Каковы характеристики атмосферы Земли вблизи линии Кармана и почему?

Мне интересно - каков характер атмосферы в районе перехода в космос на линии Кармана?

Нетрудно найти упоминания с использованием таких терминов, как «в атмосфере» и «вне атмосферы», как будто существует какая-то достаточно четкая граница. Например, в этой статье на сайте spaceflight101.com о проблеме недостаточной производительности ракеты-носителя при запуске Atlas V космического корабля Cygnus для OA-6 говорится: «…Centaur во время миссии во вторник гораздо дольше сохранял вертикальное положение, просто чтобы избежать атмосфера." Это рисует в моем сознании картину довольно четкой границы.

Очевидно, что атмосфера газообразна, поэтому нет ни поверхностного натяжения, ни поверхности, поэтому граница не может быть такой резкой, как нахождение «в океане» и «вне океана» — но действительно ли это достаточно разумная аналогия? Все ли более тяжелые газы в атмосфере имеют тенденцию к объединению, так что существует довольно резкая точка отсечки, выше которой плотность резко падает? Например, ниже высоты X плотность атмосферы аппроксимируется функцией 1, тогда как выше высоты X плотность аппроксимируется функцией 2.

С другой стороны, в статье Википедии о линии Кармана четко сказано: «Атмосфера не заканчивается резко на какой-либо заданной высоте, а постепенно становится тоньше с высотой». Опять же, очевидно, что, поскольку это газ и нет поверхностного натяжения, настоящей «поверхности» не существует — но для целей космического полета есть ли что-то относительно близкое к этому? (И является ли линия Кармана довольно близким приближением к тому, где это могло бы произойти?)

Ответы (2)

Границы нет вообще, просто воздух становится все более разреженным. Линия Кармана — это произвольная точка отсчета, в которой самолет не может создать достаточную подъемную силу, чтобы оставаться в воздухе со скоростью ниже орбитальной.

Существуют разные слои атмосферы с несколько разными характеристиками возникновения, но они не сильно меняют общее постепенное разрежение воздуха с высотой и не оказывают большого влияния на характеристики пролетающих через них ракет.

На этом изображении видно, что на кривой плотности есть небольшой излом на высоте 80-90 км, но обратите внимание на логарифмическую шкалу слева: в любом случае плотность практически равна нулю.

введите описание изображения здесь

Использование бинарного различия «в атмосфере» и «вне атмосферы» при обсуждении пусковых установок является неформальным. В типичной двухступенчатой ​​ракете-носителе первая ступень доставит вас с уровня моря на большую высоту; это имеет значительные последствия, поэтому мы говорим, что ступень должна быть «предназначена для полета в атмосфере». Конструкция верхней ступени может быть не в состоянии полностью игнорировать атмосферу, но большую часть своей работы она будет выполнять при давлении в микробарах или ниже, поэтому мы говорим, что она «предназначена для полета вне атмосферы». Ракета в целом проведет в переходе всего несколько минут.

Спасибо! Таким образом, получается, что до диапазона 80-90 км плотность массы экспоненциально уменьшается, и в этот момент она меняется на что-то другое. При дальнейшем рассмотрении это оказывается вблизи мезопаузы (границы между мезосферой и термосферой) и турбопаузы (точки, ниже которой турбулентность постоянно перемешивает атмосферу, что приводит к относительно постоянной смеси N2 и O2).
Я бы сказал, что он все еще экспоненциально уменьшается, но с другим показателем. ;)
@orulz: Хотя можно наблюдать некоторые изменяющиеся свойства атмосферы, концепция линии Кармана заимствована из авиации, согласно первому абзацу Рассела, поскольку вес самолета в полете компенсируется аэродинамической подъемной силой + центробежной силой, обе пропорциональны скорости (но только поднять до плотности воздуха), на этой высоте плотность воздуха падает до точки, где центробежная сила начинает составлять 100% силы, противодействующей весу.

Вопреки ответу Рассела Борогова, в линии Кармана есть что-то очень важное. Это более или менее то, где верхний (и более значительный) минимум, который грубо отделяет мезосферу от термосферы (мезопауза), и, что не случайно, поверхность, которая различает, является ли турбулентное перемешивание или молекулярная диффузия доминирующим атмосферным процессом (турбопауза) , а также не случайно, где температура снова начинает расти с увеличением высоты.

Хотя отметка в 100 км несколько условна, возможно, нечеткая граница действительно существует. Вы, конечно, можете увидеть эту границу на графике температуры в ответе Рассела Борогова. Его график показывает заметное изменение температуры на высоте 90 км. (Где это происходит, зависит от времени года, широты и автора статьи.)

Изменения градиента температуры и поведения атмосферы оказывают заметное влияние на низкоорбитальные аппараты. Транспортное средство, по существу, движется по орбите выше этой линии. (Возможно, ненадолго, но он находится на орбите.) Под ним он входит в атмосферу. Экспоненциальное увеличение давления означает, что где-то вблизи этой точки сопротивление довольно внезапно начинает доминировать над гравитацией.

Каковы характеристики атмосферы Земли вблизи линии Кармана и почему?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v