第087章 卡門外層空間

在卡門自傳的最後一章，卡門敘述了有關外層空間的問題。

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至於空間，我們應該定為多高呢？

其實，根據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X2型火箭飛機。

以這架X2的飛行記錄來說吧，X2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，由於不再有什麼空氣產生升力，上述關係就會顛倒過來，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於每一個國家，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，大氣層並不會在某個海拔高度，突然消失。

因為對於大氣層，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km3300萬英尺的天空。

只有卡門線則是一條相對突兀的，基於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，從而機翼能夠產生支援飛機的升力。

而空氣越稀薄，產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，則是憑藉所產生的離心力，與重力相互平衡。

當其速度減慢時，由於重力作用，執行高度將會下降。

於是使航天器在某個軌道上能夠穩定執行的速度，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，或其他執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，就是這個支援飛機，以全重氣動飛行，所需要最低速度等於軌道速度的高度。

假定飛機翼載在典型翼載的範圍內。

實際上，支援全重飛行所需要的速度，並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於地心升力。

然而，卡門線的定義則忽略了這種效應。

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1220萬。

僅管計算結果並非恰好是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，因為整十的數更好記。

而且，由於式中的引數，會因時因地發生一些微小的變化，計算結果也並不恆定。

後來，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。

這個建議一經採用，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，對於FAI來說，在離開地球表面100公里內的，空中的活動，包括所有的空中運動，都稱為航空。

航天，對於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的海拔100公里的分界線，以下的一個區域的術語。

當然，使用這個術語時，也常常包括了一些顯著低於此分界線的區域。

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，高於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，討論了卡門線有關的問題。

在“極限”這一章中，他對主要作家的觀點，做了一個調查。

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，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，而領空也在此結束的點的可能性。

在漂亮國空軍中，宇航員是一個曾經在海拔50海里80公里的高度飛行過的人。

這個的高度大致位於中間層與熱層之間。

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X15的飛行員，分別是JohnBMcKay，WilliamHDanaandJosephAlbertWalker。

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，並非足夠被承認為宇航員。

但在後來，後者的飛行高度，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。

此定義根據在軌航天器，可實現的最低近地點，而不是一個給定的高度，來定義太空的邊界。

由於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，則由於大氣太過稀薄，而不能夠衍射足夠的光，所以完全是黑色。

未完待續。

第088章預告星木森林