Línea de Kármán

La línea de Kármán (o línea de von Kármán / v ɒ n ˈ k ɑːr m ɑː n / ) ^{[ 2 ]} es una definición convencional del borde del espacio ; es ampliamente aceptada, pero no universalmente. El organismo internacional de registro de récords FAI (Fédération aéronautique internationale) define la línea de Kármán a una altitud de 100 kilómetros (54 millas náuticas; 62 millas; 328 084 pies) sobre el nivel medio del mar .

Aunque recibe su nombre de Theodore von Kármán , quien calculó un límite teórico de altitud para el vuelo en avión de 83,8 km (52,1 millas) sobre la Tierra, la línea de Kármán, establecida posteriormente, es más general y carece de un significado físico definido, ya que existe una diferencia gradual entre las características de la atmósfera en dicha línea, y los expertos discrepan sobre la definición de un límite preciso donde termina la atmósfera y comienza el espacio. Se sitúa muy por encima de la altitud alcanzable por aviones convencionales o globos de gran altitud , y es aproximadamente donde los satélites, incluso en trayectorias muy excéntricas, se desintegran antes de completar una sola órbita.  

La línea de Kármán se utiliza principalmente con fines legales y reglamentarios para diferenciar entre aeronaves y naves espaciales , que están sujetas a distintas jurisdicciones y legislaciones. Si bien el derecho internacional no define el límite del espacio ni el límite del espacio aéreo nacional, ^{[ 3 ] [ 4 ]} la mayoría de las organizaciones internacionales y agencias reguladoras (incluidas las Naciones Unidas) aceptan la definición de la línea de Kármán de la FAI o una similar. ^{[ 5 ]} Según la definición de la FAI, la línea de Kármán se estableció en la década de 1960. ^{[ 6 ]} Varios países y entidades definen el límite del espacio de manera diferente para diversos fines. ^{[ 7 ] [ 3 ] [ 8 ]}

La FAI utiliza la línea de Kármán para establecer un límite formal entre los ámbitos de la aeronáutica y la astronáutica . Según sus definiciones, cualquier actividad aérea o deporte aéreo que se realice dentro de los 100  kilómetros de la superficie terrestre se clasifica como aeronáutica, mientras que cualquier actividad realizada por encima de ese umbral de 100 kilómetros se considera astronáutica. ^{[ 6 ]}

Las expresiones « borde del espacio » o « espacio cercano » se utilizan a menudo (por ejemplo, por la FAI en algunas de sus publicaciones) ^{[ 10 ]} para referirse a una región por debajo del límite del espacio exterior, que suele incluir también regiones considerablemente más bajas. Así, ciertos vuelos en globo o avión podrían describirse como «alcanzar el borde del espacio». En tales afirmaciones, «alcanzar el borde del espacio» simplemente se refiere a ir más alto de lo que suelen volar los vehículos aeronáuticos promedio. ^{[ 11 ] [ 12 ]}

Todavía no existe una definición jurídica internacional de la demarcación entre el espacio aéreo de un país y el espacio ultraterrestre. ^{[ 13 ]} En 1963, Andrew G. Haley analizó la línea de Kármán en su libro Derecho espacial y gobierno . ^{[ 14 ]} En un capítulo sobre los límites de la soberanía nacional , realizó un estudio de las opiniones de los principales autores. ^{[ 14 ] : 82–96} Indicó la imprecisión inherente de la Línea:

En esencia, la línea representa una medida media o mediana . Es comparable a medidas utilizadas en derecho como el nivel medio del mar , la línea de meandro o la línea de marea ; pero es más compleja. Para determinar la línea jurisdiccional de von Kármán, deben considerarse numerosos factores, además del de la sustentación aerodinámica. Estos factores han sido objeto de un extenso análisis en la literatura y por parte de numerosos comentaristas. Incluyen la constitución física del aire , la viabilidad biológica y fisiológica, y otros factores que, lógicamente, se combinan para establecer un punto donde el aire deja de existir y donde termina el espacio aéreo . ^{[ 14 ] : 78–79}

En el capítulo final de su autobiografía, Kármán aborda la cuestión de los límites del espacio exterior :

El punto donde comienza el espacio... puede determinarse, en realidad, por la velocidad de la nave espacial y su altitud sobre la Tierra. Consideremos, por ejemplo, el vuelo récord del Capitán Iven Carl Kincheloe Jr. en un avión cohete X-2 . Kincheloe voló a 3200  km/h (2000 millas por hora) a 38 500 m (126 000 pies  ), o 38 500 km (24 millas) de altura. A esta altitud y velocidad, la sustentación aerodinámica aún soporta el 98 % del peso del avión, y solo el 2 % es soportado por la inercia, o fuerza de Kepler , como la llaman los científicos espaciales. Pero a 91 440  m (300 000 pies), o 92 000 km (57 millas) de altura, esta relación se invierte porque ya no hay aire que contribuya a la sustentación: solo prevalece la inercia. Este es sin duda un límite físico, donde termina la aerodinámica y comienza la astronáutica , así que pensé, ¿por qué no debería ser también un límite jurisdiccional? Andrew G. Haley la ha denominado Línea Jurisdiccional de Kármán. Por debajo de esta línea, el espacio pertenece a cada país. Por encima de este nivel habría espacio libre. ^{[ 15 ]}

Ninguna atmósfera termina abruptamente, sino que su densidad disminuye progresivamente con la altitud. Dependiendo de cómo se definan las distintas capas que componen el espacio que rodea la Tierra (y de si estas capas se consideran parte de la atmósfera propiamente dicha), la definición del límite del espacio podría variar considerablemente: si se considerara la termosfera y la exosfera como parte de la atmósfera y no del espacio, habría que extender el límite del espacio hasta al menos 10 000 km (6200 millas) sobre el nivel del mar. La línea de Kármán es, por tanto, una definición en gran medida arbitraria basada en algunas consideraciones técnicas. 

Una aeronave solo puede mantenerse en el aire desplazándose constantemente hacia adelante con respecto al aire (en lugar de al suelo), de modo que las alas generen sustentación aerodinámica. Cuanto más enrarecido esté el aire, más rápido debe ir el avión para generar la sustentación suficiente para mantenerse en el aire. ^{[ 16 ]} A velocidades muy altas, la fuerza centrífuga (fuerza de Kepler) contribuye a mantener la altitud. Esta es la fuerza virtual que mantiene a los satélites en órbita circular sin sustentación aerodinámica.

A medida que aumenta la altitud y disminuye la densidad del aire, la velocidad necesaria para generar la sustentación aerodinámica suficiente para soportar el peso de la aeronave aumenta hasta que la fuerza centrífuga se vuelve significativa. A una altitud suficientemente elevada, la fuerza centrífuga predominará sobre la sustentación, y la aeronave se convertiría, en la práctica, en una nave espacial en órbita en lugar de una aeronave sostenida por sustentación aerodinámica.

En 1956, von Kármán presentó un artículo en el que analizaba los límites aerotérmicos del vuelo. Cuanto más rápido vuelan las aeronaves, más calor generan debido al calentamiento aerodinámico por fricción con la atmósfera y a los procesos adiabáticos . Basándose en el estado del arte de la época , calculó las velocidades y altitudes a las que era posible el vuelo continuo: lo suficientemente rápido como para generar suficiente sustentación y lo suficientemente lento como para que el vehículo no se sobrecalentara. ^{[ 17 ]} El gráfico incluía un punto de inflexión alrededor de los 275 000 pies (52,08 millas; 83,82 km) , por encima del cual la velocidad mínima colocaría al vehículo en órbita . ^{[ 18 ] [ 19 ]}  

El término "línea de Kármán" fue inventado por Andrew G. Haley en un artículo de 1959, ^{[ 20 ]} basado en el gráfico del artículo de von Kármán de 1956, pero Haley reconoció que el límite de 275 000 pies (52,08 millas; 83,82 km) era teórico y cambiaría a medida que mejorara la tecnología, ya que la velocidad mínima en los cálculos de von Kármán se basaba en la relación velocidad-peso de las aeronaves existentes, a saber, el Bell X-2 , y la velocidad máxima en las tecnologías de refrigeración y los materiales resistentes al calor. ^{[ 18 ]} Haley también citó otras consideraciones técnicas para esa altitud, ya que era aproximadamente el límite de altitud para un motor a reacción de respiración de aire basado en la tecnología existente. En el mismo artículo de 1959, Haley también se refirió a 295 000 pies (55,9 millas; 90 km) como la "línea de von Kármán", que era la altitud más baja a la que se producía oxígeno atómico de radical libre . ^{[ 18 ]}    

La definición de astronauta de las Fuerzas Armadas de EE. UU. es una persona que ha volado a más de 50 millas (80 km) sobre el nivel medio del mar , aproximadamente la línea entre la mesosfera y la termosfera . La NASA anteriormente usaba la cifra de 100 kilómetros (62 millas) de la FAI , aunque esto se cambió en 2005 para eliminar cualquier inconsistencia entre el personal militar y los civiles que volaban en el mismo vehículo. ^{[ 21 ]} Tres pilotos veteranos del X-15 de la NASA ( John B. McKay , William H. Dana y Joseph Albert Walker ) recibieron retroactivamente (dos póstumamente ) sus alas de astronauta , ya que habían volado entre 90 km (56 millas) y 108 km (67 millas) durante la década de 1960, pero en ese momento no habían sido reconocidos como astronautas. ^{[ 11 ]} Esta última altitud, alcanzada dos veces por Walker, excede la definición internacional moderna del límite del espacio.   

La Administración Federal de Aviación de los Estados Unidos también reconoce esta línea como un límite espacial: ^{[ 22 ]}

Vuelo suborbital: El vuelo espacial suborbital se produce cuando una nave espacial llega al espacio, pero su velocidad es tal que no puede alcanzar la órbita. Mucha gente cree que, para lograr un vuelo espacial, una nave debe alcanzar una altitud superior a los 100 kilómetros (62 millas) sobre el nivel del mar.

Los trabajos de Jonathan McDowell (Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica) ^{[ 23 ]} y Thomas Gangale (Universidad de Nebraska-Lincoln) en 2018 ^{[ 18 ] [ 24 ]} defienden que la demarcación del espacio debería estar en 80 km (50 millas; 260 000 pies) , citando como evidencia las notas y cálculos originales de von Kármán (que teorizaban que a una altitud de 275 000, una aeronave tendría que volar tan rápido que el calentamiento por fricción causaría fallas estructurales en los materiales conocidos hasta entonces; sus suposiciones fueron superadas por desarrollos tecnológicos posteriores), la confirmación de que los objetos en órbita pueden sobrevivir a múltiples perigeos a altitudes de alrededor de 80 a 90 km, además de factores funcionales, culturales, físicos, tecnológicos, matemáticos e históricos. ^{[ 3 ] [ 25 ]} Más precisamente, el artículo resume:  

En resumen, las órbitas circulares sostenidas más bajas posibles se encuentran a una altitud de aproximadamente 125 km, pero las órbitas elípticas con perigeos a 100 km pueden sobrevivir durante largos periodos. En cambio, es muy improbable que los satélites terrestres con perigeos por debajo de 80 km completen su siguiente órbita. Cabe destacar que los meteoros (que viajan mucho más rápido) suelen desintegrarse en el rango de altitud de 70 a 100 km, lo que refuerza la evidencia de que esta es la región donde la atmósfera cobra importancia.

Estos hallazgos impulsaron a la FAI a proponer la celebración de una conferencia conjunta con la Federación Astronáutica Internacional (IAF) en 2019 para "explorar a fondo" el tema. ^{[ 10 ]}

Otra definición propuesta en debates de derecho internacional define el límite inferior del espacio como el perigeo más bajo alcanzable por un vehículo espacial en órbita, pero no especifica una altitud. ^{[ 26 ]} Esta es la definición adoptada por el ejército estadounidense. ^{[ 27 ] : 13} Debido al arrastre atmosférico, la altitud más baja a la que un objeto en órbita circular puede completar al menos una revolución completa sin propulsión es de aproximadamente 150 km (93 millas) . ^{[ 28 ]} El gobierno estadounidense se resiste a los esfuerzos por especificar un límite regulatorio preciso. ^{[ 29 ] [ 30 ]} 

Si bien la línea de Kármán está definida solo para la Tierra, varios científicos han estimado las cifras correspondientes para Marte y Venus . Isidoro Martínez llegó a 80 km (50 millas) y 250 km (160 millas) de altura, respectivamente, ^{[ 31 ]} mientras que Nicolas Bérend llegó a 113 km (70 millas) y 303 km (188 millas) . ^{[ 32 ]}    

En 2014, Oscar Sharp dirigió The Kármán Line , un cortometraje dramático británico de acción real protagonizado por Olivia Colman como Sarah, una esposa y madre que de repente comienza a levitar hasta que, poco a poco, cruza la línea de Kármán que da título a la película y llega al espacio exterior. ^{[ 33 ]}

• Límite de Armstrong : Altitud por encima de la cual el agua hierve a temperatura corporal. 
• Heterosfera : región de la atmósfera superior donde predomina la difusión molecular. 

• Artículo sobre la línea Kármán en el sitio web de la FAI
• Capas de la atmósfera – NOAA. Archivado el 19 de diciembre de 2005 en Wayback Machine.
• Vídeo musical "The Kármán Line" con imágenes de la NASA
• Calculadora de líneas de Kármán Archivado el 11 de julio de 2018 en Wayback Machine .