第087章 卡门外层空间

　　在卡门自传的最后一章，卡门叙述了有关外层空间的问题。

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　　至于空间，我们应该定为多高呢？

　　......其实，根据空间飞行器的飞行速度，和飞行高度就能够确定空间的起始位置。

　　比如伊凡·金契罗上尉驾驶的X-2型火箭飞机。

　　以这架X-2的飞行记录来说吧，X-2的飞行速度，为每小时3200公里，高度为3万8千米。

　　在这个高度上，飞行速度产生的空气动力升力，承载了98%的飞机重量。

　　而航天学家称为开普勒力的离心力，却只承载了2%的飞机重量。

　　但是到了9万米高度，由于不再有什么空气产生升力，上述关系就会颠倒过来，只有离心力支承飞机的重量了。

　　而这个高度当然就是物理学上的边界了。

　　在边界以上，空气动力学就无效，航天学开始发挥作用。

　　因此，我认为完全可以把这个高度定为法定分界线。承蒙安德鲁·哈雷好意，把这个边界称为法定的卡门分界线。

　　以此，国际普遍认为分界线以下的空间属于每一个国家，分界线以上为自由空间。

　　......

　　众所周知，海拔高度越高，大气层越稀薄。

　　但是，大气层并不会在某个海拔高度，突然消失。

　　因为对于大气层，由哪些分层组成有许多种解释，目大气层与外层空间的边界，也有许多种定义。

　　假使我们把热层和散逸层，当作大气层的一部分，而不是外层空间的一部分，那升大气层的边界就可以延伸到海拔高度约1万km/3300万英尺的天空。

　　只有卡门线则是一条相对突兀的，基于以下考虑而定义的分界线：

　　飞机之所以能够停留空中，是因为飞机与其周围的空气，有一定的相对速度/真实空速，从而机翼能够产生支持飞机的升力。

　　而空气越稀薄，产生足够的升力所需要的空速就越大。

　　在轨的航天器能够停留在轨道上，则是凭借所产生的离心力，与重力相互平衡。

　　当其速度减慢时，由于重力作用，运行高度将会下降。

　　于是使航天器在某个轨道上能够稳定运行的速度，就被称为轨道速度。

　　且轨道速度随轨道高度的变化而变化。

　　例如国际空间站，或其他运行在低地球轨道的航天器，它们的轨道速度大约是每小时2万7千公里/每小时1万7千英里。

　　随飞机的飞行高度上升，空气越来越稀薄，空气能够提供的升力与越来越少。。

　　为了保证飞机能够飞行在空中，所需要的速度也越来越大了。

　　按此趋势，保证飞机能够飞行在空中所需要的速度，将在某一高度达到该高度的轨道速度。

　　所以卡门线，就是这个支持飞机，以全重气动飞行，所需要最低速度等于轨道速度的高度。

　　假定飞机翼载在典型翼载的范围内。

　　实际上，支持全重飞行所需要的速度，并不一定能够维持飞机的飞行高度不变。

　　而这是因为在飞机达到轨道速度时，地球的非典型球体特性增加了飞机的垂直于地心升力。

　　然而，卡门线的定义则忽略了这种效应。

　　因为轨道速度的定义，隐含了在轨道速度下。

　　即使忽略空气密度，在任意给定高度，也足以维持高度不变的特性。

　　因此卡门线也是轨道速度提供了足够的气动升力，使飞行器能够沿直线飞行，而不必遵循地球表面的曲率，做类圆周运动的最高高度。

　　当海拔高度达到100公里以上时，空气密度大约是地球表面的空气密度1/220万。

　　......

　　仅管计算结果并非恰好是100公里，但卡门仍建议将海拔100公里，指定为外太空与地球大气层的界线，因为整十的数更好记。