Де закінчується земна атмосфера і починається космос? Відповідь на це запитання складніша і важливіша, ніж може здатися на перший погляд. Річ у тім, що, згідно з Договором про космос 1967 року, космічний простір не підлягає привласненню і на нього не поширюється суверенітет. Отже, космос є верхньою межею держав з усіма відповідними правовими наслідками.
Питання про визначення меж космосу має досить важливе значення і для компаній, що займаються організацією суборбітальних туристичних рейсів. Зрештою, людина, яка заплатила кругленьку суму за такий політ, хотіла б знати, що справді побувала в космосі й може називати себе астронавтом.
У цьому матеріалі ми розповімо про всі складнощі, пов’язані з визначенням космічного простору, і що найчастіше використовується для визначення його межі.
Де закінчується земна атмосфера?
На перший погляд, відповідь на запитання про те, де проходить межа космічного простору, досить проста: космос починається там, де закінчується земна атмосфера. Але це в теорії. У реальності все досить заплутано.
Отже, атмосфера нашої планети складається з таких п’яти основних шарів:
- тропосфера (від 0 до 12 км);
- стратосфера (від 12 до 50 км);
- мезосфера (від 50 до 80 км);
- термосфера (від 80 до 700 км);
- екзосфера (від 700 до 10 тисяч км).
Що вище ми перебуваємо, то нижчим стає тиск і тим більше умови стають схожими на космічні. На висоті 15 км час корисної свідомості, протягом якого людина, що опинилася в ситуації раптової розгерметизації, зможе виконувати якісь свідомі дії, становить лише 5 секунд. А на висоті 18–19 км атмосферний тиск стає таким низьким, що рідини закипають за температури людського тіла. Ця позначка називається лінією Армстронга і вважається межею, вище якої живі організми (за винятком хіба що деяких бактерій) не можуть існувати.
Але річ у тім, що реактивні літаки здатні літати значно вище лінії Армстронга. Наприклад, літак-розвідник SR-71 міг літати на висоті 26 км, а винищувач Міг-25 досягав позначки в 37 км. А ще можна згадати про стратостати. У 2014 році Роберт Юстас використовував його, щоб піднятися на висоту в 41 км, після чого здійснив успішний парашутний стрибок.
Але все ж, що вище ми підіймаємося і що тоншою стає атмосфера, то складнішим є завдання підтримувати достатню для стійкого польоту підйомну силу. На позначці приблизно 80–90 км (що відповідає межі мезосфери) необхідна для цього швидкість починає перевершувати першу космічну. На зміну законам аеродинаміки приходять закони орбітальної механіки.
Але чи означає це, що земна атмосфера закінчується в цьому регіоні? Зовсім ні. Хоч з обивательського погляду умови там майже нічим не відрізняються від космічних, навіть вкрай розріджена земна атмосфера однаково чинить значний вплив на космічну техніку, яка перебуває на низьких орбітах заввишки в кілька сотень кілометрів. Під її впливом, супутники поступово знижуються і, якщо не проводити регулярних коригувань курсу, з часом увійдуть у щільні шари атмосфери і згорять. Завдяки цьому природному механізму, низькі навколоземні орбіти регулярно очищаються від космічного сміття.
Розміри космічних апаратів також грають свою роль. Наприклад, середньостатистичний супутник, що перебуває на орбіті заввишки 400 км, зможе проіснувати на ній близько 5–8 років. Але та ж МКС зі своїми величезними сонячними батареями та численними модулями без постійних включень двигунів упала б на Землю лише за рік.
Звичайно, чим далі ми віддаляємося від Землі, тим слабкішими стає вплив атмосфери. Супутник, що перебуває на орбіті заввишки 1000 км, зможе перебувати в космосі вже кілька тисяч років. А геостаціонарні супутники, орбіти яких пролягають на висоті 36 тис. км (тобто поза екзосфери), є практично вічними. Час їхнього орбітального життя вимірюватиметься мільйонами років.
50 миль та лінія Кармана
Якщо підсумовувати вищесказане, можна дійти невтішного висновку, що сама по собі земна атмосфера не дуже підходить для використання в якості межі космічного простору. Хоч і вкрай розріджена, вона все ще помітно впливає на низькі орбіти, де розташована переважна кількість діючих супутників.
Що тоді вважати межею космосу? Міжнародна авіаційна федерація (FAI), ООН і більшість космічних агенцій та регулюючих органів обрали в цій якості лінію Кармана, що лежить на висоті 100 км над рівнем моря. Вона отримала свою назву на честь вченого Теодора фон Кармана. У 1950-х роках він провів розрахунки з метою визначення максимальної висоти, на якій все ще можливий безперервний політ за законами аеродинаміки — досить швидкий, щоб створювалася необхідна підйомна сила, і досить повільний, щоб апарат не перегрівався. Карман отримав позначку в 52,08 милі (83,82 км), вище за яку політ стає вже космічним. Інші дослідники дійшли подібних висновків, оцінивши це значення у 80–90 км. То чому ж FAI прийняла цифру саме за 100 км? Все дуже просто: так було зручніше вважати, та й загалом саме число досить гарне.
Американські ВПС також обрали власну гарну цифру для визначення межі космосу. Нею стала позначка 50 миль (80,45 км), яка досить близько відповідає оригінальним розрахункам фон Кармана. Це рішення породило деяку плутанину, бо американці надали статус астронавтів кільком льотчикам, що літали на ракетоплані X-15 вище ніж 50 миль, але нижче лінії Кармана (зрозуміло, FAI не визнала їх астронавтами).
Історія своєрідного протистояння між 50 милями та 100 км отримала продовження вже в наш час після початку суборбітальних туристичних польотів. Річ у тім, що максимальна висота польоту космоплана SpaceShipTwo компанії Virgin Galactic складає близько 90 км, тоді як корабель New Shepard компанії Blue Origin літає трохи вище 100 км. У зв’язку із цим Blue Origin зробила особливий наголос у своїй рекламній компанії на тому, що учасники їхніх польотів вважатимуться астронавтами у всьому світі, а не лише у США.
Щодо NASA, то організація застосовує одразу дві цифри для визначення межі космосу. При наданні статусу астронавта відлік ведеться від 50 миль. Водночас для визначення моменту входу космічного апарата в атмосферу NASA використовує позначку 76 миль (122 км). За підрахунками інженерів, тут газова оболонка нашої планети починає значно впливати на космічний корабель. Саме на цій висоті шатли під час повернення на Землю переходили на маневрування за допомогою керованих поверхонь.
Альтернативні визначення межі космосу
Утім, є й інші думки щодо того, що саме вважати межею космічного простору. Втім, існують й інші погляди на те, де саме проходить межа космічного простору. Деякі вчені пропонують визначати її за висотою, на якій супутник здатен здійснити хоча б один оберт навколо Землі. Так, кілька років тому відомий астрофізик Джонатан Макдавелл проаналізував дані про орбіти тисяч супутників. Йому вдалося знайти низку прикладів, коли космічні апарати з перигеєм орбіти менш ніж 90 км робили кілька витків навколо Землі. У зв’язку із цим він запропонував використовувати як межу космосу позначку 50 миль.
Однак важливо зазначити, що в цих випадках йшлося про апарати, розташовані на витягнутих орбітах із досить великим апогеєм. Якщо ж говорити про супутник, що перебуває на круговій орбіті, то мінімально можлива висота, на якій він зможе зробити хоча б один виток навколо Землі, становить близько 150 км.
Існують і більш незвичайні думки. Наприклад, що відкритий космос починається за 1,5 млн км від Землі. Ця цифра відповідає сфері Гілла — регіону, де гравітація нашої планети ще здатна утримувати супутник, що обертається навколо неї. А вже згаданий Джонатан Макдауелл жартома одного разу запропонував використовувати т.з. лінію Ріплі, яка відповідає області, де вже не можна почути людський крик. Це посилання на знаменитий слоган фільму «Чужий» — «У космосі ніхто не почує твій крик».
Жодна з усіх перерахованих можливих меж космосу не закріплена у міжнародному праві. І ця ситуація створює передумови до потенційних конфліктів. Теоретично, якась держава може збити апарат іншої країни, керуючись тим, що він перебуває не в космосі, а в її суверенному повітряному просторі й, отже, є порушником.
У зв’язку з цим можна згадати інцидент зі збитням китайської повітряної кулі в небі над США, що стався 2023 року. Так, він був збитий на висоті лише 20 км. Але сучасні аерозонди можуть літати на висотах понад 50 км. Також не варто забувати про гіперзвукові літальні апарати, над якими активно працюють провідні держави. Деякі з перспективних військових розробок здатні літати на висотах, близьких до тієї ж позначки 50 миль. У зв’язку із цим питання про те, де закінчується повітряний простір держави й починається космос, із суто теоретичного цілком здатне перейти у практичну площину. А ось чи вдасться країнам домовитися про якусь загальноприйняту норму, чи кожна сторона матиме власне визначення космосу і діятиме виходячи з нього, покаже лише час.
