Línea Kármán

La línea de Kármán (o línea de von Kármán / v ɒ n ˈ k ɑːr m ɑː n / ) ^[2] es una definición convencional del borde del espacio . No es universalmente aceptada. El organismo internacional de mantenimiento de registros FAI (Fédération aéronautique internationale) define la línea de Kármán a una altitud de 100 kilómetros (54 millas náuticas; 62 millas; 330.000 pies) sobre el nivel medio del mar .

Aunque recibe su nombre de Theodore von Kármán , quien calculó un límite teórico de altitud para el vuelo de aviones a 83,8 km (52,1 mi) sobre la Tierra, la línea de Kármán establecida posteriormente es más general y no tiene un significado físico distintivo, ya que existe una diferencia bastante gradual entre las características de la atmósfera en la línea y los expertos no están de acuerdo en definir un límite distintivo donde termina la atmósfera y comienza el espacio. Se encuentra muy por encima de la altitud alcanzable por aviones convencionales o globos de gran altitud , y es aproximadamente donde los satélites, incluso en trayectorias muy excéntricas, se desintegrarán antes de completar una sola órbita.

La línea de Kármán se utiliza principalmente con fines legales y reglamentarios para diferenciar entre aeronaves y naves espaciales , que luego están sujetas a diferentes jurisdicciones y legislaciones. Si bien el derecho internacional no define el borde del espacio ni el límite del espacio aéreo nacional, ^{[3] [4]} la mayoría de las organizaciones internacionales y agencias reguladoras (incluidas las Naciones Unidas) aceptan la definición de la línea de Kármán de la FAI o algo parecido. ^[5] Tal como la define la FAI, la línea de Kármán se estableció en la década de 1960. ^[6] Varios países y entidades definen el límite del espacio de manera diferente para diversos fines. ^{[7] [3] [8]}

La FAI utiliza el término línea de Kármán para definir el límite entre la aeronáutica y la astronáutica: ^[6]

• Aeronáutica : Para efectos de la FAI, la actividad aérea, incluidos todos los deportes aéreos, dentro de los 100 km de la superficie de la Tierra.
• Astronáutica : Para efectos de FAI, actividad a más de 100 km sobre la superficie de la Tierra.

Las expresiones " borde del espacio " o "espacio cercano" se utilizan a menudo (por ejemplo, por la FAI en algunas de sus publicaciones) ^[10] para referirse a una región por debajo del límite del espacio exterior, que a menudo también incluye regiones sustancialmente inferiores. Así, ciertos vuelos en globo o avión podrían describirse como "llegar al borde del espacio". En tales afirmaciones, "llegar al borde del espacio" simplemente se refiere a ir más alto de lo que los vehículos aeronáuticos promedio normalmente lo harían. ^{[11] [12]}

Todavía no existe una definición legal internacional de la demarcación entre el espacio aéreo y el espacio exterior de un país. ^[13] En 1963, Andrew G. Haley analizó la línea de Kármán en su libro Space Law and Government . ^[14] En un capítulo sobre los límites de la soberanía nacional , hizo un estudio de las opiniones de los principales escritores. ^{[14] : 82–96} Señaló la imprecisión inherente de la Línea:

La línea representa una medida media o mediana . Es comparable a medidas utilizadas en la ley como el nivel medio del mar , la línea de meandros , la línea de mareas ; pero es más compleja que éstas. Para llegar a la línea jurisdiccional de von Kármán, se deben considerar una miríada 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 otros factores que se unen lógicamente para establecer un punto en el que el aire ya no existe y en el que termina el espacio aéreo . ^{[14] : 78, 9}

En el capítulo final de su autobiografía, Kármán aborda la cuestión del borde del espacio exterior :

El punto de partida del espacio... puede determinarse en realidad por la velocidad del vehículo espacial y su altitud sobre la Tierra. Pensemos, por ejemplo, en el vuelo récord del capitán Iven Carl Kincheloe Jr. en un avión cohete X-2 . Kincheloe voló a 2.000 millas por hora (3.200 km/h) a 126.000 pies (38.500 m), o 24 millas de altura. A esta altitud y velocidad, la sustentación aerodinámica todavía soporta el 98 por ciento del peso del avión, y sólo el dos por ciento es soportado por la inercia, o fuerza de 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: sólo prevalece la inercia. Éste es sin duda un límite físico, donde termina la aerodinámica y comienza la astronáutica , y entonces pensé: ¿por qué no debería ser también un límite jurisdiccional? Andrew G. Haley la ha denominado Línea Jurisdiccional de Kármán. Por debajo de esta línea, el espacio pertenece a cada país. Por encima de este nivel habría espacio libre. ^[15]

La atmósfera no termina de forma abrupta a una determinada altura, sino que se vuelve progresivamente menos densa 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 considerara que la termosfera y la exosfera forman parte de la atmósfera y no del espacio, tal vez habría que extender el límite del espacio hasta al menos 10.000 km (6.200 millas) sobre el nivel del mar. La línea de Kármán es, por tanto, una definición en gran medida arbitraria basada en algunas consideraciones técnicas.

Un avión puede mantenerse en el aire únicamente si se desplaza constantemente hacia adelante en relación con el aire (en lugar de hacerlo con respecto al suelo), de modo que las alas puedan generar sustentación aerodinámica. Cuanto más enrarecido esté el aire, más rápido debe ir el avión para generar suficiente sustentación para mantenerse en el aire. ^[16] A velocidades muy altas, la fuerza centrífuga (fuerza de Kepler) contribuye a mantener la altitud. Esta es la fuerza virtual que mantiene a los satélites en órbita circular sin sustentación aerodinámica.

A medida que aumenta la altitud y disminuye la densidad del aire, aumenta la velocidad necesaria para generar la sustentación aerodinámica suficiente para soportar el peso de la aeronave hasta que la velocidad se vuelve tan alta que la contribución de la fuerza centrífuga se vuelve significativa. A una altitud lo suficientemente alta, la fuerza centrífuga dominará sobre la fuerza de sustentación y la aeronave se convertirá en realidad en una nave espacial en órbita en lugar de una aeronave sustentada por sustentación aerodinámica.

En 1956, von Kármán presentó un artículo en el que analizaba los límites aerotérmicos del vuelo. Cuanto más rápido vuelan los aviones, más calor generan debido al calentamiento aerodinámico por la fricción con la atmósfera y los procesos adiabáticos . Basándose en el estado actual de la técnica , calculó las velocidades y altitudes a las que era posible el vuelo continuo: lo suficientemente rápido como para generar suficiente sustentación y lo suficientemente lento como para que el vehículo no se sobrecalentara. ^[17] El gráfico incluía un punto de inflexión en torno a los 275.000 pies (52,08 mi; 83,82 km), por encima del cual la velocidad mínima colocaría al vehículo en órbita . ^{[18] [19]}

El término "línea de Kármán" fue inventado por Andrew G. Haley en un artículo de 1959, ^[20] basado en el gráfico del artículo de von Kármán de 1956, pero Haley reconoció que el límite de 275.000 pies (52,08 mi; 83,82 km) era teórico y cambiaría a medida que mejorara la tecnología, ya que la velocidad mínima en los cálculos de von Kármán se basaba en la relación velocidad-peso de los aviones actuales, es decir, el Bell X-2 , y la velocidad máxima se basaba en las tecnologías de refrigeración actuales y los materiales resistentes al calor. ^[18] Haley también citó otras consideraciones técnicas para esa altitud, ya que era aproximadamente el límite de altitud para un motor a reacción que respiraba aire basado en la tecnología actual. En el mismo artículo de 1959, Haley también se refirió a 295.000 pies (55,9 mi; 90 km) como la "Línea de von Kármán", que era la altitud más baja a la que se producía oxígeno atómico radical libre . ^[18]

La definición de astronauta de las Fuerzas Armadas de los Estados Unidos 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 anteriormente usaba 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 vuelan en el mismo vehículo. ^[21] Tres pilotos veteranos del X-15 de la NASA ( 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) durante la década de 1960, pero en ese momento no habían sido reconocidos como astronautas. ^[11] La última altitud, alcanzada dos veces por Walker, excede la definición internacional moderna del límite del espacio.

La Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos también reconoce esta línea como un límite espacial: ^[22]

Vuelo suborbital: el vuelo espacial suborbital ocurre cuando una nave espacial llega al espacio pero su velocidad es tal que no puede alcanzar la órbita. Muchas personas creen que para lograr un vuelo espacial, una nave espacial debe alcanzar una altitud superior a los 100 kilómetros (62 millas) sobre el nivel del mar.

Los trabajos de Jonathan McDowell (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian) ^[23] y Thomas Gangale (Universidad de Nebraska-Lincoln) en 2018 ^{[18] [24]} defienden 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 a altitudes de alrededor de 80 a 90 km, además de factores funcionales, culturales, físicos, tecnológicos, matemáticos e históricos. ^{[3] [25]} Más precisamente, el artículo resume:

En resumen, las órbitas circulares sostenidas más bajas posibles son las de una altitud de alrededor de 125 km, pero las órbitas elípticas con perigeos a 100 km pueden sobrevivir durante largos períodos. En cambio, los satélites terrestres con perigeos por debajo de los 80 km tienen muy pocas probabilidades de completar su siguiente órbita. Cabe destacar que los meteoros (que viajan mucho más rápido) suelen desintegrarse en el rango de altitud de 70 a 100 km, lo que se suma a la evidencia de que esta es la región donde la atmósfera cobra importancia.

Estos hallazgos llevaron a la FAI a proponer la celebración de una conferencia conjunta con la Federación Astronáutica Internacional (IAF) en 2019 para "explorar a fondo" la cuestión. ^[10]

Otra definición propuesta en los debates sobre derecho internacional define el límite inferior del espacio como el perigeo más bajo alcanzable por un vehículo espacial en órbita, pero no especifica una altitud. ^[26] Esta es la definición adoptada por el ejército de los EE. UU. ^{[27] : 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), ^[28] mientras que un objeto puede mantener una órbita elíptica con un perigeo tan bajo como aproximadamente 90 km (56 millas) sin propulsión. ^{[ cita requerida ]} El gobierno de los EE. UU. se resiste a los esfuerzos por especificar un límite regulatorio preciso. ^{[29] [30]}

Si bien la línea de Kármán está definida solo para la Tierra, varios científicos han estimado las cifras correspondientes para Marte y Venus . Isidoro Martínez llegó a 80 km (50 millas) y 250 km (160 millas) de altura, respectivamente, ^[31] mientras que Nicolas Bérend llegó a 113 km (70 millas) y 303 km (188 millas). ^[32]

En 2014, Oscar Sharp dirigió The Kármán Line , un cortometraje dramático de acción real británico protagonizado por Olivia Colman como Sarah, una esposa y madre que de repente comienza a levitar hasta que lentamente y eventualmente cruza la línea homónima de Kármán y entra al espacio exterior. ^[33]

• Límite de Armstrong  : altitud a la que el agua hierve a la temperatura corporal
• La línea Kármán - protagonizada por Olivia Colman en Vimeo

• Artículo sobre la línea Kármán en el sitio web de la FAI
• Capas de la atmósfera – NOAA Archivado el 19 de diciembre de 2005 en Wayback Machine
• Vídeo musical "The Kármán Line" con imágenes de la NASA
• Calculadora de línea de Kármán