛行高度，高于普通的航空器的飛行高度。
安德魯·G·哈雷在他的1936年，出版的書《空間法律》中，討論了卡門線有關(guān)的問題。
在“極限”這一章中，他對主要作家的觀點，做了一個調(diào)查。
他還指出了這條分界線所固有的不精確性，及這條線所代表的是一種計量方式的均值或中值。
它的計量方式和一些其他的被用在法律中的界線，如平均海平面高度，曲流線，潮汐線相似。
但是遠比它們要更復雜。
因為在法定的卡門分界線的問題上，除了氣動升力，還有其他的許多需要考量的因素。
有許多人和文獻都在做這些因素的討論。
這些因素包括空氣的物理狀態(tài)，生物和人生存的可能。
邏輯上講，加入因一個空氣開始不存在，而領(lǐng)空也在此結(jié)束的點的可能性。
......
在漂亮國空軍中，宇航員是一個曾經(jīng)在海拔50海里/80公里的高度飛行過的人。
這個的高度大致位于中間層與熱層之間。
SAAN則使用FAI的100公里定義。
而漂亮國沒有對太空的邊界的官方定義。
在2005年，三個SAAN的前X-15的飛行員，分別是John B. McKay，William H. DanaandJoseph Albert Walker。
他們被追授了宇航員徽章。
這是因為在當時（20世紀60年代）他們的飛行高度-90公里和108公里，并非足夠被承認為宇航員。
但在后來，后者的飛行高度，超越了國際認為太空的邊界。
另一個定義是，在國際法的討論提出的。
此定義根據(jù)在軌航天器，可實現(xiàn)的最低近地點，而不是一個給定的高度，來定義太空的邊界。
由于大氣對飛行器的阻力，一個航天器在無動力的情況下，能夠以圓軌道，完成對地球的完整環(huán)繞的最低高度，大約是150公里。
而以橢圓軌道的話，最低近地點則是130公里。
另外，海拔160公里以上的天空，則由于大氣太過稀薄，而不能夠衍射足夠的光，所以完全是黑色。
......
未完待續(xù)。
第088章預告星木森林