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(shí)，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(jī)。

　　以這架X-2的飛行記錄來說吧，X-2的飛行速度，為每小時(shí)3200公里，高度為3萬8千米。

　　在這個(gè)高度上，飛行速度產(chǎn)生的空氣動(dòng)力升力，承載了98%的飛機(jī)重量。

　　而航天學(xué)家稱為開普勒力的離心力，卻只承載了2%的飛機(jī)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(huì)顛倒過來，只有離心力支承飛機(jī)的重量了。

　　而這個(gè)高度當(dāng)然就是物理學(xué)上的邊界了。

　　在邊界以上，空氣動(dòng)力學(xué)就無效，航天學(xué)開始發(fā)揮作用。

　　因此，我認(rèn)為完全可以把這個(gè)高度定為法定分界線。承蒙安德魯·哈雷好意，把這個(gè)邊界稱為法定的卡門分界線。

　　以此，國(guó)際普遍認(rèn)為分界線以下的空間屬于每一個(gè)國(guó)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(huì)在某個(gè)海拔高度，突然消失。

　　因?yàn)閷?duì)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(dāng)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(duì)突兀的，基于以下考慮而定義的分界線：

　　飛機(jī)之所以能夠停留空中，是因?yàn)轱w機(jī)與其周圍的空氣，有一定的相對(duì)速度/真實(shí)空速，從而機(jī)翼能夠產(chǎn)生支持飛機(jī)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(dāng)其速度減慢時(shí)，由于重力作用，運(yùn)行高度將會(huì)下降。

　　于是使航天器在某個(gè)軌道上能夠穩(wěn)定運(yùn)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(guó)際空間站，或其他運(yùn)行在低地球軌道的航天器，它們的軌道速度大約是每小時(shí)2萬7千公里/每小時(shí)1萬7千英里。

　　隨飛機(jī)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(jī)能夠飛行在空中，所需要的速度也越來越大了。

　　按此趨勢(shì)，保證飛機(jī)能夠飛行在空中所需要的速度，將在某一高度達(dá)到該高度的軌道速度。

　　所以卡門線，就是這個(gè)支持飛機(jī)，以全重氣動(dòng)飛行，所需要最低速度等于軌道速度的高度。

　　假定飛機(jī)翼載在典型翼載的范圍內(nèi)。

　　實(shí)際上，支持全重飛行所需要的速度，并不一定能夠維持飛機(jī)的飛行高度不變。

　　而這是因?yàn)樵陲w機(jī)達(dá)到軌道速度時(shí)，地球的非典型球體特性增加了飛機(jī)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?yàn)檐壍浪俣鹊亩x，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(dòng)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(yùn)動(dòng)的最高高度。

　　當(dāng)海拔高度達(dá)到100公里以上時(shí)，空氣密度大約是地球表面的空氣密度1/220萬。

　　......

　　僅管計(jì)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?yàn)檎臄?shù)更好記。

　　而且，由于式中的參數(shù)，會(huì)因時(shí)因地發(fā)生一些微小的變化，計(jì)算結(jié)果也并不恒定。

　　后來，一個(gè)國(guó)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(gè)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(guó)際社會(huì)認(rèn)可的在國(guó)際法的層面上為一個(gè)國(guó)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(gè)嚴(yán)格的定義的另一個(gè)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?yàn)樵诤０?000公里處的大氣密度受時(shí)間因素，Ap指數(shù)和太陽(yáng)流量影響。

　　FAI使用卡門線來定義航空、航天之間邊界：

　　航空，對(duì)于FAI來說，在離開地球表面100公里內(nèi)的，空中的活動(dòng)，包括所有的空中運(yùn)動(dòng)，都稱為航空。

　　航天，對(duì)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(gè)常用來指代在傳統(tǒng)的海拔100公里的分界線，以下的一個(gè)區(qū)域的術(shù)語。

　　當(dāng)然，使用這個(gè)術(shù)語時(shí)，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(gè)氣球或某架飛機(jī)，可能被描述為“達(dá)到太空的邊緣”。

　　此處，“到達(dá)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(duì)主要作家的觀點(diǎn)，做了一個(gè)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(jì)量方式的均值或中值。

　　它的計(jì)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(yuǎn)比它們要更復(fù)雜。

　　因?yàn)樵诜ǘǖ目ㄩT分界線的問題上，除了氣動(dòng)升力，還有其他的許多需要考量的因素。

　　有許多人和文獻(xiàn)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(gè)空氣開始不存在，而領(lǐng)空也在此結(jié)束的點(diǎn)的可能性。

　　......

　　在漂亮國(guó)空軍中，宇航員是一個(gè)曾經(jīng)在海拔50海里/80公里的高度飛行過的人。

　　這個(gè)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(guó)沒有對(duì)太空的邊界的官方定義。

　　在2005年，三個(gè)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?yàn)樵诋?dāng)時(shí)（20世紀(jì)60年代）他們的飛行高度-90公里和108公里，并非足夠被承認(rèn)為宇航員。

　　但在后來，后者的飛行高度，超越了國(guó)際認(rèn)為太空的邊界。

　　另一個(gè)定義是，在國(guó)際法的討論提出的。

　　此定義根據(jù)在軌航天器，可實(shí)現(xiàn)的最低近地點(diǎn)，而不是一個(gè)給定的高度，來定義太空的邊界。

　　由于大氣對(duì)飛行器的阻力，一個(gè)航天器在無動(dòng)力的情況下，能夠以圓軌道，完成對(duì)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(diǎn)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(yù)告星木森林