Где заканчивается земная атмосфера и начинается космос? Ответ на этот вопрос сложнее и важнее, чем может показаться на первый взгляд. Дело в том, что, согласно Договору о космосе 1967 года, космическое пространство не подлежит присвоению и на него не распространяется суверенитет. Следовательно, космос является верхней границей государств со всеми вытекающими правовыми последствиями.
Вопрос об определении границ космоса имеет довольно важное значение и для компаний, занимающихся организацией суборбитальных туристических рейсов. В конце концов, человек, заплативший круглую сумму за такой полет, хотел бы знать, что действительно побывал в космосе и может называть себя астронавтом.
В этом материале мы расскажем обо всех сложностях, связанных с определением космического пространства, и что чаще всего используется для определения его границы.
Где заканчивается земная атмосфера?
На первый взгляд, ответ на вопрос о том, где проходит граница космического пространства, довольно прост: космос начинается там, где заканчивается земная атмосфера. Но это в теории. В реальности все довольно запутанно.
Итак, атмосфера нашей планеты состоит из следующих пяти основных слоев:
- Тропосфера (от 0 до 12 км);
- Стратосфера (от 12 до 50 км);
- Мезосфера (от 50 до 80 км);
- Термосфера (от 80 до 700 км);
- Экзосфера (от 700 до 10 тысяч км).
Чем выше мы находимся, тем более низким становится давление и тем больше условия становятся похожими на космические. На высоте 15 км время полезного сознания, в течение которого оказавшийся в ситуации внезапной разгерметизации человек сможет выполнять какие-то осознанные действия, составляет всего 5 секунд. А на высоте 18–19 км атмосферное давление становится таким низким, что жидкости закипают при температуре человеческого тела. Эта отметка называется линией Армстронга и считается границей, выше которой живые организмы (за исключением разве что некоторых бактерий) не могут существовать.
Но дело в том, что реактивные самолеты способны летать значительно выше линии Армстронга. Например, самолет-разведчик SR-71 мог летать на высоте 26 км, а истребитель Миг-25 достигал отметки в 37 км. А еще можно вспомнить про стратостаты. В 2014 году Роберт Юстас использовал его, чтобы подняться на высоту в 41 км, после чего совершил успешный парашютный прыжок.
Но все же, чем выше мы поднимаемся и чем тоньше становится атмосфера, тем сложнее становится задача поддерживать достаточную для устойчивого полета подъемную силу. На отметке примерно 80–90 км (что соответствует границе мезосферы) необходимая для этого скорость начинает превосходить первую космическую. На смену законам аэродинамики приходят законы орбитальной механики.
Но значит ли это, что земная атмосфера заканчивается в этом регионе? Вовсе нет. Хоть с обывательской точки зрения условия там почти ничем не отличаются от космических, даже крайне разреженная земная атмосфера все равно оказывает значительное влияние на космическую технику, находящуюся на низких орбитах высотой в несколько сотен километров. Под ее влиянием, спутники постепенно снижаются и, если не проводить регулярных коррекций курса, со временем войдут в плотные слои атмосферы и сгорят. Благодаря этому природному механизму, низкие околоземные орбиты регулярно очищаются от космического мусора.
Размеры космических аппаратов тоже играют свою роль. Например, среднестатистический спутник, находящийся на орбите высотой 400 км, сможет просуществовать на ней порядка 5–8 лет. Но та же МКС со своими огромными солнечными батареями и многочисленными модулями без постоянных включений двигателей упала бы на Землю всего за год.
Конечно, чем дальше мы удаляемся от Земли, тем более слабыми становится воздействие атмосферы. Спутник, находящийся на орбите высотой в 1000 км, сможет находиться в космосе уже несколько тысяч лет. А геостационарные спутники, чьи орбиты пролегают на высоте 36 тыс. км (то есть за пределами экзосферы), являются практически вечными. Время их орбитальной жизни будет измеряться миллионами лет.
50 миль и линия Кармана
Если суммировать вышесказанное, то можно сделать вывод, что сама по себе земная атмосфера не очень подходит для использования в качестве границы космического пространства. Хоть и крайне разреженная, она все еще оказывает заметное влияние на низкие орбиты, где находится подавляющее количество действующих спутников.
Что же тогда считать границей космоса? Международная авиационная федерация (FAI), ООН и большинство космических агентств и регулирующих органов выбрали в этом качестве линию Кармана, лежащую на высоте 100 км над уровнем моря. Она получила свое название в честь ученого Теодора фон Кармана. В 1950-х годах он провел расчеты, с целью определения максимальной высоты, на которой все еще возможен непрерывный полет по законам аэродинамики — достаточно быстрый, чтобы создавалась необходимая подъемная сила, и достаточно медленный, чтобы аппарат не перегревался. Карман получил отметку в 52,08 мили (83,82 км), выше которой полет становится уже космическим. Другие исследователи пришли к схожим выводам, оценив это значение в 80–90 км. Так почему же FAI приняла цифру именно в 100 км? Все весьма просто: так было удобнее считать, да и в целом само число довольно красивое.
Американские ВВС тоже выбрали собственную красивую цифру для определения границы космоса. Ею стала отметка в 50 миль (80,45 км), которая довольно близко соответствует оригинальным расчетам фон Кармана. Это решение породило некоторую путаницу, так как американцы присвоили статус астронавтов нескольким летчикам, летавших на ракетоплане X-15 выше 50 миль, но ниже линии Кармана (разумеется, FAI не признала их астронавтами).
История своеобразного противостояния между 50 милями и 100 км получила продолжение уже в наше время после начала суборбитальных туристических полетов. Дело в том, что максимальная высота полета космоплана SpaceShipTwo компании Virgin Galactic составляет порядка 90 км, в то время как корабль New Shepard компании Blue Origin летает чуть выше 100 км. В связи с этим Blue Origin сделала особый упор в своей рекламной компании на том, что участники их полетов будут считаться астронавтами во всем мире, а не только в США.
Что касается NASA, то организация применяет сразу две цифры для определения границы космоса. При присвоении статуса астронавта отсчет ведется от 50 миль. В то ж время для определения момента входа космического аппарата в атмосферу NASA использует отметку в 76 миль (122 км). По подсчетам инженеров, здесь газовая оболочка нашей планеты начинает оказывать значительное влияние на космический корабль. Именно на этой высоте шаттлы при возвращении на Землю переходили на маневрирование при помощи управляемых поверхностей.
Альтернативные определения границы космоса
Впрочем, существуют и иные мнения по поводу того, что именно считать границей космического пространства. Некоторые ученые предлагают использовать в этом качестве высоту, на которой спутник сможет пережить хотя бы один виток вокруг Земли. Так, несколько лет назад известный астрофизик Джонатан Макдауэлл проанализировал данные об орбитах тысяч спутников. Ему удалось найти ряд примеров, когда космические аппараты с перигеем орбиты меньше 90 км совершали несколько витков вокруг Земли. В связи с этим он предложил использовать в качестве границы космоса отметку в 50 миль.
Однако важно отметить, что в этих случаях речь шла об аппаратах, расположенных на вытянутых орбитах с довольно большим апогеем. Если же говорить о спутнике, находящемся на круговой орбите, то минимально возможная высота, на которой он сможет совершить хотя бы один виток вокруг Земли, составляет порядка 150 км.
Существуют и более необычные мнения. Например, что открытый космос начинается в 1,5 млн км от Земли. Эта цифра соответствует сфере Хилла — региону, где гравитация нашей планеты еще способна удерживать обращающийся вокруг нее спутник. А уже упомянутый Джонатан Макдауэлл в качестве шутки однажды предложил использовать т. н. линию Рипли, соответствующую области, где уже нельзя услышать человеческий крик. Это отсылка на знаменитый слоган фильма «Чужой» — «В космосе никто не услышит твой крик».
В любом случае ни одна из всех перечисленных возможных границ космоса не закреплена в международном праве. И эта ситуация создает предпосылки к потенциальным конфликтам. В теории, какое-либо государство может сбить аппарат другой страны, руководствуясь тем, что он находится не в космосе, а в ее суверенном воздушном пространстве и, следовательно, является нарушителем.
В связи с этим можно вспомнить произошедший в 2023 году инцидент со сбитием китайского воздушного шара в небе над США. Да, он был сбит на высоте всего 20 км. Но современные аэрозонды могут летать и на высотах свыше 50 км. Также не стоит забывать про гиперзвуковые летательные аппараты, над которыми активно работают ведущие державы. Некоторые из перспективных военных разработок способны летать на высотах, близких к той же отметке 50 миль. В связи с этим вопрос о том, где заканчивается воздушное пространство государства и начинается космос, из сугубо теоретического вполне способен перейти в практическую плоскость. А вот удастся ли странам договориться о какой-то общепринятой норме, или каждая сторона будет иметь собственное определение космоса и действовать исходя из него, покажет лишь время.
