卡門線

區分航空航天活動，卡門線很重要。但是，卡門線究竟反映了什麼，說法不盡相同，因此有必要仔細說說卡門線。

二戰後，随着探空火箭和運載火箭的誕生與發展，人們對大氣層和外太空有了更多的了解和認識，同時航天活動也蓬勃興起。

西奧多•馮•卡門

當時，被譽為“航空航天時代的科學奇才”的美國科學家西奧多·馮·卡門（1881-1963）提出了一個問題：航空航天活動是否存在着一條物理界線，如果存在這條界線應當如何确定。

他是這樣思考的：

航空，依賴于空氣動力。在滿足推力等于阻力的條件下，穩定飛行的條件是升力等于重力。

在大氣層内飛行，機翼産生的升力與空氣密度成正比，與飛行速度的平方成正比。随着飛行高度的上升，大氣密度不斷降低，為保持升力等與重力，所需要的飛行速度越來越大。按照這個趨勢，在某一高度，飛行速度可能達到該高度環繞地球飛行的軌道速度。卡門認為，這一高度就是飛機空氣動力飛行的極限高度。在這一高度之下就是航空空間，之上就是航天空間。換句話說，如果在某一高度保持飛機穩定飛行的所需速度等于該高度軌道速度時，這一高度即為卡門線高度。

依據以上分析，經過計算，馮•卡門提出航空航天活動的物理分界線在海拔高度100千米。國際航空聯合會（FAI）接受了這種觀點，并将其命名為卡門線。

顯然，卡門線的确立，為人們區分航空航天活動提供了便利。為簡單起見，非嚴格區分時，凡穩定飛行高度低于100千米的都認為是航空活動，凡穩定飛行高度高于100千米的都認為是航天活動。

繼馮•卡門之後，陸續有人提出了一些關于航空航天分界線的不同主張。之所以如此，根本原因在于航空飛行的上界與航天飛行的下界并不重合，而且上下界高度受多種因素影響也不唯一确定，從而使得航空航天的分界線是一個範圍，而不是一條線。

對于航空飛行的上界，馮•卡門的最初計算結果是90千米，為了取整提高到了100千米。據此，國際航空聯合會認定的航空航天的分界線也是100千米。而美國空軍與美國航空航天管理局（NASA）認定的航空航天分界線是80千米。

至于實際飛行數據，差距就更大。

研制中的美國SR-72高超聲速隐身偵察機

研制中的美國SR-72高超聲速隐身偵察機有望創造航空飛行高度上界的新紀錄。該項目2007年啟動，計劃2030年前後投入使用，采用渦輪噴氣式發動機與超燃沖壓發動機的組合動力，設計升限60千米。這也是目前采用吸氣式動力的航空器所能達到的最大穩定飛行高度。當然，由于其最大飛行馬赫數僅為6，這也限制了其升限。未來随着臨近空間高超聲速技術的發展，有望創造新的飛行速度和飛行高度紀錄。

創紀錄的日本低軌道衛星Tsubame

航天飛行高度下界由日本Tsubame衛星保持。2017年12月23日，日本發射了地球觀察衛星Tsubame，初始軌道高度271.5千米。通過變軌，2019年9月23日至30日實現了在167.4公裡的低軌道運行的預期目标，創造了“地球軌道觀測衛星到達的最低海拔”的吉尼斯世界紀錄。2019年10月1日，衛星墜入稠密大氣層燒毀。地球衛星之所以難以在低軌道長期運行，原因在于空氣阻力。由于大氣層的彌漫性，在幾百千米的低軌道高度，依然存在着稀薄大氣。受大氣阻力影響，衛星逐漸減速，慣性離心力逐漸減小，最終受地心引力作用墜入稠密大氣層。可見，受大氣阻力影響，航天器有一個維持軌道穩定運行的最低高度。

至于美國空軍與美國航空航天管理局将航空航天分界線定位于80千米，則主要依據北美防空司令部1957年以來的衛星數據記錄。這些數據涵蓋了43000顆衛星的超過9000萬個點坐标的軌道數據，其中有50顆衛星的工作高度降低到了80公裡，并且在這一高度上至少環繞地球一周。

可見，航空航天的實際分界線是一個區域，而不是一條線。

在關于卡門線的介紹中，大都提到卡門線是國際航空聯合會所接受的、地球大氣層與外太空的分界線。

這種觀點隐含了一個邏輯，航空空間等同于地球大氣層，航天空間等同于外太空。顯然，這個邏輯不符合客觀現實。

目前認為，地球大氣層厚度在1200千米以上，即使在16000千米高度依然可以發現大氣分子。以卡門線為界，航空空間最大飛行高度100千米，航天空間最低飛行高度100千米。顯然，航空空間隻囊括了部分大氣層，航天空間則囊括了其餘大氣層與外太空。如果借助既有的稠密大氣層與稀薄大氣層的概念，将卡門線作為稠密大氣層與稀薄大氣層的分界線，那麼航空空間就對應于稠密大氣層，航天空間包括稀薄大氣層與外太空，顯然這種劃分更符合客觀實際，也保留了卡門線的價值。

基于上述認識，有必要重新定義航空航天概念。

航空，是人類在稠密大氣層内進行的飛行及有關活動。

航天，是人類在稀薄大氣層與外太空進行的飛行及有關活動。

有必要再次強調，提出卡門線的目的是為了區分航空、航天活動，而不是為了劃分大氣層與外太空，事實上大氣層與外太空也不存在着明确的物理界線，因此，沒有必要也不可能明确大氣層與外太空的分界線。