2025年“空天杯”航空航天知識競賽試題含解析及答案一、單項選擇題（每題3分，共30分）1.航空與航天的分界通常以“卡門線”為標準，該分界線的高度是：A.80公里B.100公里C.120公里D.150公里解析：卡門線由匈牙利裔美國工程師西奧多·馮·卡門提出，定義為大氣與太空的界限。在此高度以上，大氣過于稀薄，無法提供航空器飛行所需的升力，需依靠火箭推力維持軌道。國際航空聯(lián)合會（FAI）正式將卡門線定為100公里。答案：B2.以下哪類飛行器屬于“航天器”？A.波音787客機B.美國“全球鷹”無人機C.中國“天宮”空間站D.法國“幻影2000”戰(zhàn)斗機解析：航天器是在地球大氣層外空間（太空）運行的飛行器，需依靠火箭發(fā)射進入軌道，如衛(wèi)星、空間站、深空探測器等。航空器則在大氣層內(nèi)飛行，依賴空氣動力（如飛機、無人機）。答案：C3.火箭發(fā)射時，一級火箭分離后落回地面的過程中，其表面因與大氣劇烈摩擦產(chǎn)生高溫，主要依靠哪種技術(shù)降低燒蝕風險？A.主動冷卻B.熱障涂層C.燒蝕材料D.絕熱泡沫解析：火箭返回時與大氣摩擦產(chǎn)生的熱量極大（可達數(shù)千攝氏度），燒蝕材料通過自身分解、熔化或蒸發(fā)帶走熱量，是最常用的防熱技術(shù)（如“星艦”的不銹鋼表面涂覆燒蝕層）。熱障涂層主要用于發(fā)動機高溫部件，絕熱泡沫用于發(fā)射前保溫（如航天飛機外貯箱）。答案：C4.中國“長征五號”運載火箭的綽號是“胖五”，其最大直徑為：A.3.35米B.4.2米C.5米D.6.2米解析：長征五號是中國首型5米直徑大運載火箭（此前長征系列主流直徑為3.35米），箭體結(jié)構(gòu)、發(fā)動機推力（2臺YF-77氫氧發(fā)動機+8臺YF-100液氧煤油發(fā)動機）均為全新設(shè)計，地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）運載能力達14噸。答案：C5.以下哪種衛(wèi)星的軌道高度最低？A.地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）B.中地球軌道衛(wèi)星（MEO）C.低地球軌道衛(wèi)星（LEO）D.高橢圓軌道衛(wèi)星（HEO）解析：低地球軌道（LEO）高度通常為200-2000公里（如國際空間站約400公里，“星鏈”衛(wèi)星約550公里）；中地球軌道（MEO）約2000-35786公里（如GPS衛(wèi)星約20200公里）；地球靜止軌道（GEO）固定在35786公里赤道上空；高橢圓軌道（HEO）近地點低、遠地點高（如“北極星”通信衛(wèi)星遠地點約4萬公里）。答案：C6.2024年，中國嫦娥六號任務成功從月球哪一區(qū)域采集月壤？A.雨海B.風暴洋C.南極-艾特肯盆地D.豐富海解析：嫦娥六號是人類首次在月球背面南極-艾特肯盆地（SPA盆地）采樣，該區(qū)域是月球最大、最古老的撞擊盆地（直徑約2500公里），保存了月殼深部物質(zhì)信息，對研究月球演化意義重大。答案：C7.航天器在軌道上長期運行時，需通過推進系統(tǒng)調(diào)整姿態(tài)或軌道，以下哪種推進方式適合“微小衛(wèi)星”的高精度軌道維持？A.化學推進（液體燃料）B.電推進（離子發(fā)動機）C.固體火箭發(fā)動機D.冷氣體推進解析：電推進通過電場加速離子產(chǎn)生推力（如霍爾推進器），比沖高（可達3000秒以上，化學推進約300秒），燃料效率高，適合微小衛(wèi)星長期、高精度軌道控制（如“星鏈”衛(wèi)星普遍采用電推進變軌）。冷氣體推進推力小、比沖低，僅用于短時間微調(diào)。答案：B8.以下哪項是“超燃沖壓發(fā)動機”的典型應用場景？A.火箭一級動力B.民航客機動力C.高超聲速飛行器（如乘波體）D.衛(wèi)星姿控動力解析：超燃沖壓發(fā)動機（Scramjet）是超聲速燃燒沖壓發(fā)動機，需在飛行速度超過馬赫數(shù)5時啟動（空氣在燃燒室中以超聲速流動），是高超聲速飛行器（如中國“星空-2”試驗飛行器）的核心動力?；鸺枳詭а趸瘎?，民航客機用渦扇發(fā)動機，衛(wèi)星姿控用小推力發(fā)動機。答案：C9.中國“天問一號”任務實現(xiàn)了“繞、落、巡”三合一，其著陸器成功降落的火星區(qū)域是：A.烏托邦平原B.希臘平原C.水手谷D.奧林帕斯山解析：天問一號著陸點選擇在火星北半球的烏托邦平原（UtopiaPlanitia），該區(qū)域地形平坦（降低著陸風險），且可能存在地下冰（科學探測價值高）。希臘平原是南半球大撞擊盆地，水手谷是火星最大峽谷，奧林帕斯山是火山。答案：A10.以下哪項技術(shù)是“可重復使用火箭”回收的核心難點？A.發(fā)動機多次點火B(yǎng).箭體材料輕量化C.導航與制導精度D.熱防護系統(tǒng)解析：可重復使用火箭回收需精確控制箭體在返回過程中的姿態(tài)、速度和落點（誤差需小于10米），導航與制導系統(tǒng)（如GPS/慣性導航融合、姿控發(fā)動機實時調(diào)整）是核心。發(fā)動機多次點火（如“獵鷹9號”一級9臺發(fā)動機二次點火反推）、熱防護（承受再入高溫）、材料輕量化（提高推重比）均為關(guān)鍵，但制導精度直接決定回收成敗。答案：C二、填空題（每題4分，共20分）1.火箭發(fā)動機的“比沖”是衡量推進效率的關(guān)鍵參數(shù)，其單位通常為______（填寫物理量單位）。解析：比沖（SpecificImpulse）定義為單位推進劑產(chǎn)生的沖量，單位為秒（s）。公式為：比沖Isp=推力F/(推進劑質(zhì)量流量?×重力加速度g?)，因此單位為秒。答案：秒（s）2.中國空間站的核心艙名為“______”，是空間站組合體的管理和控制中心。解析：中國空間站采用“天和核心艙+問天實驗艙+夢天實驗艙”三艙基本構(gòu)型，天和核心艙于2021年發(fā)射，負責控制、能源、通信及航天員生活支持。答案：天和3.2023年，美國“阿爾忒彌斯1號”任務的目標是______（填寫任務性質(zhì)），為后續(xù)載人登月奠定基礎(chǔ)。解析：阿爾忒彌斯1號是無人繞月飛行測試任務，驗證“獵戶座”飛船和“太空發(fā)射系統(tǒng)（SLS）”火箭的深空飛行能力，飛船繞月后返回地球。答案：無人繞月飛行測試4.衛(wèi)星的“軌道傾角”是指軌道平面與______的夾角，決定了衛(wèi)星覆蓋的緯度范圍。解析：軌道傾角是衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面的夾角（0°為赤道軌道，90°為極軌道），傾角越大，衛(wèi)星覆蓋的緯度范圍越廣（極軌道可覆蓋全球）。答案：地球赤道平面5.中國“快舟”系列運載火箭屬于______（填寫類型）火箭，具備快速響應發(fā)射能力。解析：快舟火箭采用固體推進劑，預先完成總裝測試，可在接到任務后數(shù)小時至數(shù)天內(nèi)發(fā)射（液體火箭需weeks級準備），適合應急衛(wèi)星補網(wǎng)、災害監(jiān)測等快速響應需求。答案：固體三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述“航天服”的三層基本結(jié)構(gòu)及其功能。解析：航天服是保障航天員在真空、極端溫度、輻射環(huán)境中生存的生命支持系統(tǒng)，通常分為三層：①最內(nèi)層（液冷通風層）：由彈性纖維和細管組成，通過循環(huán)冷水帶走航天員體熱，維持體溫；②中間層（氣密層）：由橡膠或復合膜制成，保持內(nèi)部壓力（約0.3-0.4個大氣壓），防止氧氣泄漏；③外層（防護層）：由耐高溫、抗輻射的材料（如芳綸、玻璃纖維）制成，抵御微流星撞擊、太陽輻射和極端溫差（-150℃至120℃）。答案：航天服由液冷通風層（散熱）、氣密層（維持壓力）、防護層（抗撞擊與輻射）組成，分別實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)、壓力保障和外部環(huán)境防護功能。2.為什么“月球背面”的射電觀測價值高于正面？解析：月球背面始終背對地球，地球電離層、人類無線電信號（如通信、雷達）無法直接干擾，是天然的“射電寂靜區(qū)”。在此可開展低頻射電觀測（如宇宙早期電磁波、暗物質(zhì)信號），而正面因地球電磁干擾難以實現(xiàn)。此外，月球背面保存了更原始的月殼結(jié)構(gòu)（少受地球引力影響的撞擊事件），對研究太陽系形成有重要意義。答案：月球背面無地球電磁干擾，是理想的低頻射電觀測場所；同時保留了更原始的地質(zhì)信息，科學價值極高。3.對比“液體火箭”與“固體火箭”的優(yōu)缺點。解析：液體火箭（如長征五號、獵鷹9號）使用液氧煤油、液氫液氧等液體推進劑，優(yōu)點是比沖高（效率高）、推力可調(diào)節(jié)（適合載人航天、高精度入軌）、可重復使用；缺點是發(fā)射準備時間長（需加注燃料）、結(jié)構(gòu)復雜（需燃料貯箱、管路系統(tǒng)）。固體火箭（如快舟、“獵鷹重型”助推器）使用固體推進劑（藥柱預封裝），優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、發(fā)射響應快（數(shù)小時內(nèi)完成）、成本低；缺點是比沖低（效率低）、推力不可調(diào)節(jié)（無法多次啟動）、難以重復使用。答案：液體火箭比沖高、推力可調(diào)但準備時間長；固體火箭結(jié)構(gòu)簡單、響應快但效率低、推力不可調(diào)。四、論述題（20分）結(jié)合當前國際航天發(fā)展趨勢，論述“商業(yè)航天”對全球航天事業(yè)的推動作用。解析：近年來，商業(yè)航天（如SpaceX、藍色起源、中國藍箭航天等）通過技術(shù)創(chuàng)新和市場機制，正在重塑航天產(chǎn)業(yè)格局，其推動作用體現(xiàn)在以下方面：①降低成本，擴大應用場景：SpaceX“獵鷹9號”通過火箭回收將發(fā)射成本從6200萬美元/次降至約620萬美元（復用后），星鏈衛(wèi)星單星成本從千萬美元降至約50萬美元，使衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)、商業(yè)遙感等應用規(guī)?；Ｖ袊半p曲線一號”“谷神星一號”等商業(yè)火箭也將微小衛(wèi)星發(fā)射成本降低50%以上。②加速技術(shù)創(chuàng)新：商業(yè)公司以市場需求為導向，突破傳統(tǒng)航天的“高成本、長周期”模式。例如，SpaceX的“星艦”采用不銹鋼箭體（降低材料成本）、猛禽發(fā)動機（甲烷燃料可在火星原位制備）；藍箭航天“朱雀二號”是全球首枚成功入軌的液氧甲烷火箭，驗證了可重復使用潛力。③完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)：商業(yè)航天帶動了上下游產(chǎn)業(yè)鏈（如火箭零部件制造、衛(wèi)星載荷研發(fā)、地面終端設(shè)備）發(fā)展。美國商業(yè)航天已形成“火箭制造-衛(wèi)星組網(wǎng)-應用服務”全鏈條，2023年產(chǎn)業(yè)規(guī)模超1700億美元；中國商業(yè)航天企業(yè)超400家，涵蓋火箭、衛(wèi)星、地面設(shè)備等領(lǐng)域，推動“航天