خط كارمان

أحد الأسئلة التي لطالما طرحها العلماء والناس العاديون على أنفسهم هو ما إذا كان هناك حدود مقصية بين الغلاف الجوي والفضاء الخارجي. ومن المعروف أن الغلاف الجوي يصبح أرق وأرق حيث يصل إلى ارتفاعات بعيدة عن سطح الأرض حتى يختفي. ومع ذلك ، هناك حد جوي أساسي لأغراض الطيران. يُعرف هذا الحد الجوي بـ خط كارمان.

سنخبرك في هذه المقالة بكل ما تحتاج إلى معرفته خط كارمان وخصائصه وأهميتها.

الملامح الرئيسية

من المعروف أن الغلاف الجوي لا ينتهي فجأة عند ارتفاع معين ومحدد. لقد وجد أن الغلاف الجوي يصبح أرق وأرق مع زيادة الارتفاع. بالنسبة لبعض العلماء ، ينتهي الغلاف الجوي للأرض في المنطقة التي تمتد فيها الطبقات الخارجية للأرض. هذا هو ، هذه الطبقات الخارجية من الغلاف الجوي وهي معروفة باسم الغلاف الحراري والأكسوسفير. إذا كان هذا المفهوم صحيحًا ، فسيصل الغلاف الجوي للأرض حوالي 10.000 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر.

تنخفض كثافة الهواء كلما ارتفعنا في الارتفاع. ولذلك، على هذا الارتفاع تكون كثافة الهواء منخفضة للغاية حتى أنه يمكن اعتباره فضاءً خارجيًا بالفعل. هناك تعريف آخر أكثر دقة لحدود الغلاف الجوي، وهو أن هذه الحدود تنتهي عند أدنى مستويات كثافة الغلاف الجوي. هذا معروف لأن السرعة التي تستطيع الطائرة اكتسابها لتحقيق الرفع الديناميكي الهوائي من خلال الأجنحة والمراوح يجب أن تكون قابلة للمقارنة بالسرعة المدارية لنفس الارتفاع. وباستخدام هذه الحسابات يمكن تحديد الارتفاع بهذه الوسائل للأجنحة ولم تعد صالحة لصيانة السفينة. لذلك، هذا هو المكان الذي سينتهي فيه الغلاف الجوي ويبدأ الفضاء الخارجي.

في مواجهة هذه المخاوف ، ظهر خط كارمان لمعرفة الحد الفاصل بين الغلاف الجوي والفضاء الخارجي.

خط كارمان

تم إنشاء خط كارمان كتعريف تعسفي يعتمد على اعتبارات نوع الطيران. أي يمكن القول أنه الحد الموجود بين الغلاف الجوي والفضاء الخارجي لأغراض الطيران والملاحة الفضائية. على الرغم من طبيعته إلى حد كبير لا يوجد حد على هذا النحو ولكنه يختفي كلما تقدمت في الارتفاع، هناك العديد من المصالح في مجال الطيران والملاحة الفضائية لإنشاء خط كارمان.

لقد تم قبول تعريف خط كارمان من قبل الاتحاد الدولي للملاحة الجوية. يتولى هذا الاتحاد مسؤولية وضع كافة المعايير الدولية والاعتراف بالسجلات في مجال الطيران والفضاء. يبلغ ارتفاع خط كارمان حوالي 100 كيلومتر، لكن 122 كيلومترًا تستخدم كمرجع. المرجع من خط إعادة دخول المركبة الفضائية.

خط كارمان وطبقات الغلاف الجوي

من أجل وضع أهمية خط كارمان هناك في السياق ، لمعرفة موقعه بالنسبة لبقية طبقات الغلاف الجوي. لقد حددنا أن ارتفاعه قدر بما يزيد أو يقل عن 100 كيلومتر فوق مستوى سطح البحر. فرض هذا الارتفاع تيودور فون كارمانومن هنا جاء اسمها. تم إنشاؤه من خلال حساب الارتفاع الذي تصبح عنده كثافة الغلاف الجوي منخفضة للغاية بحيث يجب أن تكون سرعة الطائرة لتحقيق الرفع الجوي باستخدام الأجنحة والمراوح مماثلة للسرعة المدارية لهذا الارتفاع نفسه.

هذا يعني أنه عند الوصول إلى هذا الارتفاع الذي تم إنشاء خط كارمان عنده ، لن تكون الأجنحة صالحة للحفاظ على السفينة لأن كثافة الهواء صغيرة جدًا. ومن المعروف أن الطائرة لا تستطيع البقاء طافية إلا إذا كانت تتحرك باستمرار في الهواء. وبفضل هذا فإن الأجنحة تولد قوة الرفع نظراً لسرعة الحركة في الهواء. لو كانت الطائرة ثابتة في الهواء فلن تتمكن من البقاء في مكانها لأن الكثافة غير كافية.

كلما كان الهواء رقيقًا، يجب على الطائرة أن تسير بشكل أسرع لتوليد ما يكفي من الرفع لتجنب السقوط. وهذا يجعل من المثير للاهتمام معرفة معامل الرفع للجناح للطائرة عند زاوية هجوم معينة. يظل الجسم في مداره فقط طالما أن المكون الطارد المركزي لتسارعه كافٍ لموازنة قوة الجاذبية. نحن نعلم أن الجاذبية تدفع في اتجاه سطح الأرض، لذلك يحتاج الكائن إلى سرعة تمرير أفقي أعلى. إذا انخفضت هذه السرعة ، سينخفض ​​أيضًا مكون الطرد المركزي وستتسبب الجاذبية في انخفاض ارتفاعه حتى يسقط.

المعرفة الجسدية

السرعة المطلوبة للتوازن تسمى السرعة المدارية وتختلف مع ارتفاع المدار. بالنسبة لمكوك الفضاء في مدار حول الأرض ، فإنه يحتاج إلى سرعة مدارية تبلغ حوالي 27.000 كيلومتر في الساعة. في حالة الطائرة التي تحاول التحليق أعلى ، يصبح الهواء أقل كثافة وهذا يجبر الطائرة على زيادة سرعتها لخلق قوة رفع في الهواء.

ومن ثم، فمن المعروف أن خط كارمان هو مفهوم نسبي للغاية من حيث الارتفاع. وبما أن اهتمامها ينصب على الديناميكا الهوائية، فهي لا تتمتع بقدر كبير من الدقة العلمية. يصبح الهواء أقل كثافة وينتهي به الأمر إلى الحصول على مقاومة أقل بكثير والوصول إلى الفضاء الخارجي.

يتم استخدام خط كارمان كمفهوم متعلق بالارتفاع ويجعل من المفيد زيادة سرعة السفر باستخدام من أجل الحصول على رفع ديناميكي هوائي أو تعويض لسحب قوة الجاذبية. عندما نذهب إلى التدريب ، نرى أن كل هذه الاعتبارات تختلف مع زيادة نصف قطر المدار. نعلم أنه كلما زاد نصف قطر المدار ، أصبح لدينا قوة جاذبية أصغر. نتذكر أن الجاذبية هي القوة التي تمارسها الجاذبية على جسم في اتجاه سطح الأرض. ومع ذلك ، فمن المعروف أيضًا أن هناك تسارعًا أكبر للطرد المركزي لنفس السرعة الخطية.

ومن هنا يمكن الاستنتاج أن خط كارمان يهمل هذا التأثير بسبب السرعة المدارية بحيث يكون كافياً للحفاظ على أي ارتفاع بغض النظر عن كثافة الغلاف الجوي.

آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن خط كارمان وخصائصه.