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超低軌空間飛行器藝術構想圖。 AI制圖

在臨近空間之上、傳統(tǒng)低軌空間以下，隱藏著一片尚未被充分開發(fā)的新域空間——超低軌空間。

這里離地表更近，衛(wèi)星部署成本更低，對地觀測看得更清，對地通信時延更短，孕育著商業(yè)航天發(fā)展的新突破。這片機遇之地同樣險象叢生：衛(wèi)星要時刻與稀薄大氣“搏斗”，像在激流中劃船般維持軌道；而原子氧的腐蝕如隱形利刃，威脅著衛(wèi)星的在軌運行安全。

如何形成超低軌空間長時飛行與機動能力？怎樣構建超低軌新域空間利用生態(tài)？在近日舉行的香山科學會議第782次學術討論會上，專家學者圍繞相關問題進行深入研討，呼吁及早突破超低軌空間的認知邊界、飛行制約和應用瓶頸。

進出空天的必經區(qū)

超低軌空間研究正在熱起來。

中國科學院力學研究所研究員黃河激展示的一張論文統(tǒng)計圖顯示，過去25年，全球關于超低軌空間的學術論文數(shù)量激增，尤其是2020年以來幾乎呈直線上升趨勢。

超低軌空間上承低、中、高軌空間，下接臨近空間和地表，具有特殊空間位置與獨特物理特性。“超低軌空間不僅是物質與信息進出空天的必經區(qū)，還是近地空間環(huán)境圈層耦合研究最后的缺失區(qū)，更是空天前瞻布局的關鍵區(qū)?！秉S河激說。

黃河激進一步補充，超低軌空間離地表更近，易于將對地觀測精度提升至紅外亞米級、合成孔徑雷達厘米級，即使在夜間或霧天也能“看得清”。此外，利用超低軌空間，還能縮短信息傳輸時延，提升天地信息傳輸能力，有望實現(xiàn)6G手機直連，將通信延遲降低至20毫秒以下。

安全、可靠、快速、低成本進出空間，是大規(guī)模開發(fā)利用太空資源的前提。多位與會專家認為，超低軌空間具備發(fā)射與投送速度快、空間輻照低、碎片數(shù)量少等優(yōu)勢，可有效降低衛(wèi)星研發(fā)和發(fā)射成本，提升信息獲取和傳輸效率，適用于衛(wèi)星批量化生產和高密度發(fā)射。

攻關三大核心難題

超低軌空間的軌位優(yōu)勢，正在激發(fā)學術界和產業(yè)界的無窮想象。然而，要實現(xiàn)從夢想到現(xiàn)實的跨越，絕非易事。

大氣阻力導致衛(wèi)星每日數(shù)十米至百米量級的軌道衰減，原子氧效應引發(fā)材料表面氧化剝蝕……“空天荒漠”，黃河激如是形容超低軌空間的復雜環(huán)境。他認為，對該空間的開發(fā)，需要攻克“留不住、認不清、用不好”三大核心難題。

一是飛行“留不住”。黃河激分析，高度100公里至350公里的超低軌空間大氣密度跨度達5個數(shù)量級，不同高度區(qū)間維持飛行的技術路徑有顯著差異。350公里至250公里高度區(qū)間，大氣密度相差一個數(shù)量級，基于相對成熟的動力形式，通過適應性改進可滿足飛行需求；250公里至170公里高度區(qū)間，大氣密度進一步提升約10倍，需依賴系統(tǒng)性、顛覆性技術協(xié)同創(chuàng)新，在性能平衡與系統(tǒng)優(yōu)化中尋求突破；170公里至100公里高度區(qū)間的大氣密度變化超過3個數(shù)量級，當前尚缺乏可行的長時飛行手段。構建超低軌空間長時飛行與機動能力，是當前研究與實踐的核心。

二是環(huán)境“認不清”。中國科學技術大學教授雷久侯說，超低軌空間是大氣與外層空間相互作用最為強烈的區(qū)域之一。由于軌道衰減速度極快，傳統(tǒng)衛(wèi)星難以長期穩(wěn)定運行，因此這一區(qū)域的直接探測數(shù)據(jù)極為缺乏，相關研究嚴重滯后。隨著多國開始積極部署新一代低軌衛(wèi)星，配備小型化、高性能的科學載荷，有望突破現(xiàn)有探測極限，實現(xiàn)長期、多點、同步的超低軌空間環(huán)境觀測。

三是應用“用不好”。中國科學院力學研究所副研究員耿金越說，在利用軌位優(yōu)勢方面，目前還存在單星能力受限、過頂時間短、飛行平臺能力不匹配等問題。他認為，通過建立低成本規(guī)?；植际匠蛙夛w行器體系，運用在軌智能處理、星間通信等技術，有助于系統(tǒng)解決單星應用能力受限等問題。

推動資源優(yōu)化配置

為實現(xiàn)對超低軌空間的系統(tǒng)認知與全面利用，一些國家和地區(qū)已開始行動。

2009年，歐洲地球重力場和海洋環(huán)流探測衛(wèi)星發(fā)射，實現(xiàn)在超低軌空間內的軌道保持。2017年，日本發(fā)射超低軌道技術試驗衛(wèi)星，在驗證超低軌高度保持技術的同時，展開對地觀測、空間環(huán)境探測和材料性能研究等一系列活動。

2022年以來，美國更是密集啟動“通靈”“神匠”“水獺”等系列計劃，并扶持一批以超低軌空間探索為目標的商業(yè)航天公司，尋求突破新型空天推進技術，以實現(xiàn)超低軌空間低成本長時飛行。

中國的步伐也在加快。力星一號、天行一號、試驗二十五號、乾坤一號、楚天一號……這一個個衛(wèi)星，是中國探索超低軌空間的注腳。其中，力星一號由中國科學院力學研究所聯(lián)合中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院于2016年發(fā)射。中國科學院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院研究員吳會英介紹，力星一號探索了超低軌領域飛行的可行性，該衛(wèi)星在150公里以下飛行了3天，并創(chuàng)造了109公里的最低衛(wèi)星飛行軌道世界紀錄。

超低軌空間的探索之路，依然任重道遠。

為搶占超低軌新域空間前沿技術制高點，黃河激建議，從國家層面加強頂層設計，構建清晰的發(fā)展藍圖與實施路徑，為我國超低軌空間的科學探索和工程實踐提供頂層牽引，實現(xiàn)系統(tǒng)化布局與資源優(yōu)化配置。

在加大核心技術攻關方面，耿金越分析，飛行“留得住”是體系化應用的共性技術底座。這要求研究人員從技術層面突破高阻耗散下的能量補充，采用現(xiàn)有推進技術實現(xiàn)超低軌快速搶占，提升超低軌電推進技術環(huán)境耐受力，發(fā)展吸氣式電推進技術以突破飛行極限。

超低軌空間產業(yè)生態(tài)的構建，離不開多元創(chuàng)新主體的積極參與。國務院發(fā)展研究中心國際技術經濟研究所研究員滕飛說，美國太空探索技術公司（SpaceX）歷次融資間隔平均不超兩年，我國衛(wèi)星互聯(lián)網創(chuàng)業(yè)公司層出不窮，投融資熱情高漲。撬動社會資本和金融市場力量，是推動衛(wèi)星產業(yè)發(fā)展的關鍵。

“以超低軌空間認知及利用為抓手，有望推動前沿科學和顛覆性技術的綜合交叉與深度融合，助力航天科技、航天工程與航天生態(tài)的系統(tǒng)性重構與協(xié)同演進。”黃河激說。

（原載于《科技日報》?2025-05-22?第06版）