2025年航天工程師衛(wèi)星工程專項訓(xùn)練試卷考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共40分。請將正確選項字母填在題號后括號內(nèi)）1.下列哪種軌道是地球靜止軌道（GeostationaryOrbit）的必要條件？A.偏心率等于零B.軌道傾角等于零C.軌道高度約為35786公里D.軌道周期等于23小時56分4秒2.在衛(wèi)星軌道機動中，以下哪種方法通常用于將衛(wèi)星從低軌道轉(zhuǎn)移到高軌道（如從近地軌道到地球同步轉(zhuǎn)移軌道）？A.火箭直接發(fā)射至目標軌道B.反向噴氣減速離軌C.連續(xù)小推力發(fā)動機慢速加推D.軌道衰減自然下降3.下列哪種推進系統(tǒng)通常用于衛(wèi)星的軌道維持和姿態(tài)修正，因其比沖（SpecificImpulse）高、功耗低？A.固體火箭發(fā)動機B.液體火箭發(fā)動機C.離子推進器D.膜推進器4.衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮的主要因素不包括：A.載荷承受能力B.輕量化C.美學(xué)外觀D.熱環(huán)境適應(yīng)性5.下列哪種材料常用于衛(wèi)星的太陽帆板（SolarPanel）制造，以高效地將太陽能轉(zhuǎn)化為電能？A.鈦合金B(yǎng).聚合物泡沫C.單晶硅或多晶硅D.鎂合金6.衛(wèi)星熱控系統(tǒng)的主要目的是：A.完全消除衛(wèi)星的熱量B.使衛(wèi)星溫度恒定在某個固定值C.控制衛(wèi)星溫度在允許的工作范圍內(nèi)D.增加衛(wèi)星向外輻射熱量7.下列哪種技術(shù)是衛(wèi)星實現(xiàn)自主定軌和姿態(tài)控制的基礎(chǔ)？A.星上計算機運算B.傳感器測量C.地面測控站跟蹤D.推進器噴射8.衛(wèi)星測控（Telemetry,Tracking,andCommand,TT&C）系統(tǒng)通常使用哪種頻段進行與地面站的通信？A.VHF/UHF頻段B.SHF頻段（如S頻、X頻）C.MF頻段D.LF頻段9.下列哪種材料因其優(yōu)異的抗輻射性能，常被用于工作在空間輻射環(huán)境中的衛(wèi)星電子元器件？A.鋁合金B(yǎng).鍺C.鋰離子電池材料D.鋰金屬10.衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)通常采用哪種類型的傳感器來感知衛(wèi)星的當前姿態(tài)？A.溫度傳感器B.壓力傳感器C.慣性測量單元（IMU）或太陽敏感器/星敏感器等D.推力傳感器11.限制衛(wèi)星任務(wù)壽命的主要因素之一是：A.軌道高度的自然衰減B.星上燃料的消耗C.星上器件的老化與失效D.地球磁場的劇烈變化12.下列哪種衛(wèi)星處于地球靜止軌道？A.國際空間站（ISS）B.半同步軌道衛(wèi)星（如GPS衛(wèi)星）C.月球探測器D.地球同步軌道通信衛(wèi)星13.衛(wèi)星星下點軌跡（GroundTrack）是指：A.衛(wèi)星飛越地球上同一經(jīng)度點的軌跡B.衛(wèi)星飛越地球上同一緯度點的軌跡C.衛(wèi)星質(zhì)心在地球表面投影隨時間變化的軌跡D.地球自轉(zhuǎn)引起的視運動軌跡14.下列哪種效應(yīng)會導(dǎo)致地球同步軌道衛(wèi)星的星下點軌跡在赤道上空徘徊？A.軌道攝動B.軌道共振C.地球非球形引力場（J2效應(yīng)）D.太陽光壓15.衛(wèi)星星敏感器的主要作用是：A.測量衛(wèi)星繞自身軸的旋轉(zhuǎn)角速度B.測量衛(wèi)星的指向相對于慣性空間的角坐標C.探測太陽位置以確定衛(wèi)星姿態(tài)D.測量衛(wèi)星與地面站的距離16.推進劑的質(zhì)量比沖（SpecificImpulse）是指：A.單位推力產(chǎn)生的推力變化率B.單位質(zhì)量推進劑產(chǎn)生的沖量C.單位質(zhì)量推進劑產(chǎn)生的推力D.推進劑燃燒釋放的總能量17.衛(wèi)星結(jié)構(gòu)熱控中使用的熱管（HeatPipe）是一種：A.主動式散熱器件B.被動式傳熱器件C.主動式傳熱器件D.隔熱器件18.衛(wèi)星在進行軌道機動時，消耗的能量主要轉(zhuǎn)化為：A.熱能B.聲能C.電能D.動能19.衛(wèi)星姿態(tài)機動通常使用哪種類型的執(zhí)行機構(gòu)？A.大推力主發(fā)動機B.小型反作用飛輪或磁力矩器C.大型太陽能帆板D.載人艙20.以下哪種情況不屬于衛(wèi)星在軌故障的常見原因？A.電路過載B.空間輻射損傷C.溫度過高或過低D.地面操作人員失誤二、填空題（每空1分，共10分。請將答案填在橫線上）1.衛(wèi)星繞地球做勻速圓周運動的向心力主要由________提供。2.衛(wèi)星太陽帆板的效率通常用________來衡量。3.衛(wèi)星熱控分系統(tǒng)的基本功能是________和________。4.衛(wèi)星姿態(tài)的三自由度是指繞________、________和________的旋轉(zhuǎn)。5.地球靜止軌道衛(wèi)星相對于地面________。6.常用的衛(wèi)星姿態(tài)敏感器有________、________和星敏感器。7.評估衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計性能的關(guān)鍵指標是________和________。8.衛(wèi)星推進系統(tǒng)的主要性能指標包括________、________和比沖。9.衛(wèi)星任務(wù)的生命周期通常分為________、________、在軌運行和________四個階段。10.衛(wèi)星測控系統(tǒng)中的“跟蹤”（Tracking）主要是指測量________和________。三、簡答題（每題4分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述軌道高度對衛(wèi)星覆蓋范圍和觀測時窗的主要影響。2.簡述衛(wèi)星姿態(tài)穩(wěn)定的基本原理。3.簡述影響衛(wèi)星壽命的主要空間環(huán)境因素及其對衛(wèi)星的影響。4.簡述衛(wèi)星星上電源系統(tǒng)（如太陽電池陣和蓄電池）的工作原理及其在軌工作的基本模式。5.簡述衛(wèi)星地面測控站的主要功能。四、計算題（共30分。請寫出詳細的計算過程和結(jié)果）1.（10分）某衛(wèi)星質(zhì)量為500kg，在高度為500km的近地圓軌道上運行。已知地球半徑為6371km，地球引力常數(shù)為GM=3.986×10^14m^3/s^2。求該衛(wèi)星的軌道速度和運行周期。2.（10分）一質(zhì)量為300kg的衛(wèi)星需要進行一次變軌機動，從高度為500km的初始圓軌道變軌至高度為1000km的圓軌道。假設(shè)變軌過程中僅進行一次中途加速（霍曼轉(zhuǎn)移的第一步）。忽略地球非球形引力影響，求此次變軌機動需要消耗的Δv（總沖量）。3.（10分）某衛(wèi)星太陽帆板有效面積A=20m^2，入射太陽光強度I=1361W/m^2（近地空間平均值），帆板轉(zhuǎn)換效率η=30%。衛(wèi)星運行在高度為800km的圓軌道，軌道傾角為0度。求該太陽帆板產(chǎn)生的功率。假設(shè)此時太陽帆板與太陽光方向垂直。五、論述/設(shè)計題（共40分。請根據(jù)要求進行論述或設(shè)計）1.（20分）分析將衛(wèi)星發(fā)射到地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）相比于直接發(fā)射到地球同步靜止軌道（GEO）在技術(shù)上的優(yōu)勢和劣勢。考慮軌道高度、Δv需求、飛行時間、發(fā)射窗口等因素。2.（20分）設(shè)計一個用于地球同步軌道通信衛(wèi)星的簡化姿軌控制系統(tǒng)方案。需要說明：*主要的功能需求是什么？*推薦使用哪些類型的傳感器？并簡述其工作原理和作用。*推薦使用哪些類型的執(zhí)行機構(gòu)？并簡述其工作原理和適用場景。*簡述系統(tǒng)工作的基本邏輯（例如，如何根據(jù)傳感器測量值調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)）。試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.C5.C6.C7.B8.B9.B10.C11.C12.D13.C14.C15.B16.B17.B18.D19.B20.D二、填空題1.地球引力2.轉(zhuǎn)換效率3.散熱/保溫（或熱控制）4.繞軌道縱軸/橫軸/豎軸（或進動軸/緯度圈旋轉(zhuǎn)軸/經(jīng)度圈旋轉(zhuǎn)軸）5.靜止（相對）6.太陽敏感器/星敏感器（或其他，如陀螺儀，但前兩者最常用）7.強度/剛度（或靜強度/動強度）8.推力/推進劑消耗率（或比沖/推重比）9.任務(wù)設(shè)計/地面準備/站段發(fā)射/在軌運行/離軌處置（順序或具體詞不影響）10.衛(wèi)星位置/衛(wèi)星速度（或距離/角速度）三、簡答題1.解析思路：分析軌道高度如何影響視場角和地球曲率遮擋。低軌道高度意味著衛(wèi)星離地球近，視場角相對較小，但能覆蓋更靠近赤道的區(qū)域，且地球曲率對視場的遮擋較小，觀測時窗較長。高軌道（如同步軌道）離地球遠，視場角相對較大，可覆蓋全球范圍（對于赤道附近），但地球曲率遮擋顯著，導(dǎo)致無法觀測到極地區(qū)域，且觀測時窗受光照條件影響更大。2.解析思路：闡述衛(wèi)星如何通過對外部參考物（如太陽、恒星）或內(nèi)部基準（如陀螺儀）進行感知，產(chǎn)生一個控制信號，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)（如反作用飛輪、磁力矩器）產(chǎn)生力矩，使衛(wèi)星偏離的姿態(tài)回到期望的穩(wěn)定狀態(tài)。例如，利用太陽帆板產(chǎn)生的光壓不平衡來產(chǎn)生穩(wěn)定力矩。3.解析思路：列舉主要的空間環(huán)境因素，如高能粒子輻射（導(dǎo)致器件老化和單粒子效應(yīng)）、高能帶電粒子（輻射損傷）、太陽風(fēng)（太陽光壓和熱壓）、微流星體和空間碎片（碰撞威脅）、地球磁層擾動（影響軌道和測控）等。并簡述其對衛(wèi)星的影響，如加速電子器件老化、導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯誤或系統(tǒng)故障、引起軌道漂移、造成結(jié)構(gòu)損傷等。4.解析思路：闡述太陽電池陣將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，在sunlight時為蓄電池充電，在eclipse（陰影期）或夜間由蓄電池為衛(wèi)星負載供電。蓄電池在充電和放電過程中存儲和釋放能量，以平抑電源系統(tǒng)輸出功率的波動，保障衛(wèi)星在所有光照條件下的正常工作。5.解析思路：說明地面測控站的主要功能：接收衛(wèi)星發(fā)來的遙測數(shù)據(jù)（了解衛(wèi)星狀態(tài)），向衛(wèi)星發(fā)送指令（控制衛(wèi)星操作），對衛(wèi)星進行精確的測軌和定軌（確定衛(wèi)星位置和速度），以及進行通信傳輸（天地通話）等。四、計算題1.解析思路：使用近地軌道圓周運動的速度公式v=sqrt(GM/r)和周期公式T=2πr/v，其中r為地心到衛(wèi)星的距離=地球半徑+軌道高度。代入數(shù)據(jù)進行計算即可。v=sqrt(3.986×10^14/(6371×10^3+500×10^3))=sqrt(3.986×10^14/6871×10^3)≈sqrt(58047.7)≈241.0m/sr=6871km=6.871×10^6mT=2π*6.871×10^6/241.0≈44739s≈12.4hours2.解析思路：使用霍曼轉(zhuǎn)移軌道的Δv計算公式。Δv_total=sqrt(GM/m)*(sqrt(2(r2+r1)/(r2-r1))-1)，其中r1和r2分別是初始和目標軌道的半長軸。對于從r1軌道直接變軌到r2軌道（非霍曼），Δv=sqrt(GM/m)*(1/r1-1/r2)。這里題目描述為一次中途加速（即霍曼第一步），故使用前者。Δv_total=sqrt(3.986×10^14/500)*(sqrt((2*(1000+500)/(1000-500)))-1)=sqrt(7.972×10^12)*(sqrt((3000/500))-1)=28241.5*(sqrt(6)-1)=28241.5*(2.4495-1)=28241.5*1.4495≈40860m/s3.解析思路：使用太陽帆板功率計算公式P=I*A*cos(θ)*η，其中I是入射太陽光強度，A是有效面積，θ是太陽光入射角（題目假設(shè)垂直，cos(θ)=1），η是轉(zhuǎn)換效率。代入數(shù)據(jù)進行計算。P=1361*20*1*0.30=27220W=27.22kW五、論述/設(shè)計題1.解析思路：從多個維度對比GTO和GEO發(fā)射。優(yōu)勢（GTO）：發(fā)射點到GEO的Δv相對于直接從低地發(fā)射到GEO要?。ㄓ绕鋵τ诰暥容^高的發(fā)射場）；可以利用地球自轉(zhuǎn)提供部分發(fā)射速度；對于需要覆蓋全球的衛(wèi)星，GTO提供了更靈活的部署方式。劣勢（GTO）：需要經(jīng)歷高能轉(zhuǎn)移軌道，衛(wèi)星在軌期間受空間環(huán)境影響更久（如輻射）；需要進行軌道捕獲和變軌機動，增加了任務(wù)復(fù)雜性和燃料消耗；相比GEO，GTO上的通信信號衰減更大，信號質(zhì)量稍差。優(yōu)勢（GEO）：一旦到位，衛(wèi)星相對于地面目標基本靜止，便于持續(xù)通信；信號路徑損耗相對較小。劣勢（GEO）：發(fā)射需要克服更高的能量需求（Δv大）；對于高緯度地區(qū)，發(fā)射成本更高或無法直接發(fā)射。2.解析思路：設(shè)計題需要系統(tǒng)性地考慮。功能需求：保持衛(wèi)星指向穩(wěn)定（如對地指向、太陽指向、星下