Armstrong-Grenze

Die Armstrong-Grenze , auch Armstrong-Linie genannt , ist die Höhe, oberhalb derer der Luftdruck so niedrig ist, dass Wasser bei der normalen Körpertemperatur des Menschen siedet . Unterhalb dieser Grenze führt ein Druckabfall zu einem raschen Bewusstseinsverlust, gefolgt von einer Reihe von Veränderungen der Herz-Kreislauf- und neurologischen Funktionen und schließlich zum Tod, sofern der Druck nicht innerhalb von 60–90 Sekunden wiederhergestellt wird. ^{[ 1 ]} Daher fliegen Flugzeuge üblicherweise unterhalb der Armstrong-Grenze.

Auf der Erde liegt die Grenze bei etwa 18–19 km (11–12 Meilen; 59.000–62.000 Fuß) über dem Meeresspiegel ^{[ 1 ] [ 2 ]} , oberhalb derer der Luftdruck unter 0,0618  atm (6,26  kPa ; 47,0  mmHg ; 0,908  psi ) sinkt. Das US-Standardatmosphärenmodell setzt die Armstrong-Grenze auf eine Höhe von 63.000 Fuß (19.202 m). Die Armstrong-Grenze wird häufig als untere Grenze des erdnahen Weltraums verwendet .

Der Begriff ist nach dem US-Luftwaffengeneral Harry George Armstrong benannt , der dieses Phänomen als Erster erkannte. ^{[ 3 ]}

Bei oder oberhalb der Armstrong-Grenze verdampfen Körperflüssigkeiten wie Speichel , Tränen , Urin und die Flüssigkeiten, die die Lungenbläschen benetzen – nicht aber das Blut im Blutkreislauf –, wenn die Testperson keinen Ganzkörper- Druckanzug trägt . Eine Testperson im NASA Johnson Space Center, die 1965 versehentlich einem nahezu vollständigen Vakuum ausgesetzt war, berichtete, dass ihre letzte bewusste Erinnerung das Verdampfen des Speichels auf ihrer Zunge war . ^{[ 7 ]}

Bei einer Körpertemperatur von 37 °C (99 °F) beträgt der Dampfdruck von Wasser 6,3 Kilopascal (47 mmHg); das heißt, bei einem Umgebungsdruck von 6,3 Kilopascal (47 mmHg) liegt der Siedepunkt von Wasser bei 37 °C (99 °F). Ein Druck von 6,3 kPa – die Armstrong-Grenze – entspricht etwa 1/16 des Standard-Luftdrucks auf Meereshöhe von 101,3 Kilopascal (760 mmHg). In größeren Höhen trägt der durch Ebullismus entstehende Wasserdampf zu den Dekompressionsblasen des Stickstoffgases bei und führt zu einer Schwellung des Körpergewebes. Gewebe und Haut sind jedoch widerstandsfähig genug, um dem Innendruck des verdampften Wassers standzuhalten. Die Formeln zur Berechnung des Standarddrucks in einer bestimmten Höhe variieren – ebenso wie die genauen Drücke, die man in einer bestimmten Höhe an einem bestimmten Tag tatsächlich misst – aber eine gängige Formel zeigt, dass typischerweise 6,3 kPa in einer Höhe von 19.000 m (62.000 ft) anzutreffen sind.

Weit unterhalb der Armstrong-Grenze benötigen Menschen in der Regel zusätzlichen Sauerstoff, um einer Hypoxie vorzubeugen . Dies ist für die meisten Menschen ab einer Höhe von 4.500 m (15.000 ft) erforderlich. Verkehrsflugzeuge müssen den Kabinendruck bis zu einer Kabinenhöhe von maximal 2.400 m (8.000 ft) aufrechterhalten. Die US-amerikanischen Vorschriften für die allgemeine Luftfahrt (Flüge von Privatflugzeugen und nicht-staatlichen Flugzeugen) schreiben vor, dass die Flugbesatzung, nicht aber die Passagiere, zusätzlichen Sauerstoff erhalten muss, wenn sich das Flugzeug länger als eine halbe Stunde in einer Kabinenhöhe über 3.800 m (12.500 ft) befindet. Die Mindestanzahl der erforderlichen Flugbesatzung muss zusätzlichen Sauerstoff erhalten, wenn sich das Flugzeug auch nur für kurze Zeit über einer Kabinenhöhe von 4.300 m (14.000 ft) befindet, und auch die Passagiere müssen ab einer Kabinenhöhe von 4.500 m (15.000 ft) mit zusätzlichem Sauerstoff versorgt werden. ^{[ 8 ]} Fallschirmspringer , die sich nur kurz vor dem Absprung in der Höhe aufhalten, überschreiten normalerweise nicht 4.500 m (15.000 Fuß). ^{[ 9 ]}

Die Armstrong-Grenze beschreibt die Höhe, in der ein objektives, präzise definiertes Naturphänomen auftritt: der Dampfdruck von Wasser mit Körpertemperatur. Ende der 1940er-Jahre stellte sie eine neue, fundamentale und unumstößliche Höhengrenze dar, die über die teils subjektiven Beobachtungen der menschlichen Physiologie und die zeitabhängigen Auswirkungen von Hypoxie in niedrigeren Höhen hinausging. Druckanzüge wurden schon lange in Höhen weit unterhalb der Armstrong-Grenze getragen, um Hypoxie zu vermeiden. 1936 erreichte Francis Swain von der Royal Air Force mit einer Bristol Type 138 und einem Druckanzug eine Höhe von 15.230 m (49.970 ft) . ^{[ 10 ]} Zwei Jahre später stellte der italienische Offizier Mario Pezzi mit einem Druckanzug in seinem Doppeldecker Caproni Ca.161bis einen Höhenrekord von 17.083 m (56.047 ft) auf, obwohl er sich weit unterhalb der Siedehöhe von Wasser mit Körpertemperatur befand.

In Höhenlagen ab etwa 15.000 m (49.000 ft) ist für einen trainierten und erfahrenen Piloten in unpressurisierten Kabinen normalerweise ein Druckanzug erforderlich. ^{[ 11 ]} In einem unpressurisierten Cockpit in Höhen über 11.900 m (39.000 ft) über dem Meeresspiegel führt die physiologische Reaktion, selbst bei der Atmung von reinem Sauerstoff, zu Hypoxie – einem unzureichenden Sauerstoffgehalt, der Verwirrung und schließlich Bewusstlosigkeit verursacht. Die Luft auf der Erde enthält 20,95 % Sauerstoff. In 11.900 m (39.000 ft) Höhe entspricht der Druck von reinem Sauerstoff aus einer offenen Gesichtsmaske dem Sauerstoffpartialdruck in normaler Luft in etwa 3.600 m (11.800 ft) Höhe. In größeren Höhen muss Sauerstoff über eine dichte Maske mit erhöhtem Druck zugeführt werden, um einen physiologisch ausreichenden Sauerstoffpartialdruck aufrechtzuerhalten. Trägt der Benutzer keinen Druckanzug oder ein Gegendruckkleidungsstück, das die Bewegung seines Brustkorbs einschränkt, kann die unter hohem Druck stehende Luft die Lunge schädigen.

Bei modernen Militärflugzeugen wie der US-amerikanischen F-22 und F-35 , die beide in Höhen von 18.000 m (59.000 ft) oder mehr operieren, trägt der Pilot einen Gegendruckanzug – einen G-Anzug mit Höhenanpassungsfähigkeit. Bei einem Druckabfall im Cockpit schaltet das Sauerstoffsystem auf Überdruck um, um Sauerstoff mit Überdruck über eine speziell abdichtende Maske zuzuführen und gleichzeitig den Gegendruckanzug proportional aufzublasen. Dieser wirkt der Ausdehnung des Brustkorbs entgegen und verhindert so ein Lungenbarotrauma, bis der Pilot wieder eine sichere Höhe erreicht hat. ^{[ 12 ]}

• Höhenkrankheit  – Medizinischer Zustand, der durch die rasche Exposition gegenüber niedrigem Sauerstoffgehalt in großer Höhe verursacht wird
• Todeszone  – Höhenlagen über etwa 8.000 m (26.000 Fuß)
• Dekompression (Höhe)  – Verringerung des Umgebungsdrucks durch Aufstieg über den Meeresspiegel
• Dekompressionskrankheit  – Erkrankungen, die durch die Reduzierung des Umgebungsdrucks entstehen
• Auswirkungen großer Höhen auf den Menschen
• Auswirkungen von Raumflügen auf den menschlichen Körper  – Medizinische Probleme im Zusammenhang mit Raumflügen
• Kármán-Linie  – Konventionelle Definition der Raumgrenze
• Ebullismus  – Bildung von Dampfblasen in Körperflüssigkeiten aufgrund von vermindertem Umgebungsdruck

• "Kapitel 1: Physiologie des Fluges". Handbuch des US-Marinefliegerarztes (PDF) .
• „Ebullismus in 300.000 Metern Höhe: Überleben einer schnellen/explosiven Dekompression“ . Archiviert vom Original am 19. September 2000.
• „Luftdruck und Höhe über dem Meeresspiegel“ . The Engineering ToolBox . Archiviert vom Original am 9. November 2016.