Linha Kármán: entendendo tudo sobre a fronteira entre espaço e atmosfera

Sunrise… Visto de cima da Linha Kármán
Por trás desta definição ainda polêmica esconde-se uma questão mais difícil do que parece: desde quando estamos “no espaço”? Onde a aeronáutica pára para se tornar um vôo espacial?
Theodore Von Kármán (1881-1963) é um matemático, engenheiro e físico nascido em Budapeste. Ele passou sua carreira trabalhando com física aerodinâmica na Europa antes de emigrar para os Estados Unidos na década de 1930, tornando-se então na Califórnia um dos grandes físicos dos primeiros voos supersônicos. No entanto, se muitas de suas obras e criações sobreviveram a ele (ele é um dos fundadores do famoso Laboratório de Propulsão a Jato), ele é mais conhecido pela famosa “Linha Kármán”, que muitas vezes é definida como a fronteira do espaço. E sim, seu nome tem sotaque que todos esquecem.

Perdido no espaço

Então, quando estamos “no espaço”? A questão anima debates há quase um século, porque não é simples. Na verdade, nossa atmosfera não age como uma bolha: não há fronteira física ou zona bem definida a partir da qual nos encontremos no vácuo do espaço. A atmosfera fica cada vez menos densa à medida que a altitude aumenta. Alguns quilômetros acima do nível do mar, o ar é irrespirável. A maioria dos aviões não voa acima de 13 km de altitude porque seus reatores precisam de oxigênio para garantir sua combustão. Os balões estratosféricos não sobem acima de 50 km de altitude.
Mas a atmosfera não termina aí: existe a mesosfera além, depois a termosfera, que se estende de aproximadamente 85 km a mais de 650 km de altitude. Sim, mesmo lá em cima ainda existem algumas partículas no ar. E isso vai muito além. Em 2018, um estudo provou que havia moléculas atmosféricas muito raras ao redor … da Lua, ou seja, 384.000 quilômetros da Terra!

Um pouco de matemática

Portanto, não temos a resposta para nossa pergunta. O “vácuo espacial” seria dependente da pressão atmosférica? Von Kármán, que trabalha em aviões supersônicos, está em busca de uma definição e, portanto, partirá da fórmula para sustentação: L = 1 / 2pv²SCl com L a sustentação, p a densidade do ar , v a velocidade do avião, S a superfície do avião e Cl o coeficiente de sustentação.
Fique tranquilo, a fórmula não é muito importante. É mais a observação que vai com ele: ao pilotar um avião e querer voar a uma altitude maior, a densidade do ar diminui, então você tem que aumentar sua velocidade para manter a mesma sustentação (e evitar cair). Você ainda está seguindo? Bem. Exceto que, em um ponto, a densidade do ar será tão baixa que, ao aumentar sua velocidade, o avião realmente chegou ao que é chamado de primeira velocidade cósmica: está em órbita.
Bem, a Linha Kármán é a altitude de pivô a partir da qual você tem que atingir uma velocidade orbital, em torno de 28.500 km / h, para gerar sustentação (e evitar quedas). Em outras palavras, é a altitude acima da qual saímos doaeronáutica para falar de voo espacial …
Terra vista da ISS, a uma altitude de 400 km

Fronteira turbo

Essa é uma definição perfeitamente aceitável, não é? Mas as coisas não são tão fáceis quanto parecem: agora temos que encontrar essa altitude. Com base em seus cálculos, T. Von Kármán propôs primeiro 83,6 km, o que corresponde mais ou menos a medidas estabelecidas posteriormente: em torno de 85 km de altitude começa a turboopausa, região onde os diferentes gases as atmosferas têm dificuldade em se misturar. Infelizmente, ao variar pequenos parâmetros, o cálculo muda e, portanto, a altitude muda. É difícil para a “fronteira do espaço” basear-se em números flutuantes… A comunidade exige um limite arbitrário! Von Kármán então propôs 300.000 pés, ou 91,5 km. Mas a altitude escolhida favorece um número redondo, mais público em geral:100 km acima do nível do mar, nasce a “Linha Kármán”.
Essa linha foi imediatamente adotada pela Fédération Aéronautique Internationale, que a utilizou para diferenciar a aeronáutica da astronáutica. Para a FAI, até mesmo um vôo parabólico sobre a Linha Kármán torna você um astronauta. Da mesma forma, um foguete enviando uma carga abaixo da Linha Kármán realiza um voo atmosférico, enquanto acima dele se torna um voo suborbital (para uma parábola) ou orbital. Desde então, essa fronteira de 100 km é de uso comum e é considerada um padrão pelo público em geral. Porém, é preciso lembrar que não tem valor regulatório, o que acarreta algumas consequências!

Enquanto isso, do outro lado do Atlântico …

Os Estados Unidos, por exemplo (uma grande nação astronáutica, se houver) não usam a Linha Kármán como fronteira espacial. Por razões práticas e políticas, este país optou por usar uma fronteira arbitrária 50 milhas acima do nível do mar, ou 80,4 km. Isso também cria pequenos imbróglios, pois é possível obter as "asas" de um astronauta americano sem ser reconhecido internacionalmente como tal … É notadamente o caso de alguns pilotos do avião americano X -15, ou tripulações do avião-foguete da Virgin Galactic dedicado ao turismo suborbital.
A própria definição da Linha Kármán ainda é debatida hoje, pelo que ela representa em termos de prestígio, mas também em um quadro legal (se um avião sobrevoar você em uma parábola a 85 km de altitude, não é? no espaço internacional ou no seu espaço aéreo?). E até no plano físico: a menor órbita circular foi aprovada neste inverno a 167 km de altitude, e o satélite japonês Tsubame só conseguiu mantê-la graças aos seus motores porque já existe muito atrito atmosférico.
Será que algum dia teremos que revisar a cópia e alterar a Linha Kármán? Não é impossível. Mas desde o Sputnik, o espaço não é mais a última fronteira …