카르만 선

Kármán line
국제우주정거장에서 촬영한 지구 대기. 오렌지색의 공기선은 카르만선보다 약간 높은 고도(140~170km)에 있습니다.

카르만 선(, von Karmán line / v ɒ ˈk ɑːrm ɑːn / )은 국제 기록 기구인 국제 항공 기구(FAI)가 평균 해발 100km(54해리, 62마일, 33,000피트)에서 설정한 지구 대기와 우주 사이의 전통적인 경계입니다. 그러나 공간의 가장자리에 대한 이러한 정의는 보편적으로 채택되지는 않습니다.

카르만 선은 전체적으로 대기의 특성에 눈에 띄는 변화가 없다는 점에서 특별한 물리적 의미는 없지만, 항공기와 우주선은 서로 다른 관할권과 법률의 적용을 받기 때문에 법적, 규제적 목적에서 중요합니다. 국제법은 공간의 가장자리, 즉 국가 공역의 한계를 정의하지 않습니다.[2][3]

이 선은 기존의 비행기나 고도가 높은 풍선이 도달할 수 있는 고도보다 훨씬 위에 위치하며, 매우 편심한 궤도에서도 위성이 단일 궤도를 완성하기 전에 붕괴되는 대략적인 지점입니다.

전문가들은 정확하게 어디에서 분위기가 끝나고 공간이 시작되는지에 대해 의견이 일치하지 않지만, 대부분의 규제 기관(유엔 포함)은 FAI의 카르만 라인 정의 또는 그에 근접한 것을 받아들입니다.[4] FAI에 의해 정의된 바와 같이 카르만선은 1960년대에 설립되었습니다.[5] 다양한 국가와 주체는 다양한 목적으로 공간의 경계를 다르게 정의합니다.[6][2][7]

카르만 선(Kármán line)은 헝가리계 미국인 공학자이자, 항공 및 우주론 분야에서 활동했던 물리학자인 테오도르 폰 카르만(Theodore von Kármán, 1881~1963)의 이름을 따서 지어졌습니다. 1957년, 그는 비행기 비행을 위한 고도의 이론적 한계를 계산하는 시도를 한 최초의 사람이었습니다.

정의.

A dark blue shaded diagram subdivided by horizontal lines, with the names of the five atmospheric regions arranged along the left. From bottom to top, the troposphere section shows Mount Everest and an airplane icon, the stratosphere displays a weather balloon, the mesosphere shows meteors, and the thermosphere includes an aurora and the Space Station. At the top, the exosphere shows only stars.
카르만 선이 표시된 지구 대기의 층은 (스케일링이 아닌)[8]

FAI는 카르만 선(Kármán line)이라는 용어를 사용하여 항공학과 우주학의 경계를 정의합니다.[5]

  • 항공학: FAI 목적으로 지구 표면에서 100km 이내의 모든 항공 스포츠를 포함한 공중 활동을 합니다.
  • 우주 비행사: FAI 목적을 위해 지구 표면에서 100km 이상의 활동을 합니다.

정의의 해석

"공간의 가장자리" 또는 "근접 공간"이라는 표현은 종종 (예를 들어, 일부 출판물에서 FAI에 의해)[9] 우주의 경계 아래에 있는 지역을 지칭하는 데 사용되며, 이는 종종 실질적으로 더 낮은 지역도 포함합니다. 따라서, 어떤 풍선이나 비행기는 "우주의 가장자리에 도달하는 것"으로 묘사될 수 있습니다. 이러한 진술에서 "우주의 가장자리에 도달하는 것"은 일반적으로 일반적인 항공기보다 더 높이 가는 것을 의미합니다.[10][11]

한 국가의 공중 공간과 우주 공간 사이의 경계에 대한 국제법적 정의는 아직 없습니다.[12] 1963년 앤드류 G. 헤일리(Andrew G. Haley)는 그의 책 우주법과 정부에서 카르만 선에 대해 논의했습니다.[13] 국권의 한계에 관한 장에서 그는 주요 작가들의 의견을 조사했습니다.[13]: 82–96 그는 라인의 본질적인 부정확성을 다음과 같이 지적했습니다.

선은 평균 또는 중위수 측정을 나타냅니다. 그것은 평균 해수면, 구불구불한 선, 조수선과 같은 법에서 사용되는 조치와 유사하지만 이것들보다 더 복잡합니다. 폰 카르만 관할선에 도착할 때는 공기역학적 상승 요인 외에 무수히 많은 요인을 고려해야 합니다. 이러한 요인들은 매우 많은 문헌과 다수의 논평가들에 의해 논의되어 왔습니다. 여기에는 공기의 물리적 구성, 생물학적 및 생리적 생존력, 그리고 공기가 더 이상 존재하지 않는 지점과 공역이 끝나는 지점을 설정하기 위해 논리적으로 결합하는 다른 요소들이 포함됩니다.[13]: 78, 9

카르만의 코멘트

카르만은 자서전의 마지막 장에서 우주의 가장자리에 대한 문제를 다음과 같이 언급합니다.

우주가 시작되는 곳은... 실제로 우주선의 속도와 지구 위의 고도에 의해 결정될 수 있습니다. 예를 들어, X-2 로켓 비행기를 탄 Iven Carl Kincheloe Jr. 선장의 기록적인 비행을 생각해 보세요. 킨첼로는 시속 2000마일(시속 3,200km)로 126,000피트(38,500m), 즉 24마일을 날아 올랐습니다. 이 고도와 속도에서 공기역학적 양력은 여전히 비행기 무게의 98%를 운반하며, 오직 2%만이 관성, 즉 우주 과학자들이 말하는 케플러 힘에 의해 운반됩니다. 그러나 300,000피트(91,440m) 또는 57마일 상공에서는 더 이상 양력에 기여할 공기가 없기 때문에 이 관계가 역전됩니다. 관성만 우세합니다. 이것은 확실히 물리적인 경계인데, 공기역학이 멈추고 우주비행이 시작되는 곳인데, 왜 이것도 관할의 경계가 되어서는 안 되냐고 생각했습니다. 앤드류 G. 헤일리는 이것을 카르만 관할선이라고 불렀습니다. 이 선 아래의 공간은 각 국가의 것입니다. 이 층 위에는 여유 공간이 있습니다.[14]

기술적 고려사항

대기는 주어진 높이에서 갑자기 끝나는 것이 아니라 고도에 따라 점차 밀도가 낮아집니다. 또한 지구 주변의 공간을 구성하는 다양한 층들이 어떻게 정의되는지에 따라(그리고 이 층들이 실제 대기의 일부로 간주되는지에 따라), 우주의 가장자리에 대한 정의는 상당히 달라질 수 있습니다. 만약 어떤 사람이 열권과 외기권을 우주가 아니라 대기의 일부라고 생각한다면, 사람은 최소한 해수면 위 10,000 km (6,200 마일)까지 우주의 경계를 확장해야 할지도 모릅니다. 따라서 카르만 선은 몇 가지 기술적 고려 사항에 기초한 대부분 임의의 정의입니다.

항공기는 (지상이 아닌) 공기에 대해 상대적으로 지속적으로 전진함으로써 날개가 공기역학적 양력을 발생시킬 수 있을 뿐입니다. 공기가 희박할수록 비행기는 더 빨리 가야만 깨어있을 수 있는 충분한 양력을 생성할 수 있습니다.[15] 매우 빠른 속도에서는 원심력(케플러 힘)이 고도를 유지하는 데 기여합니다. 이것은 공기역학적 양력 없이 위성을 원형 궤도에 유지시키는 가상의 힘입니다.

고도가 증가하고 공기 밀도가 감소함에 따라 항공기 중량을 지탱할 수 있는 충분한 공기역학적 양력을 생성할 수 있는 속도가 증가하여 원심력 기여도가 크게 될 때까지 증가합니다. 충분히 높은 고도에서 원심력이 양력보다 우세하고 항공기는 공기역학적 양력으로 뒷받침되는 항공기 대신 사실상 선회 우주선이 될 것입니다.

1956년 폰 카르만은 비행에 대한 공기열 한계에 대해 논의한 논문을 발표했습니다. 항공기는 비행 속도가 빠를수록 대기와의 마찰과 단열 과정에서 발생하는 공기역학적 발열로 인해 더 많은 열이 발생합니다. 그는 현재의 기술을 바탕으로 연속 비행이 가능한 속도와 고도를 계산했습니다. 충분한 양력이 발생할 정도로 빠르고 차량이 과열되지 않을 정도로 느립니다.[16] 차트에는 최소 속도가 차량을 궤도에 올려 놓을 수 있는 약 275,000 피트(52.08 마일; 83.82 km)의 변곡점이 포함되어 있었습니다.[17][18]

"카르만 선"이라는 용어는 1959년 논문에서 Andrew G. Haley에 의해 발명되었는데,[19] 이는 폰 카르만의 1956년 논문의 도표에 기초한 것입니다. 그러나 Haley는 275,000 피트 (52.08 마일; 83.82 km)의 한계가 이론적이며 기술이 발전함에 따라 변할 것이라는 것을 인정했습니다. 폰 카르만의 계산에서 최소 속도는 현재 항공기, 즉 벨 X-2의 속도와 현재 냉각 기술 및 내열 재료를 기반으로 한 최대 속도를 기반으로 한 것입니다.[17] Haley는 또한 현재 기술을 기반으로 한 공기 호흡 제트 엔진의 고도 한계이기 때문에 그 고도에 대한 다른 기술적 고려 사항을 언급했습니다. 1959년 논문에서 헤일리는 295,000 피트 (55.9 마일, 90 km)를 자유 라디칼 원자 산소가 발생한 가장 낮은 고도인 본 카르만 선(von Karmán Line)이라고 부르기도 했습니다.[17]

FAI 정의의 대안

대기 가스는 다른 파장보다 파란 파장의 가시광선을 더 많이 산란시켜 지구의 가시광선 가장자리에 파란 후광을 줍니다. 달이 후광 뒤에 보입니다. 점점 더 높은 고도에서 대기는 매우 희박해져서 근본적으로 존재하지 않게 됩니다. 대기의 후광은 점차 우주의 암흑 속으로 사라집니다.

우주비행사에 대한 미군의 정의는 중간권과 열권 사이의 선인 평균 해수면 위 50마일(80km) 이상을 비행한 사람입니다. NASA는 이전에 FAI의 100킬로미터(62마일)의 수치를 사용했지만, 이것은 군인들과 민간인들이 같은 차량을 타고 비행하는 것 사이의 불일치를 없애기 위해 2005년에 변경되었습니다.[20] 3명의 베테랑 NASA X-15 조종사 (John B. McKay, William H. Dana, Joseph Albert Walker)는 1960년대에 90km(56마일)에서 108km(67마일) 사이를 비행했지만 그 당시에는 우주비행사로 인정되지 않았기 때문에 소급하여(사후에 두 명) 그들의 우주비행사 날개를 수여받았습니다.[10] 워커가 두 번 달성한 후자의 고도는 공간의 경계에 대한 현대 국제적 정의를 능가합니다.

미국 연방항공청도 이 선을 우주 경계로 인정하고 있습니다.[21]

아궤도 비행: 아궤도 우주 비행은 우주선이 우주에 도달했지만 속도가 너무 빨라 궤도에 도달할 수 없을 때 발생합니다. 많은 사람들은 우주 비행을 달성하기 위해서는 우주선이 해수면 위 100 킬로미터 (62 마일) 보다 높은 고도에 도달해야 한다고 믿고 있습니다.

조나단[17][23] 맥도웰(하버드-스미스소니언 천체물리학 센터)[22]과 토마스 갠게일(네브래스카-링컨 대학교)의 2018년 연구는 우주의 경계가 80km(50마일; 26만 피트)에 있어야 한다고 주장하며 폰 카르만의 원본 노트와 계산(경계는 270,000 피트여야 한다는 결론)을 증거로 인용합니다. 궤도를 도는 물체가 약 80~90km 고도에서 여러 주변 지역에서 생존할 수 있다는 사실과 더불어 기능적, 문화적, 물리적, 기술적, 수학적, 역사적 요인도 확인할 수 있습니다.[2][24] 보다 정확하게, 이 논문은 다음과 같이 요약합니다.

요약하면, 가장 낮은 지속적인 원형 궤도는 125 km 고도이지만, 100 km의 근일점을 가진 타원 궤도는 장기간 생존할 수 있습니다. 이와는 대조적으로, 근일점이 80 킬로미터 이하인 지구 위성들은 다음 궤도를 완성할 가능성이 매우 낮습니다. 주목할 만한 점은 운석이 보통 고도 70~100km 범위에서 분해된다는 것인데, 이 지역이 대기가 중요해지는 지역이라는 증거를 추가한 것입니다.

이러한 연구 결과로 인해 FAI는 2019년 국제 우주 연맹(IAF)과 공동 회의를 개최하여 이 문제를 "완전하게 탐구"할 것을 제안했습니다.[9]

국제법 논의에서 제안된 또 다른 정의는 우주의 하부 경계를 궤도 우주선이 도달할 수 있는 가장 낮은 경계로 정의하지만 고도를 명시하지는 않습니다.[25] 이것은 미군이 채택한 정의입니다.[26]: 13 대기 항력으로 인해 원형 궤도에 있는 물체가 추진력 없이 적어도 한 번의 완전한 회전을 완료할 수 있는 최저 고도는 약 150km(93마일)인 반면, 물체는 추진력 없이 약 90km(56마일)만큼 낮은 근위부로 타원 궤도를 유지할 수 있습니다.[citation needed] 미국 정부는 정확한 규제 경계를 명시하려는 노력에 저항하고 있습니다.[27][28]

다른 행성의 경우

카르만 선은 지구에 대해서만 정의되어 있지만, 화성과 금성에 대해서 계산하면 각각 약 80 km (50 마일)와 250 km (160 마일)의 높이가 될 것입니다.[29]

참고 항목

참고문헌

  1. ^ "von-karman". Dictionary.com Unabridged (Online). n.d.
  2. ^ a b c Voosen, Paul (2018-07-24). "Outer space may have just gotten a bit closer". Science. doi:10.1126/science.aau8822. S2CID 126154837. Retrieved April 1, 2019.
  3. ^ 하우드, 윌리엄; "리처드 브랜슨과 버진 갤럭틱이 우주 비행을 성공적으로 마쳤습니다", CBS 뉴스, 2021-07-12
  4. ^ "The Kármán Line: Where does space begin?". 5 March 2021.
  5. ^ a b Sanz Fernández de Córdoba, Dr. S. (2004-06-24). "The 100 km Boundary for Astronautics". Fédération aéronautique internationale. Retrieved 28 December 2020.
  6. ^ Drake, Nadia (2018-12-20). "Where, exactly, is the edge of space? It depends on who you ask". National Geographic. Archived from the original on March 4, 2021. Retrieved 2021-07-14.
  7. ^ "Air Force Guidance Memorandum to AFMAN 11-402" (PDF). Department of the Air Force. 2021-05-27. Retrieved July 13, 2021.
  8. ^ 대기층, 기상청 제트스트림 – 기상을 위한 온라인 스쿨
  9. ^ a b "Statement about the Karman Line". Fédération aéronautique internationale (World Air Sports Federation). 2018-11-30. Retrieved April 1, 2019.
  10. ^ a b Levine, Jay (2005-10-21). "A long-overdue tribute". NASA. Retrieved 2006-10-30.
  11. ^ "World Book @ NASA". NASA. Archived from the original on May 4, 2009. Retrieved 2006-10-18.
  12. ^ 국제법: Boleslaw Adam Boczek 사전; 허수아비 출판사, 2005; 239페이지: "공역과 우주 공간 사이의 법적인 경계를 설정하는 것이 가능한지 혹은 유용한지에 대한 문제는 꽤 오래 전부터 학설에서 논의되어 왔습니다. … 고정된 공역에 대한 합의는 존재하지 않습니다 – 우주 경계…"
  13. ^ a b c 헤일리, 앤드류 G. (1963) 우주법과 정부, 애플턴 세기의 크로프츠
  14. ^ 폰 카르만, 테오도르; 에드손, 리 (1967). 바람과 저 너머, 343쪽
  15. ^ Benson, Tom, ed. (2014-06-12). "The Lift Equation". Glenn Research Center. National Aeronautics and Space Administration. Archived from the original on 2015-03-17. Retrieved 2015-03-14.
  16. ^ Theodore von Karmán, 공기역학적 가열 – 항공학의 온도 장벽, PROC. 고온 심포지엄, 버클리, 캘리포니아 (1956).
  17. ^ a b c d Gangale, Thomas (2017). "The Non Kármán Line: An Urban Legend of the Space Age" (PDF). Journal of Space Law. 41 (2): 155. Archived from the original (PDF) on 24 May 2021.
  18. ^ Grush, Loren (2018-12-13). "Why defining the boundary of space may be crucial for the future of spaceflight". The Verge. Retrieved April 1, 2019.
  19. ^ 앤드류 G. 헤일리, 우주 탐험: 오늘, 내일 그리고 미래의 문제들, 2 PROC. OUTER SPACE 49 (1959) L.
  20. ^ Jenkins, Dennis R. (2005-10-21). "NASA – Schneider walks the Walk [A word about the definition of space]". www.nasa.gov. NASA. Retrieved 19 October 2018.
  21. ^ "우주: 상업용 우주 교통 면허증: 인간 우주 비행(또는 승무원 우주 비행이라고도 함)", [미국] 연방 항공국, 2021-03-16
  22. ^ McDowell, Jonathan C. (2018). "The edge of space: Revisiting the Karman Line". Acta Astronautica. 151: 668–677. arXiv:1807.07894. Bibcode:2018AcAau.151..668M. doi:10.1016/j.actaastro.2018.07.003.
  23. ^ Gangale, Thomas (2018). How High the Sky? The Definition and Delimitation of Outer Space and Territorial Airspace in International Law. Studies in Space Law. Vol. 13. Leiden, The Netherlands: Koninklijke Brill NV. doi:10.1163/9789004366022. ISBN 978-90-04-36602-2. S2CID 135092905.
  24. ^ Specktor, Brandon (2018-07-25). "The Edge of Space Just Crept 12 Miles Closer to Earth". Live Science. Retrieved April 1, 2019.
  25. ^ "Space Environment and Orbital Mechanics". Army Space Reference Text. United States Army. 2000. Archived from the original on April 18, 2012. Retrieved April 24, 2012. Where Space Begins: There is no formal definition of where space begins. International law, based on a review of current treaties, conventions, agreements and tradition, defines the lower boundary of space as the lowest perigee attainable by an orbiting space vehicle. A specific altitude is not mentioned. By international law standards aircraft, missiles and rockets flying over a country are considered to be in its national airspace, regardless of altitude. Orbiting spacecraft are considered to be in space, regardless of altitude.
    U.S. definition: The U.S. government defines space in the same terms as international law.
  26. ^ National Security Space Institute in conjunction with U.S. Army Command and General Staff College (2006). U.S. Military Space Reference Text. National Security Space Institute. Retrieved April 1, 2019 – via Homeland Security Digital Library.
  27. ^ King, Matthew T. (2016). "Sovereignty's Gray Area: The Delimitation of Air and Space in the Context of Aerospace Vehicles and the Use of Force". Journal of Air Law and Commerce. 81 (3): 377–497 [p. 432].
  28. ^ "Delegation of the U.S., Statement on the Definition and Delimitation of Outer Space and the Character and Utilization of the Geostationary Orbit, to the Comm. on the Peaceful Uses of Outer Space, Legal Subcomm. of Its Fortieth Session (Apr. 2–13, 2001)". Archived from the original on 2020-03-28. Retrieved 2019-11-21. With respect to the question of the definition and delimitation of outer space, we have examined this issue carefully and have listened to the various statements delivered at this session. Our position continues to be that defining or delimiting outer space is not necessary. No legal or practical problems have arisen in the absence of such a definition. On the contrary, the differing legal regimes applicable in respect of airspace and outer space have operated well in their respective spheres. The lack of a definition or delimitation of outer space has not impeded the development of activities in either sphere.
  29. ^ Martínez, Isidoro; Wayback Machine에서 보관된 우주 환경 2021-07-09

외부 링크