航天競(jìng)賽試題和答案解析一、單項(xiàng)選擇題（每題3分，共15分）1.下列關(guān)于液體火箭與固體火箭的描述中，正確的是：A.固體火箭推進(jìn)劑為液態(tài)，需發(fā)射前加注B.液體火箭比沖更高，適合高軌道發(fā)射C.固體火箭結(jié)構(gòu)復(fù)雜，推力調(diào)節(jié)靈活D.液體火箭存儲(chǔ)周期長(zhǎng)，可長(zhǎng)期待命答案：B解析：液體火箭使用液態(tài)推進(jìn)劑（如液氧+煤油、液氧+液氫），比沖（單位質(zhì)量推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量）通常高于固體火箭（固體推進(jìn)劑為預(yù)封裝的固態(tài)混合物），因此更適合需要高能量的高軌道發(fā)射任務(wù)（如地球同步軌道）。A錯(cuò)誤，固體火箭推進(jìn)劑為固態(tài)，出廠前已封裝；C錯(cuò)誤，固體火箭推力調(diào)節(jié)困難（點(diǎn)火后難以中斷），結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單；D錯(cuò)誤，液體推進(jìn)劑（如液氧）易揮發(fā)，需發(fā)射前加注，無法長(zhǎng)期存儲(chǔ)。2.近地軌道（LEO）的典型高度范圍是：A.100300公里B.3002000公里C.200036000公里D.36000公里以上答案：B解析：近地軌道指距離地球表面約3002000公里的軌道，該軌道受地球引力影響顯著，需持續(xù)軌道維持（如國(guó)際空間站位于約400公里高度）。A選項(xiàng)低于100公里為卡門線（大氣層與太空的分界），不屬于穩(wěn)定軌道；C為中地球軌道（MEO），如導(dǎo)航衛(wèi)星（GPS約20200公里）；D為地球靜止軌道（GEO），高度約35786公里。3.航天器的“熱控系統(tǒng)”主要用于解決的問題是：A.宇宙輻射對(duì)電子設(shè)備的損傷B.真空環(huán)境下的熱量散失與聚集C.微流星體對(duì)殼體的撞擊D.軌道碎片的規(guī)避答案：B解析：熱控系統(tǒng)通過熱傳導(dǎo)、熱輻射和熱對(duì)流（需介質(zhì)）調(diào)節(jié)航天器內(nèi)外溫度，防止太陽直射面（+100℃以上）與背陰面（100℃以下）的極端溫差損壞設(shè)備。A由輻射防護(hù)材料或冗余設(shè)計(jì)解決；C由防護(hù)裝甲（如Whipple盾）應(yīng)對(duì)；D由軌道預(yù)警系統(tǒng)和變軌機(jī)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。4.中國(guó)首次實(shí)現(xiàn)載人航天任務(wù)的飛船是：A.神舟五號(hào)B.神舟六號(hào)C.天宮一號(hào)D.天舟一號(hào)答案：A解析：2003年10月15日，神舟五號(hào)載航天員楊利偉進(jìn)入太空，標(biāo)志中國(guó)成為第三個(gè)獨(dú)立掌握載人航天技術(shù)的國(guó)家。神舟六號(hào)（2005）實(shí)現(xiàn)多人多天任務(wù)；天宮一號(hào)（2011）是目標(biāo)飛行器；天舟一號(hào)（2017）是貨運(yùn)飛船。5.與高緯度發(fā)射場(chǎng)相比，低緯度發(fā)射場(chǎng)（如中國(guó)文昌）的主要優(yōu)勢(shì)是：A.減少火箭級(jí)數(shù)B.利用地球自轉(zhuǎn)線速度，降低入軌能耗C.避免惡劣天氣影響D.便于火箭殘骸落區(qū)控制答案：B解析：地球赤道自轉(zhuǎn)線速度約465m/s，低緯度發(fā)射場(chǎng)可借助這一速度減少火箭需提供的速度增量（Δv），從而節(jié)省燃料或增加有效載荷。例如，文昌（北緯19°）比酒泉（北緯40°）的自轉(zhuǎn)線速度高約100m/s，可使同步軌道載荷能力提升約15%。A錯(cuò)誤，火箭級(jí)數(shù)由任務(wù)需求決定；C錯(cuò)誤，低緯度多雷雨，天氣條件更復(fù)雜；D錯(cuò)誤，殘骸落區(qū)控制與發(fā)射方向（如向東南發(fā)射）有關(guān)，與緯度無直接關(guān)聯(lián)。二、填空題（每題2分，共10分）1.中國(guó)空間站的核心艙名稱是________。2.嫦娥五號(hào)任務(wù)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)________。3.天問一號(hào)探測(cè)器在火星的著陸區(qū)是________。4.長(zhǎng)征五號(hào)運(yùn)載火箭因箭體直徑較大，被航天界昵稱為“________”。5.載人火箭頂部的“逃逸塔”主要用于________階段的應(yīng)急救生。答案：1.天和2.月面采樣返回3.烏托邦平原4.胖五5.發(fā)射前30分鐘至起飛后120秒三、簡(jiǎn)答題（每題8分，共32分）1.簡(jiǎn)述液體火箭與固體火箭的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比。答案：液體火箭優(yōu)點(diǎn)：比沖高（液氫+液氧可達(dá)450s以上）、推力可調(diào)節(jié)（通過閥門控制推進(jìn)劑流量）、任務(wù)靈活性高（可執(zhí)行不同軌道發(fā)射）；缺點(diǎn)：需復(fù)雜的儲(chǔ)箱和加注系統(tǒng)、發(fā)射準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)（需數(shù)天至數(shù)周）、推進(jìn)劑易揮發(fā)（液氧需持續(xù)補(bǔ)加）。固體火箭優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單（無復(fù)雜管路）、發(fā)射準(zhǔn)備快（可快速響應(yīng)）、推進(jìn)劑預(yù)封裝（長(zhǎng)期存儲(chǔ)）；缺點(diǎn)：比沖較低（約200300s）、推力不可調(diào)節(jié)（點(diǎn)火后無法中斷）、任務(wù)適應(yīng)性差（多用于小型載荷或應(yīng)急動(dòng)力）。2.解釋“太陽同步軌道”的特點(diǎn)及其典型應(yīng)用。答案：太陽同步軌道是軌道平面進(jìn)動(dòng)角速度與太陽視運(yùn)動(dòng)角速度（約0.986°/天）同步的近圓軌道，特點(diǎn)包括：（1）軌道高度約6001000公里，傾角約98°（略大于極軌）；（2）同一地方時(shí)經(jīng)過同一緯度，確保衛(wèi)星每次過頂時(shí)地面光照條件一致；（3）軌道平面隨地球公轉(zhuǎn)而進(jìn)動(dòng)，保持與太陽方向的相對(duì)角度不變。典型應(yīng)用：對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星（如資源衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星），可保證拍攝圖像的光照均勻，便于數(shù)據(jù)對(duì)比；軍事偵察衛(wèi)星，利用穩(wěn)定光照條件提高成像質(zhì)量。3.航天服的多層結(jié)構(gòu)通常包括哪些部分？各層的主要功能是什么？答案：航天服（以艙外航天服為例）通常由5層組成：（1）限制層：由高強(qiáng)度纖維（如凱夫拉）制成，約束內(nèi)部氣壓（約0.30.4個(gè)大氣壓），防止膨脹變形；（2）氣密層：由橡膠或聚四氟乙烯制成，維持內(nèi)部氣體密封，防止氧氣泄漏；（3）隔熱層：由多層鍍鋁聚酯薄膜（如“熱毯”）構(gòu)成，反射太陽輻射并阻隔極端溫差（150℃至+120℃）；（4）液冷層：嵌入細(xì)管的彈性織物，通過循環(huán)冷水帶走航天員體熱；（5）外罩層：由抗輻射、抗微流星體的材料（如玻璃纖維）制成，提供外部防護(hù)。4.簡(jiǎn)述SpaceX“星鏈”（Starlink）計(jì)劃的技術(shù)特點(diǎn)及主要爭(zhēng)議。答案：技術(shù)特點(diǎn)：（1）低軌部署（約550公里），降低信號(hào)延遲（<20ms，遠(yuǎn)低于GEO衛(wèi)星的250ms）；（2）使用Ka/Ku頻段及激光星間鏈路，提升通信容量；（3）批量生產(chǎn)（單星成本約25萬美元），通過“一箭多星”（獵鷹9號(hào)單次發(fā)射60顆）快速組網(wǎng)；（4）可重復(fù)使用火箭（獵鷹9號(hào)第一級(jí)回收）降低發(fā)射成本。主要爭(zhēng)議：（1）太空擁堵：計(jì)劃部署約4.2萬顆衛(wèi)星，可能增加軌道碎片碰撞風(fēng)險(xiǎn)（2021年已發(fā)生與中國(guó)空間站的接近事件）；（2）光污染：低軌衛(wèi)星反射陽光干擾天文觀測(cè)（國(guó)際天文學(xué)聯(lián)合會(huì)多次抗議）；（3）頻譜爭(zhēng)奪：搶占有限的Ka/Ku頻段資源，引發(fā)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）對(duì)頻譜分配公平性的爭(zhēng)議。四、論述題（每題17分，共51分）1.論述中國(guó)載人航天工程“三步走”戰(zhàn)略的具體內(nèi)容及其對(duì)我國(guó)航天事業(yè)的意義。答案：中國(guó)載人航天工程于1992年確立“三步走”戰(zhàn)略，具體內(nèi)容及意義如下：第一步（19922005）：突破載人天地往返技術(shù)目標(biāo)：研制載人飛船，實(shí)現(xiàn)航天員天地往返。標(biāo)志性任務(wù)：神舟五號(hào)（2003，首飛載人）、神舟六號(hào)（2005，多人多天）。意義：掌握載人飛船設(shè)計(jì)、發(fā)射、返回及生命保障技術(shù)，成為第三個(gè)獨(dú)立掌握載人航天技術(shù)的國(guó)家，奠定工程基礎(chǔ)。第二步（20062020）：突破空間出艙、交會(huì)對(duì)接及短期駐留技術(shù)目標(biāo)：研制空間實(shí)驗(yàn)室，驗(yàn)證空間站關(guān)鍵技術(shù)。標(biāo)志性任務(wù)：神舟七號(hào)（2008，首次出艙）、天宮一號(hào)（2011，與神舟八號(hào)/九號(hào)/十號(hào)交會(huì)對(duì)接）、天宮二號(hào)（2016，中期駐留）、天舟一號(hào)（2017，貨運(yùn)補(bǔ)給）。意義：掌握出艙活動(dòng)（機(jī)械臂操作、艙外維修）、交會(huì)對(duì)接（自動(dòng)/手動(dòng)控制）、推進(jìn)劑補(bǔ)加等技術(shù)，為空間站建設(shè)積累經(jīng)驗(yàn)。第三步（2021至今）：建造長(zhǎng)期有人駐留的空間站目標(biāo)：建成“天宮”空間站（T字構(gòu)型，包括天和核心艙、問天/夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙），實(shí)現(xiàn)大規(guī)?？臻g科學(xué)實(shí)驗(yàn)。標(biāo)志性任務(wù)：天和核心艙發(fā)射（2021）、神舟十二號(hào)至十五號(hào)載人任務(wù)（6個(gè)月長(zhǎng)期駐留）、夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙就位（2022）。意義：我國(guó)首個(gè)長(zhǎng)期有人駐留的空間基礎(chǔ)設(shè)施，支持微重力物理、生命科學(xué)、材料科學(xué)等領(lǐng)域研究，推動(dòng)航天技術(shù)成果轉(zhuǎn)化（如航天育種、新型材料），提升國(guó)際航天合作話語權(quán)（目前已有17國(guó)9個(gè)項(xiàng)目入選空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)）。綜上，“三步走”戰(zhàn)略通過漸進(jìn)式技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)了從“跟跑”到“并跑”再到部分“領(lǐng)跑”的跨越，為我國(guó)深空探測(cè)（如載人登月）和航天強(qiáng)國(guó)建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。2.分析可重復(fù)使用火箭的關(guān)鍵技術(shù)及其對(duì)航天產(chǎn)業(yè)的影響。答案：可重復(fù)使用火箭的核心是實(shí)現(xiàn)火箭一子級(jí)的回收與復(fù)用，關(guān)鍵技術(shù)包括：（1）發(fā)動(dòng)機(jī)多次啟動(dòng)技術(shù)：火箭需在再入大氣層前二次點(diǎn)火減速（如獵鷹9號(hào)的“著陸燃燒”），要求發(fā)動(dòng)機(jī)具備多次重啟能力（梅林發(fā)動(dòng)機(jī)可重啟3次）；（2）精確返回控制技術(shù)：通過柵格舵（控制姿態(tài)）、GPS/慣性導(dǎo)航（定位）和推力矢量（調(diào)整方向）實(shí)現(xiàn)垂直軟著陸，誤差需小于10米；（3）熱防護(hù)技術(shù)：再入時(shí)與大氣摩擦產(chǎn)生2000℃以上高溫，需耐燒蝕材料（如獵鷹9號(hào)的鈦合金格柵）或可重復(fù)使用防熱瓦（如航天飛機(jī)，但成本高）；（4）快速檢測(cè)與維護(hù)技術(shù)：回收后需短時(shí)間內(nèi)完成發(fā)動(dòng)機(jī)、結(jié)構(gòu)、電子設(shè)備的檢測(cè)（獵鷹9號(hào)平均復(fù)用間隔約2個(gè)月），降低復(fù)用成本。對(duì)航天產(chǎn)業(yè)的影響：（1）大幅降低發(fā)射成本：傳統(tǒng)一次性火箭成本中，箭體占比約70%（如德爾塔IV約4億美元/次），獵鷹9號(hào)復(fù)用后單次發(fā)射成本從6200萬美元降至約2000萬美元（一子級(jí)復(fù)用10次）；（2）推動(dòng)商業(yè)航天爆發(fā)：低成本刺激小衛(wèi)星（如星鏈、遙感星座）需求，2022年全球商業(yè)航天市場(chǎng)規(guī)模超5000億美元，占航天產(chǎn)業(yè)80%以上；（3）改變發(fā)射模式：快速響應(yīng)發(fā)射（如美軍“火箭貨運(yùn)”計(jì)劃）成為可能，可在24小時(shí)內(nèi)完成火箭檢修并執(zhí)行任務(wù)；（4）促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新：為降低維護(hù)成本，推動(dòng)3D打印（如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部件）、新材料（如碳纖維儲(chǔ)箱）等技術(shù)發(fā)展。3.探討地月空間基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的科學(xué)價(jià)值與工程挑戰(zhàn)。答案：地月空間（地球至月球之間的軌道及月球表面）基礎(chǔ)設(shè)施指用于支持深空探測(cè)、資源利用或長(zhǎng)期駐留的設(shè)施（如月球軌道空間站、月面基地、地月運(yùn)輸系統(tǒng)），其科學(xué)價(jià)值與工程挑戰(zhàn)如下：科學(xué)價(jià)值：（1）天文觀測(cè)：月球背面無地球電磁干擾，可建設(shè)射電望遠(yuǎn)鏡（如“嫦娥四號(hào)”月背中繼星“鵲橋”已驗(yàn)證通信可行性），探測(cè)宇宙早期信號(hào)；（2）深空探測(cè)跳板：地月拉格朗日點(diǎn)（如L2點(diǎn)）是前往火星、小行星的理想中轉(zhuǎn)點(diǎn)，可減少變軌所需Δv（如從L2出發(fā)去火星可節(jié)省約20%燃料）；（3）月球資源利用：月壤含氦3（可控核聚變?nèi)剂希?、鈦鐵礦（可制氧氣和金屬），基礎(chǔ)設(shè)施可支持資源開采與加工；（4）生命科學(xué)研究：月面低重力（1/6g）環(huán)境可研究長(zhǎng)期駐留對(duì)人體的影響（如骨流失、肌肉萎縮），為載人火星任務(wù)提供數(shù)據(jù)。工程挑戰(zhàn)：（1）軌道維持：地月空間存在復(fù)雜引力場(chǎng)（地球、月球、太陽引力疊加），需高精度軌道控制（如近月軌道需頻繁修正）；（2）長(zhǎng)期駐留支持：月面晝夜周期約28天（14天極晝/極夜），需解決能源（如太陽能+儲(chǔ)能電池）、溫度控制（180℃至+120℃）、輻射防護(hù)（無地球磁場(chǎng)保