Warum erwägt die FAI, die Karman-Linie auf 80 km zu senken?

tl;dr: Die FAI tut das, weil sie von Johnathan McDowells Vorschlag überzeugt waren, einen Vorschlag, den er erstmals vor 25 Jahren übermittelte. Die Erklärung der FAI muss sich auf sein aktuelles Papier zu diesem Thema beziehen. ✅

Das Papier endet:

6. Fazit:

Ich habe gezeigt, dass für einen typischen ballistischen Satellitenkoeffizienten die effektive Karman-Linie unabhängig von Sonnen- und Atmosphärenbedingungen nahe (innerhalb von 10 km) 80 km liegt und nicht der derzeit beliebte Wert von 100 km; und dass historische Umlaufbahndaten für tatsächliche künstliche Satelliten bestätigen, dass umlaufende Objekte mehrere Perigäume in Höhen von etwa 80–90 km überleben können. Dieser Höhenbereich steht im Einklang mit der höchsten physikalischen Grenze der Atmosphäre, dh der Mesopause, und mit der 50-Meilen-Grenze der „Astronautenflügel“, die von den Vereinigten Staaten in den ersten Jahren des Weltraumzeitalters vorgeschlagen wurde.

Auf der Grundlage dieser physikalischen, technologischen und historischen Argumente schlage ich daher vor, dass ein Wert von 80 km eine geeignetere Wahl ist, um als kanonischer unterer „Rand des Weltraums“ verwendet zu werden, wenn eine solche Trennlinie zwischen Atmosphäre und Weltraum gewünscht wird .

Hintergrund:

Aus der Frage Sind Raumfahrzeuge jemals unter die Karman-Linie getaucht und haben dann den Raumflug sicher fortgesetzt? :

Der Artikel in A Harvard Astrophysicist Says Outer Space Is Tatsächlich Näher als wir denken von Science Alert (siehe auch Science; Outer space may have just got just got been a bit better ) spricht über den jüngsten Acta Astronautica-Artikel von Jonathan McDowell The edge of space: Revisiting the Karman Zeile , und endet mit dem Witz:

Das bedeutet jedoch nicht, dass sich die gängigen Definitionen bald ändern werden: McDowell schlug seine 80-Kilometer-Grenzlinie erstmals 1994 vor – vor über 25 Jahren. Vielleicht brauchen wir stattdessen einen neuen Begriff dafür: die McDowell-Linie.

Ich denke, die Idee ist, dass, sobald etwas, das sich in der Erdumlaufbahn befand, in einer kreisförmigen Umlaufbahn auf die Karman-Linie fällt , es ein "Toast" ist, da sein Schicksal ziemlich gut besiegelt ist und es Stunden bis höchstens einen Tag hat, bevor es verbrennt.

Früher heißt es im Artikel:

Also zurück zu McDowell. Er wählte für seine vorgeschlagene Grenze die 80-Kilometer-Marke knapp unterhalb der Mesopause – die Grenze zwischen der unteren Mesosphäre und der oberen Thermosphäre und dem kältesten Punkt in der Erdatmosphäre.

Und das liegt an den Satelliten. McDowell analysierte über 90 Millionen Punkte von Orbitaldaten von 43.000 Satelliten, die bis ins Jahr 1957 zurückreichen, und verwendete dabei Archive, die vom nordamerikanischen Luftverteidigungskommando geführt wurden.

Die meisten Satelliten fliegen ziemlich hoch, aber er identifizierte 50, die über zwei oder mehr vollständige Erdumrundungen unterhalb der 100-Kilometer-Marke oder sogar bis zur 80-Kilometer-Marke flogen.

„Wollen Sie sagen, [diese Satelliten sind] alle 2 Stunden im Weltraum und dann nicht im Weltraum?“ sagte er zu Science. "Das scheint nicht sehr hilfreich zu sein."

Analyse:

Ich habe das Blockzitat der FAI-Erklärung in der Frage wie folgt "aufgelistet":

Diese Analysen kombinieren Daten/Modellierungen aus verschiedenen Perspektiven

1. Breitengrade während der Sonnenzyklen
2. theoretische Auftriebskoeffizienten für Satelliten unterschiedlicher Größe/Konfiguration, die von CubeSats bis zur Internationalen Raumstation reichen
3. Elliptische Perigäum/Apogäum-Analyse der tatsächlichen Umlaufzeiten von Satelliten

Schauen wir uns jetzt McDowells Papier an, um zu sehen, ob diese dort angesprochen werden.

1 Breitengradschwankungen während der Sonnenzyklen

Aus dem McDowwell-Papier:

Um die Auswirkung dieser Variationen auf die Funktion z(k) zu verstehen, habe ich Modelle für verschiedene Zeiten und geografische Orte mit einem Code ausgeführt, der das atmosphärische Modell NRL MSISE-00 implementiert [41]. Die Atmosphären wurden in 10-Tages-Intervallen von Januar 1960 bis Januar 2020 berechnet, um mehrere Sonnenzyklen vollständig zu erfassen. An jedem ausgewählten Tag wurden die Atmosphären für 0, 6, 12 und 18 Uhr GMT auf vier Breiten (80 S, 0 N, 45 N und 80 N) und vier Längen (0, 90, 180, 270 E) berechnet. Für jede Epoche wurden tatsächliche oder (für zukünftige Daten) vorhergesagte Sonnenaktivitätsniveaus aus dem Celestrak-Weltraumwetterarchiv [42] [43] verwendet.

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2 theoretische Auftriebskoeffizienten für Satelliten unterschiedlicher Größe/Konfiguration, die von CubeSats bis zur Internationalen Raumstation reichen

Die Abschnitte 5.1 bis 5.3 sind zu lang und tiefgründig, um zu versuchen, hier einen O-Ton zu erzeugen. Das Papier unterliegt keiner Paywall und kann vom Leser eingesehen werden. Ich werde das jedoch zusammenfassen, anstatt mich explizit an die Luftwiderstands- und Auftriebskoeffizienten zu halten$C_D, C_L$McDowell abstrahiert das Problem auf etwas, das er hier als den Karman-Parameter definiert

und fährt fort, einen *fiducial Karman-Parameter basierend auf a zu finden$B_0$von 0,01 m^2/kg, wobei$B$ist nicht der bekannte ballistische Koeffizient$\beta$, sondern ihr Kehrwert$B=C_D A/m$.

Er liefert Werte für$B$von einer Vielzahl extremer Beispiele, von der ISS über Ballons und Dove-CubeSats bis hin zu einer massiven Kugel mit 10 m Durchmesser aus reinem Osmium !

oben: Abb. 2. Bezugspunkt Karman-Parameter versus geodätische Höhe für die US-Standardatmosphäre 1976. Die vertikalen Fehlerbalken fassen die Ergebnisse von Abb. 3, Abb. 4 zusammen und zeigen den Schwankungsbereich der Höhe für einen bestimmten Wert von gefunden in Läufen an des NRL-Atmosphärenmodells für verschiedene Daten, Breiten- und Längengrade.

Beachten Sie, dass basierend auf dieser Analyse der Logarithmus des Referenz-Karman-Parameters bei einer Höhe von 80 Kilometern Null erreicht .

✅ Prüfen!

3 Perigäum/Apogäum-Ellipsenanalyse der tatsächlichen Umlaufzeiten von Satelliten

oben: Abb. 1. Geodätische Höhe von Apogäum und Perigäum über der Zeit für den Zerfall ausgewählter elliptischer Satelliten. Horizontale Linien bei 80 und 100 km sind den Perigäumsdiagrammen überlagert. Trotz lauter Anfälle scheinen diese Satelliten mehrere Perigäumspassagen unter 100 km überstanden zu haben. (a) Satellit 748 (1964-006 B, Elektron 2, 2D Nr. 2); (b) Satellit 12512 (1981-30 A, Molniya-3 Nr. 30); (c) Satellit 14587 (1983–126 A, Kosmos-1518, Oko 6022); (d) Satellit 22189 (1992-069 A, Kosmos-2217, Oko 6059); (e) Satellit 29399 (2006-038 B, Chang Zheng 3 A Y10-Rakete der dritten Stufe); (f) Satellit 38255 (2012-019 B, Rakete Centaur AV-031).

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Um die ausgezeichnete Antwort von uhoh zu ergänzen: Erstens wurde die ursprüngliche Kármán-Linie auf durchschnittlich 57 Meilen (91,5 km) berechnet (der 100-km-Wert dient nur dazu, sie "einprägsamer" zu machen) (siehe Kármán-Linie) und zweitens . Die Kármán-Linie, wo auch immer sie gesetzt wird, kann überhaupt nicht als Grenze zwischen der Atmosphäre und dem Vakuum des Weltraums verwendet werden, da sie nicht nur auf Luft/Vakuum beruht, sondern auch auf Faktoren, die nichts damit zu tun haben, ob Sie es sind in der Luft oder im Vakuum: Masse, Größe, Dichte und Schwerkraft des betreffenden Planeten.

Wenn die Erde eine niedrigere oder höhere Masse hätte, während sie 1 atm beibehält, würde sich die Kármán-Linie ändern, obwohl der atmosphärische Druck gleich bleibt, weil die Umlaufgeschwindigkeit niedriger oder höher wäre. Das ist natürlich vereinfacht, es würden andere Faktoren eine Rolle spielen, aber Sie sehen, dass die Kármán-Linie von Faktoren abhängig ist, die nichts mit Luft/Vakuum zu tun haben.

Es ist auch sinnlos, weil eine kreisförmige Umlaufbahn bei 91,5 oder 100 km überhaupt nicht stabil sein kann, während Perigäume von elliptischen Umlaufbahnen darunter fallen und stabil bleiben können, wie uhoh bemerkt hat.

Ironischerweise hat von Kármán selbst berechnet, dass die Höhe, in der die Atmosphäre zu dünn wird, um einen Flugflug zu unterstützen, 83,6 km (51,9 Meilen) beträgt, was nahe an der von den USA definierten Weltraumgrenze liegt.