向太空中发射人造电子束作为空间主动探测的重要手段,在追踪地球磁力线、研究电子束与等离子体互作用等多个领域具有潜在应用价值。为了进一步深入理解相对论电子束在复杂空间环境的各种互作用机理与传输规律,探索相对论电子束在低海拔大气环境内实现稳定长程传输的途径,本文从不同轨道大气环境的特点出发,重点关注电子束与本底粒子互作用过程对束流传输的影响,通过构建理论和数值模拟计算模型,获取了传输过程中束流形态演化的详尽数据和变化规律,据此分析了限制电子束在大气环境内传输距离的关键因素,为利用人造电子束进行空间主动探测实验等实际工程应用提供了理论依据。论文的主要贡献和研究工作如下:（1）提出了契合实际的空间环境下电子束长程传输的理论与数值模拟计算模型,揭示了随海拔高度变化的大气环境参数对束流传输的影响规律。首先,基于大气粒子密度和地磁场随高度变化的实际数据,对包络方程进行了变参数的修正和优化,构建了能够反映这种环境参数随海拔高度变化的理论计算模型。以此为基础计算给出了束包络半径、碰撞电离和韧致辐射导致的束能量损失、束发散角等关键物理量的变化图像,揭示了不同海拔高度的大气环境对束包络的影响规律。其次,通过引入三维地磁场和实际空间环境数据,构建了可用于计算电子束长程传输的蒙特卡罗模拟模型,并与修正后的理论模型（包络方程）进行相互比对,验证了提出模型的正确性与可靠性。最后,利用蒙特卡罗模型计算分析了电子束沿平行和竖直于地磁两个方向射入大气环境时的能量沉积分布,实现了理论模型受限的电子束传输场景的计算与分析。（2）通过对传输径迹与靶面束斑的计算,得到了大气环境下电子束长程传输更加精细的物理图像和数据,探明了靶面束斑的形成机理。利用三维蒙特卡罗方法,构建了可用于计算相对论电子束在大气环境内靶面束斑的模拟计算模型,实现了海拔300 km至200 km范围内电子束与地磁场呈一定夹角出射时的长程传输模拟计算,给出了电子束绕地磁场做拉莫尔进动的直观、清晰的图像和数据,揭示了初始投掷角、初始能量、初始回旋相位等束参数对传输径迹的影响规律,以及电子束参数和大气参数与靶面束斑的位置分布、形态变化间的内在联系。并结合电子束拉莫尔进动的特点,给出了决定靶面束斑位置和形态的关键因素。（3）提出了一种可用于计算电子束在空间等离子体内长程传输的粒子模拟计算模型,利用此模型探清了离子通道对电子束传输的聚焦作用,并揭示了电子束在离子通道内的传输规律。考虑到开放空间内数值噪声对全电磁模型的干扰,本文在传统的粒子模拟静电模型基础上,考虑了电子束自生径向磁场对束包络的箍缩作用,同时引入移动窗技术以解决计算资源对可计算传输距离的限制问题,首次提出了计算电子束在开放等离子体空间内长程传输的准电磁模型。构建了描述离子通道径向振荡的解析模型,将理论和粒子模拟两种方法得到的离子通道振荡现象和演化规律相互校验,验证了所提模型的可靠性。结合上述两种方法研究了不同束参数及不同等离子体背景下离子通道的振荡规律,据此进一步分析了离子通道对电子束传输的影响,探索了电子束在离子通道内长程传输的过程中出现的不稳定性现象,最后总结了具有不同初始参数的电子束在离子通道内实现长程传输受到的限制因素。研究结果表明:离子通道有助于实现电子束的长程传输,但需要根据实际环境选择合适的束流参数,才能保证束流持续稳定的传输。（4）提出了中性化气体中电子束传输的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞模型,给出了离子聚焦区对电子束长程传输的影响规律,探索了利用离子聚焦区实现电子束自聚焦传输的途径。利用粒子模拟和蒙特卡罗碰撞方法,搭配了移动窗技术以及合并宏粒子的空反应以节约计算资源,考虑了束电子在传输过程中的碰撞电离、弹性碰撞、电子雪崩等物理过程,实现了电子束在中性气体内空间二维、速度三维的粒子模拟计算。给出了束电子和各种二次粒子的空间分布规律,据此分析了离子聚焦区的建立过程以及电子束的电荷中性化、电流中性化现象。并利用片状束包络方程验证了计算模型的正确性。研究结果表明:合理控制束流的脉冲宽度等参数可以避免束尾不稳定性现象的出现,在大气环境内提前建立离子聚焦区则有助于电子束自聚焦传输的实现。