آستانه ۱۵ دقیقه‌ای: خط کارمان چگونه مرز میان حریم هوایی و فضای ماورای جو را تعیین می‌کند

آب‌های سرزمینی به صورت افقی از خط ساحلی امتداد می‌یابند و به حد قانونی و توافق‌شده ۱۲ مایل دریایی ختم می‌شوند که کنترل حاکمیتی را از آب‌های بین‌المللی جدا می‌کند. مرز میان حریم هوایی یک کشور و فضای ماورای جو تلاش می‌کند تا دقیقاً همین کارکرد را در راستای عمودی ایفا کند، اما با یک تفاوت بنیادین: این مرز به جای خطوط توافقی روی نقشه، توسط دینامیک سیالات و مکانیک مداری تعیین می‌شود. این مرز عمودی که معمولاً با نام خط کارمان شناخته می‌شود، نشان‌دهنده ارتفاعی است که در آن جو برای پشتیبانی از پرواز آیرودینامیک بیش از حد رقیق می‌شود و وسیله نقلیه را ناچار می‌سازد تا برای معلق ماندن، کاملاً به سرعت مداری متکی باشد.[6]

این مفهوم ریشه در کارهای تئودور فون کارمان، فیزیک‌دان و مهندس هوافضای مجارستانی-آمریکایی دارد که در دهه ۱۹۵۰ میلادی، محدوده‌های نظری هوانوردی را محاسبه کرد. با اوج گرفتن هواپیما، تراکم هوا کاهش می‌یابد و وسیله نقلیه برای تولید همان میزان نیروی برای آیرودینامیک (لیفت)، نیازمند پرواز با سرعت بیشتری است. فون کارمان دریافت که در یک ارتفاع مشخص، سرعت مورد نیاز برای تولید نیروی برای کافی، با سرعت مداری که حدود ۲۸,۰۰۰ کیلومتر بر ساعت است، برابر شده یا از آن فراتر می‌رود.[6]

فدراسیون بین‌المللی هوانوردی (FAI) در آیین‌نامه ورزشی خود که بر رکوردهای جهانی هوافضا نظارت دارد، خاطرنشان می‌کند: «ارتفاع ۱۰۰ کیلومتری، مرز میان هوانوردی و فضانوردی است.» از اواسط قرن بیستم، این نشان ۱۰۰ کیلومتری (۶۲ مایلی) به عنوان لبه پذیرفته‌شده فضا عمل کرده است. این یک آستانه متریک و شفاف است که خطی قطعی برای تایید این موضوع ارائه می‌دهد که آیا یک خلبان نشان فضانوردی را کسب کرده یا یک وسیله نقلیه به پرواز فضایی دست یافته است.[1]

واقعیت فیزیکی جو از اعداد رند متریک پیروی نمی‌کند. ارتفاع واقعی که در آن نیروهای آیرودینامیک جای خود را به مکانیک مداری می‌دهند، بر اساس فعالیت خورشیدی، انبساط جوی و طراحی خاص وسیله نقلیه در نوسان است. برای یک وسیله نقلیه زیرمداری که از این آستانه عبور می‌کند، این گذار به معنای عبور ناگهانی از یک مانع فیزیکی نیست، بلکه تغییری تدریجی در فیزیک حاکم بر رژیم پروازی است.[7]

این گذار در عمل یک آستانه ۱۵ دقیقه‌ای برای گردشگری زیرمداری و پروازهای تحقیقاتی ایجاد می‌کند. وسایل نقلیه‌ای مانند آنچه توسط شرکت‌های پرواز فضایی تجاری به کار گرفته می‌شوند، به سرعت در جو صعود کرده، از خط کارمان عبور می‌کنند و پیش از آنکه گرانش آن‌ها را به جو متراکم‌تر بازگرداند، دوره کوتاهی از ریزگرانش را تجربه می‌کنند. در طول این پنجره زمانی کوتاه، وسیله نقلیه در خلأ عمل کرده و برای جهت‌یابی خود به جای سطوح کنترل آیرودینامیک، از پیشرانه‌های کنترل واکنش استفاده می‌کند.[7]

اجماع بر سر مرز ۱۰۰ کیلومتری، جهانی نیست. یک بررسی دقیق تاریخی و ریاضی که در نشریه «آکتا آستروناتیکا» (Acta Astronautica) منتشر شده، استدلال می‌کند که این مرز باید پایین‌تر باشد. پژوهشگران با بازبینی محاسبات اولیه فون کارمان و تحلیل زوال مداری ماهواره‌ها، دریافتند که یک وسیله نقلیه می‌تواند پیش از آنکه پسا (درگ) جوی آن را وادار به ورود مجدد کند، در ارتفاعی به پایینی ۸۰ کیلومتر (۵۰ مایل) نیز یک مدار بدون نیروی محرکه را حفظ نماید.[2]

این آستانه ۸۰ کیلومتری با استانداردی که مدت‌هاست توسط ارتش ایالات متحده و ناسا استفاده می‌شود، همخوانی دارد. نیروی هوایی ایالات متحده به پرسنلی که بالاتر از ۵۰ مایل پرواز می‌کنند، نشان فضانوردی اعطا می‌کند که این امر یک استاندارد دوگانه پایدار را در هوافضای جهانی ایجاد کرده است. خلبانی که تا ارتفاع ۸۵ کیلومتری پرواز می‌کند، بر اساس مقررات ارتش ایالات متحده یک فضانورد است، اما طبق معیارهای FAI تنها یک هوانورد ارتفاع بالا محسوب می‌شود.[2]

این اختلاف از دایره اصطلاحات فراتر رفته و به حقوق بین‌الملل نیز کشیده می‌شود. دایره‌المعارف حقوق بین‌الملل عمومی آکسفورد خاطرنشان می‌کند که اگرچه پیمان فضای ماورای جو مصوب ۱۹۶۷ اعلام می‌دارد که فضای ماورای جو برای اکتشاف آزاد است و مشمول تصاحب ملی نمی‌شود، اما هرگز به صراحت تعریف نمی‌کند که فضای ماورای جو از کجا آغاز می‌گردد. هر کشوری بر حریم هوایی خود حاکمیت مطلق دارد، به این معنا که هواپیماهای غیرمجاز می‌توانند رهگیری یا سرنگون شوند، اما ماهواره‌های در حال چرخش در مدار، بدون نقض حاکمیت، آزادانه از فراز قلمروهای ملی عبور می‌کنند.[3]

کتابخانه مجلس عوام بریتانیا تاکید می‌کند که این فقدان یک مرز بین‌المللی الزام‌آور از نظر حقوقی، تنظیم مقررات برای فناوری‌های نوظهور هوافضا را پیچیده می‌سازد. بالون‌های ارتفاع بالا، وسایل نقلیه گلاید مافوق صوت و هواپیماهای فضایی زیرمداری در منطقه «فضای نزدیک» میان ۲۰ تا ۱۰۰ کیلومتر عمل می‌کنند. از آنجا که این منطقه در خط مبهم میان حریم هوایی حاکمیتی و فضای ماورای جو بین‌المللی قرار دارد، یک چالش نظارتی منحصربه‌فرد را به وجود می‌آورد.[4]

موسسه لووی (Lowy Institute) در ادامه بر پیامدهای امنیتی این خلأ نظارتی تاکید می‌ورزد. با استقرار پلتفرم‌های نظارتی در ارتفاع بالا و آزمایش تسلیحات ضدماهواره توسط کشورها، فقدان یک مرز مشخص خطر محاسبات اشتباه را افزایش می‌دهد. اگر کشوری یک بالون نظارتی را در ارتفاع ۴۰ کیلومتری رهگیری کند، در حال دفاع از حریم هوایی خود است؛ اما اگر ماهواره‌ای را در ارتفاع ۱۵۰ کیلومتری رهگیری کند، مرتکب یک اقدام تجاوزکارانه در فضا شده است. منطقه خاکستری میان ۸۰ تا ۱۰۰ کیلومتر از نظر حقوقی همچنان ناشناخته باقی مانده است.[5]

خط کارمان کمتر به عنوان یک مرز فیزیکی سخت و بیشتر به عنوان یک فرض نظارتی ضروری عمل می‌کند. این خط چارچوبی برای هماهنگی ترافیک فضایی بین‌المللی، تایید رکوردها و تعیین حوزه‌های عملیاتی هواپیماها و فضاپیماها فراهم می‌آورد. با عادی شدن عمل عبور از این آستانه توسط پروازهای فضایی تجاری، فشار برای رسمی کردن این مرز در حقوق بین‌الملل تنها افزایش خواهد یافت و در نهایت، سازشی میان فیزیک جو و ژئوپلیتیک سطح زمین را الزامی خواهد ساخت.[7]