2022 年6月22日，由中国科学院力学研究所研制的天行一号科学试验卫星（以下简称“天行一号卫星”）于酒泉成功发射，该卫星主要任务是开展空间环境探测试验。
天行一号卫星成功发射
一、空天过渡区的新星
据公开的新闻报道，天行一号卫星运行在“罕见”的太阳同步轨道，倾角 96.8°。天行一号卫星平均高度约 280 千米，该高度位于临近空间顶层 100 千米以上，低轨星座底层 300 千米以下，是从“空”到“天”的过渡区。常规卫星无法长时间在轨运行，高超声速巡航飞行器也上不来，是国际上尚属空白的空天过渡空域。天行一号突破了常规低轨星座高度 320 千米的记录，是空天过渡区的一颗新星。据媒体报道，天行一号卫星于 2023 年 3 月底完成再入陨落，在轨运行共280 天，获得了丰富的空间环境数据。
二、稀薄气体效应显著
大气密度随高度增加接近指数衰减，与临近空间高超声速飞行器所在的 100 千米以下高度不同，在 100-300 千米范围内大气稀薄，产生的气动升力不足以平衡重力。另一方面，这一高度低于通常的低轨卫星轨道高度，在飞行过程中大气阻力效应不可忽略，导致速度下降，极易坠落，通常被认为是“自杀轨道”，无法实现长时间飞行。以直径1米、重 100 千克的球形卫星为例，在 150 千米高度绕地球飞行约 1 圈即会陨落，在 200 千米高度约能维持 1 天。因此，在空天过渡区长时间飞行，稀薄气体效应对卫星气动布局设计、飞行控制方案十分重要。
三、大气环境特性复杂
空天过渡区目前是大气科学研究的薄弱环节，现有的大气研究主要集中于两端，一端是贴近地球表面的天气预报，另一端是远离地表的空间天气，它们之间的联系必须通过空天过渡区。空天过渡区大气环境一方面受由地表向上运动的重力波的影响，同时来自外太空的太阳风粒子以及太阳辐射加热作用也十分显著。2022 年 2 月 3 日发生地磁暴事件，空天过渡区大气密度突然增加，导致49 颗星链卫星在高度 200 千米左右入轨过程中坠毁。由于光化学作用，以及地转运动、潮汐运动、地磁场等影响，大气内部演化机制复杂，使得过渡区内大气环境时空变化规律研究以及环境预报面临巨大的挑战。
四、开发利用空天过渡区
空天过渡区是空和天的结合部，该区域大气运动兼具高层空间大气和低层稠密大气的特点，掌握大气动力学、光化学和电磁动力学耦合作用下的大气运动规律，对建立全区域的大气模型至关重要。空天过渡区域轨道高度低，对地遥感分辨率高，通信传输时效高、损耗小，制造和发射成本低，适合高分辨率对地观测，以及应急条件下如发生自然灾害时的超低轨微小卫星发射。掌握空天过渡区环境变化规律，优化气动布局、飞行控制及助推方案，研究过渡区长时间飞行关键技术具有理论和工程价值。
天行一号卫星是我国自主研制的世界首颗空天过渡区环境探测卫星，也是我所继力星一号在空天过渡区取得的又一硕果，对推动我国大气科学和空天过渡区开发利用具有重大意义。
李帅辉，研究员，空天飞行高温气动全国重点实验室（筹）。研究领域：稀薄气体与非平衡流动。
