2025年航天競賽試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.下列關(guān)于液氧甲烷火箭發(fā)動機(jī)的描述，錯誤的是（）A.甲烷比沖高于液氫B.可實現(xiàn)重復(fù)使用C.燃料來源廣泛（如地外天體可原位制備）D.低溫儲存條件較液氧煤油更苛刻2.2025年計劃發(fā)射的“嫦娥七號”探測器主要科學(xué)目標(biāo)不包括（）A.月表水冰分布探測B.月球南極地形地貌精細(xì)測繪C.月壤中氦-3資源詳查D.月基光學(xué)天文觀測3.關(guān)于太陽同步軌道的特性，正確的是（）A.軌道傾角小于90°B.軌道平面進(jìn)動角速度與太陽視運(yùn)動角速度一致C.僅適用于低地球軌道（LEO）D.衛(wèi)星經(jīng)過同一緯度地面點的地方時不斷變化4.下列深空探測任務(wù)中，采用“引力彈弓”技術(shù)的是（）A.天問二號小行星采樣返回任務(wù)B.嫦娥八號月面科研站前期驗證任務(wù)C.木星探測任務(wù)“朱諾”號（已完成）D.國際月球科研站（ILRS）通信中繼衛(wèi)星部署5.空間站長期駐留時，航天員骨丟失的主要原因是（）A.空間輻射導(dǎo)致成骨細(xì)胞活性下降B.微重力環(huán)境下骨骼承重減少C.密閉環(huán)境維生素D合成不足D.太空食品鈣含量低于地面標(biāo)準(zhǔn)6.長征十號運(yùn)載火箭（新一代載人火箭）的近地軌道（LEO）運(yùn)載能力約為（）A.15噸B.25噸C.35噸D.45噸7.下列航天器熱防護(hù)系統(tǒng)（TPS）中，適用于載人飛船月地返回（再入速度約11.2km/s）的是（）A.航天飛機(jī)的陶瓷防熱瓦B.獵戶座飛船的PICA-X燒蝕材料C.北斗導(dǎo)航衛(wèi)星的多層隔熱毯（MLI）D.天問一號火星探測器的酚醛樹脂燒蝕層8.關(guān)于空間碎片減緩的“25年準(zhǔn)則”，正確的解釋是（）A.航天器在軌壽命不超過25年B.任務(wù)結(jié)束后25年內(nèi)需離軌進(jìn)入大氣層銷毀或轉(zhuǎn)移至墳場軌道C.近地軌道碎片清理任務(wù)周期不超過25年D.載人航天器需具備25年以上的空間碎片碰撞預(yù)警能力9.2025年擬開展的“地月空間經(jīng)濟(jì)帶”關(guān)鍵技術(shù)驗證不包括（）A.地月轉(zhuǎn)移軌道（TLI）貨物運(yùn)輸常態(tài)化B.月面原位資源利用（ISRU）制氧試驗C.地月激光通信高速鏈路測試D.近地小行星采礦機(jī)器人在軌組裝10.下列關(guān)于“星艦”（Starship）運(yùn)載系統(tǒng)的描述，正確的是（）A.采用液氧液氫發(fā)動機(jī)B.一級助推器（SuperHeavy）可重復(fù)使用次數(shù)低于10次C.近地軌道運(yùn)載能力超過150噸D.不具備載人深空探測能力二、填空題（每空1分，共20分）1.中國空間站“天宮”的基本構(gòu)型由天和核心艙、______實驗艙和______實驗艙組成，設(shè)計壽命______年。2.天問二號探測器計劃實現(xiàn)“繞、______、______、回”四步探測，目標(biāo)天體為______（填類型）小行星。3.月球背面著陸的關(guān)鍵技術(shù)是______，中國“鵲橋”中繼衛(wèi)星的軌道類型為______。4.載人飛船環(huán)月飛行時，需重點防護(hù)的空間輻射源包括______、______和銀河宇宙射線（GCR）。5.火箭發(fā)動機(jī)比沖的定義是______，單位為______（國際單位制）。6.國際月球科研站（ILRS）的建設(shè)分為______、______、______三個階段，2025年預(yù)計進(jìn)入______階段。7.衛(wèi)星自主導(dǎo)航技術(shù)中，X射線脈沖星導(dǎo)航（XPNAV）的原理是利用______的周期性脈沖信號作為時空基準(zhǔn)。三、簡答題（每題8分，共40分）1.簡述固體火箭發(fā)動機(jī)與液體火箭發(fā)動機(jī)的核心差異（從結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用場景三方面對比）。2.月面采樣返回任務(wù)需突破哪些關(guān)鍵技術(shù)？請列舉并說明其作用。3.分析微重力環(huán)境對航天器材料性能的影響（至少列出3種影響，并說明機(jī)理）。4.為什么深空探測器通常采用核電源（如放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器，RTG）而非太陽能電池？5.空間碎片碰撞預(yù)警的主要技術(shù)手段有哪些？簡述其工作原理。四、綜合分析題（共20分）2025年，某航天機(jī)構(gòu)計劃實施首次載人環(huán)月飛行任務(wù)（繞月但不著陸），請結(jié)合當(dāng)前航天技術(shù)發(fā)展水平，分析該任務(wù)面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)及應(yīng)對策略。（要求：至少列出5項挑戰(zhàn)，每項挑戰(zhàn)需對應(yīng)具體技術(shù)細(xì)節(jié)及可行解決方案。）2025年航天競賽試題答案一、單項選擇題1.A（液氫比沖高于甲烷）2.C（氦-3詳查為后續(xù)嫦娥八號任務(wù)目標(biāo)）3.B（太陽同步軌道傾角大于90°，軌道平面進(jìn)動與太陽視運(yùn)動同步，地方時固定）4.C（朱諾號利用木星引力加速）5.B（微重力導(dǎo)致骨骼承重減少，破骨細(xì)胞活性高于成骨細(xì)胞）6.B（長征十號LEO運(yùn)載能力約25噸，TLI約7噸）7.B（PICA-X燒蝕材料適用于高速再入，如月地返回11.2km/s）8.B（任務(wù)結(jié)束后25年內(nèi)離軌，避免長期占用軌道資源）9.D（近地小行星采礦屬更遠(yuǎn)期規(guī)劃）10.C（星艦LEO運(yùn)力超150噸，采用液氧甲烷發(fā)動機(jī)，可重復(fù)使用超100次，具備載人深空能力）二、填空題1.問天；夢天；102.抵；采；主帶（或近地）3.中繼通信；地月拉格朗日L2點暈軌道（Halo軌道）4.太陽質(zhì)子事件（SPE）；地球輻射帶（范艾倫帶）5.單位質(zhì)量推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量；?！っ?千克（N·s/kg）或秒（s，工程常用）6.論證；建設(shè)；運(yùn)營；建設(shè)7.脈沖星（中子星）三、簡答題1.核心差異：-結(jié)構(gòu)：固體發(fā)動機(jī)為整體藥柱+燃燒室，無復(fù)雜推進(jìn)劑輸送系統(tǒng)；液體發(fā)動機(jī)需泵、閥門、貯箱等組件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。-性能：固體發(fā)動機(jī)比沖低（約250-300s）、推力不可調(diào)節(jié)；液體發(fā)動機(jī)比沖高（液氧煤油約330s，液氧液氫約450s）、可多次啟動和推力調(diào)節(jié)。-應(yīng)用場景：固體發(fā)動機(jī)用于導(dǎo)彈、火箭助推器（如長征火箭固體助推）；液體發(fā)動機(jī)用于主級（如長征五號芯一級）、載人航天（需推力調(diào)節(jié)）。2.關(guān)鍵技術(shù)及作用：-月面軟著陸技術(shù)：通過高精度導(dǎo)航（如激光測距）和變推力發(fā)動機(jī)，確保探測器安全降落（避免月塵揚(yáng)起損壞設(shè)備）。-自動采樣封裝技術(shù)：機(jī)械臂+鉆取/表取裝置采集月壤，密封容器防止月壤污染（需適應(yīng)月面-180℃至120℃溫差）。-月面起飛技術(shù)：上升器發(fā)動機(jī)需在月面真空環(huán)境下可靠啟動，軌道設(shè)計需與軌道器精準(zhǔn)對接。-月軌交會對接：軌道器與上升器在月球軌道（低重力、無大氣）下實現(xiàn)毫米級對接，確保采樣容器轉(zhuǎn)移。-高速再入返回：采用半彈道跳躍式再入（“打水漂”），降低熱流密度（月地返回速度11.2km/s，高于近地返回7.9km/s）。3.微重力對材料性能的影響：-凝固偏析減輕：地面重力下熔融合金因密度差發(fā)生分層，微重力下成分更均勻（利于制備高性能合金）。-熱變形加?。翰牧蠠崤蛎洘o重力約束，精密器件（如望遠(yuǎn)鏡鏡筒）易發(fā)生尺寸漂移（需采用低熱膨脹系數(shù)材料，如碳纖維復(fù)合材料）。-輻射損傷加速：微重力環(huán)境下材料原子位移損傷修復(fù)能力下降（因無重力驅(qū)動的位錯運(yùn)動），需增加輻射屏蔽層（如鋁鋰合金+聚乙烯防護(hù)）。4.核電源優(yōu)勢：-深空光照弱：距離太陽越遠(yuǎn)（如木星軌道），太陽能電池功率隨距離平方衰減（僅為地球軌道的1/25），無法滿足探測器需求。-持續(xù)供電：RTG利用放射性同位素衰變產(chǎn)熱發(fā)電（如钚-238），壽命可達(dá)數(shù)十年（不受光照、陰影影響），適合長期任務(wù)（如旅行者號已工作40余年）。-環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：核電源無運(yùn)動部件，可在-200℃至+100℃極端溫度下穩(wěn)定工作（太陽能電池在低溫下效率下降）。5.碰撞預(yù)警技術(shù)手段：-地基雷達(dá)/光學(xué)觀測：大型雷達(dá)（如美國空間監(jiān)視網(wǎng)SSN）跟蹤10cm以上碎片，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡（如LSST）識別更小目標(biāo)（1-10cm），通過軌道根數(shù)計算碰撞概率。-天基探測：低軌預(yù)警衛(wèi)星（如美國“空間籬笆”）搭載寬視場傳感器，實時監(jiān)測高軌碎片（避免地基觀測受大氣干擾）。-碰撞概率計算：基于軌道動力學(xué)模型（如SGP4）預(yù)測碎片與航天器的最小距離（MOID），當(dāng)概率＞1e-4時觸發(fā)規(guī)避（如航天器變軌）。四、綜合分析題載人環(huán)月飛行任務(wù)的技術(shù)挑戰(zhàn)及應(yīng)對策略1.長時間太空生存支持：挑戰(zhàn)：任務(wù)周期約10-14天（地月往返+環(huán)月飛行），需維持航天員生命保障系統(tǒng)（如氧氣、水、食物）的穩(wěn)定供應(yīng)，同時處理二氧化碳、廢物等。應(yīng)對：采用再生生保系統(tǒng)（如電解水制氧+薩巴蒂爾反應(yīng)處理CO?），降低物資攜帶量；預(yù)包裝航天食品（高營養(yǎng)密度、耐儲存）；定期監(jiān)測航天員生理指標(biāo)（如心率、骨密度），通過阻力訓(xùn)練器（如ARED）減緩肌肉流失。2.高能輻射防護(hù)：挑戰(zhàn)：地月空間無地球磁場保護(hù)，航天員暴露于太陽質(zhì)子事件（SPE）和銀河宇宙射線（GCR）中，輻射劑量可能超過年允許限值（約500mSv）。應(yīng)對：飛船艙體采用含氫材料（如聚乙烯）屏蔽電離輻射；設(shè)置輻射避難艙（加厚防護(hù)層），監(jiān)測實時輻射水平（如使用DOSIS-3D探測器）；任務(wù)避開太陽活動峰年（2025年為太陽活動高年，需選擇SPE低發(fā)窗口發(fā)射）。3.高速再入熱防護(hù)：挑戰(zhàn)：月地返回速度達(dá)11.2km/s（近地返回為7.9km/s），再入大氣層時熱流密度＞2000kW/m2，遠(yuǎn)超神舟飛船（約500kW/m2）。應(yīng)對：采用新一代燒蝕材料（如PICA-X），厚度增加至15-20cm；設(shè)計半彈道跳躍式再入軌跡（“打水漂”），延長再入時間，降低峰值熱流；通過計算流體力學(xué)（CFD）模擬優(yōu)化返回艙外形（如大鈍頭體降低激波溫度）。4.地月通信延遲與中斷：挑戰(zhàn)：地月距離約38萬公里，無線電信號單向延遲約1.3秒，環(huán)月飛行時探測器可能進(jìn)入月球背面（與地球直接通信中斷）。應(yīng)對：部署中繼衛(wèi)星（如中國“鵲橋二號”）于地月L2點，確保全軌道覆蓋；飛船搭載高增益定向天線（Ka頻段），提升通信速率（從神舟的10Mbps提升至100Mbps）；航天員需具備自主決策能力（如手動控制交會對接