2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——太空探測(cè)器的赤道定位考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪個(gè)軌道是地球靜止軌道的一種特殊情況？A.偏心率為零的圓軌道B.傾角為零的圓軌道C.傾角為90度的圓軌道D.軌道周期為1天的圓軌道2.太陽(yáng)同步軌道的主要特點(diǎn)是？A.軌道高度越高，與太陽(yáng)的角距離變化越快B.軌道高度越低，與太陽(yáng)的角距離變化越快C.探測(cè)器在相同當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)經(jīng)過(guò)同一緯度D.探測(cè)器在相同格林尼治平時(shí)經(jīng)過(guò)同一緯度3.下列哪個(gè)因素對(duì)航天器的軌道攝動(dòng)影響最大？A.太陽(yáng)光壓B.星歷精度C.航天器質(zhì)量D.軌道高度4.地球靜止軌道衛(wèi)星的軌道半長(zhǎng)軸約為？A.6371公里B.35786公里C.40824公里D.149600公里5.下列哪個(gè)坐標(biāo)系是赤道定位中常用的坐標(biāo)系？A.立體直角坐標(biāo)系B.地球固定坐標(biāo)系C.軌道坐標(biāo)系D.天球坐標(biāo)系6.航天器姿態(tài)控制的主要目的是？A.維持航天器在預(yù)定軌道上運(yùn)行B.使航天器的光學(xué)儀器指向預(yù)定目標(biāo)C.增大航天器的軌道高度D.減小航天器的軌道偏心率7.下列哪種軌道機(jī)動(dòng)方式常用于將探測(cè)器從低軌道轉(zhuǎn)移到高軌道？A.傾角機(jī)動(dòng)B.調(diào)相機(jī)動(dòng)C.大幅變軌機(jī)動(dòng)D.軌道維持機(jī)動(dòng)8.赤道定位的主要目的是？A.提高航天器的運(yùn)行速度B.減小航天器的能耗C.使航天器能夠覆蓋地球的特定區(qū)域D.延長(zhǎng)航天器的使用壽命9.下列哪個(gè)因素會(huì)影響航天器太陽(yáng)帆板的效率？A.航天器的軌道高度B.航天器的姿態(tài)指向C.太陽(yáng)的光照強(qiáng)度D.航天器的質(zhì)量10.下列哪個(gè)國(guó)家擁有最多的地球靜止軌道衛(wèi)星？A.美國(guó)B.中國(guó)C.俄羅斯D.日本二、填空題（每空1分，共20分）1.赤道坐標(biāo)系是以地球的__________為原點(diǎn)，赤道平面為_(kāi)_________的坐標(biāo)系。2.太陽(yáng)同步軌道的軌道傾角通常在__________度左右。3.地球靜止軌道衛(wèi)星的軌道周期為_(kāi)_________小時(shí)。4.軌道攝動(dòng)是指航天器實(shí)際軌道______________理論軌道的現(xiàn)象。5.航天器姿態(tài)控制通常采用__________、__________和__________三種方式。6.軌道機(jī)動(dòng)是指通過(guò)__________或__________改變航天器軌道要素的操作。7.赤道定位要求航天器在相同__________經(jīng)過(guò)地球的__________。8.太陽(yáng)光壓是指太陽(yáng)光對(duì)航天器產(chǎn)生的__________。9.地磁力場(chǎng)對(duì)航天器的影響主要體現(xiàn)在__________和__________兩個(gè)方面。10.軌道維持是指通過(guò)__________或__________等方法，使航天器保持在預(yù)定軌道上運(yùn)行。三、計(jì)算題（每題10分，共30分）1.一顆地球靜止軌道衛(wèi)星的軌道半長(zhǎng)軸為42164公里，求其軌道偏心率和軌道周期。（已知地球引力參數(shù)為398600公里^3/秒^2）2.一顆質(zhì)量為500公斤的航天器，在距離地球表面1000公里處做圓軌道運(yùn)行，求其受到的太陽(yáng)光壓。（已知太陽(yáng)光壓強(qiáng)度為9.08x10^-6牛/平方米）3.一顆軌道高度為500公里的探測(cè)器需要通過(guò)一次軌道機(jī)動(dòng)將其提升到1000公里高度，假設(shè)使用的是霍曼轉(zhuǎn)移軌道，求所需的Δv值。四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述太陽(yáng)同步軌道的原理及其應(yīng)用。2.簡(jiǎn)述地球靜止軌道衛(wèi)星的特點(diǎn)及其優(yōu)缺點(diǎn)。3.簡(jiǎn)述軌道攝動(dòng)的主要來(lái)源及其對(duì)航天器軌道的影響。4.簡(jiǎn)述航天器姿態(tài)控制的基本原理及其主要方法。五、論述題（15分）設(shè)計(jì)一個(gè)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星的軌道方案，要求該衛(wèi)星能夠覆蓋地球赤道區(qū)域，并具有太陽(yáng)同步特性。請(qǐng)說(shuō)明該軌道方案的具體參數(shù)（例如軌道高度、傾角、偏心率等），并解釋選擇這些參數(shù)的原因。同時(shí)，簡(jiǎn)要分析該軌道方案可能面臨的主要挑戰(zhàn)及其解決方案。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.A4.B5.C6.B7.C8.C9.C10.A二、填空題1.赤道；基準(zhǔn)平面2.03.244.偏離5.軌道控制；姿態(tài)控制；推進(jìn)劑管理6.燃料消耗；軌道機(jī)動(dòng)7.當(dāng)?shù)靥?yáng)時(shí)；赤道8.推動(dòng)力9.軌道衰減；姿態(tài)干擾10.軌道機(jī)動(dòng)；軌道維持三、計(jì)算題1.解：軌道偏心率e=0(因?yàn)榈厍蜢o止軌道是圓軌道)軌道周期T=2π*sqrt(a^3/μ)T=2π*sqrt((42164km)^3/398600km^3/s^2)T≈1436.4分鐘≈24小時(shí)答案：偏心率e=0，軌道周期T≈24小時(shí)2.解：太陽(yáng)光壓F=P*A*cos(θ)其中P為太陽(yáng)光壓強(qiáng)度，A為太陽(yáng)帆板面積，θ為太陽(yáng)光壓與帆板法線的夾角。假設(shè)航天器朝向太陽(yáng)，θ=0，cos(θ)=1。F=9.08x10^-6N/m^2*A由于題目未給出太陽(yáng)帆板面積A，無(wú)法計(jì)算具體數(shù)值，答案為F=9.08x10^-6A牛頓，其中A為太陽(yáng)帆板面積（平方米）。答案：F=9.08x10^-6A牛頓(A為太陽(yáng)帆板面積，平方米)3.解：霍曼轉(zhuǎn)移軌道所需的Δv為：Δv1=sqrt(μ/r1)*(sqrt(2a/r1)-1)Δv2=sqrt(μ/r2)*(1-sqrt(2a/r2))a為轉(zhuǎn)移軌道半長(zhǎng)軸，等于(r1+r2)/2Δv_total=Δv1+Δv2Δv1=sqrt(398600km^3/s^2/1000km)*(sqrt(2*1500km/1000km)-1)Δv1≈7.55km/s*(1.2247-1)Δv1≈7.55km/s*0.2247Δv1≈1.70km/sΔv2=sqrt(398600km^3/s^2/2000km)*(1-sqrt(2*1500km/2000km))Δv2≈4.43km/s*(1-0.8485)Δv2≈4.43km/s*0.1515Δv2≈0.67km/sΔv_total≈1.70km/s+0.67km/sΔv_total≈2.37km/s答案：Δv≈2.37公里/秒四、簡(jiǎn)答題1.解析思路：闡述太陽(yáng)同步軌道如何通過(guò)軌道傾角和偏心率的設(shè)計(jì)，使其在繞地球運(yùn)行時(shí)，過(guò)同一經(jīng)度的時(shí)間間隔保持不變。答案：太陽(yáng)同步軌道是一種特殊的太陽(yáng)同步回轉(zhuǎn)軌道，其軌道平面與地球赤道平面的夾角（即軌道傾角）不為零，且其偏心率經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì)。由于地球受到太陽(yáng)的引力攝動(dòng)，非零傾角的軌道會(huì)產(chǎn)生進(jìn)動(dòng)現(xiàn)象，即軌道平面的方向會(huì)繞地球自轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。如果軌道的進(jìn)動(dòng)角速度與地球的自轉(zhuǎn)角速度相同，那么探測(cè)器在每次經(jīng)過(guò)同一經(jīng)度時(shí)，當(dāng)?shù)氐奶?yáng)時(shí)保持不變。這種軌道使得對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星能夠在固定的時(shí)間間隔對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行觀測(cè)，有利于對(duì)地觀測(cè)任務(wù)的設(shè)計(jì)和執(zhí)行。2.解析思路：分析地球靜止軌道衛(wèi)星相對(duì)于地球位置不變的特點(diǎn)，以及由此帶來(lái)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。答案：地球靜止軌道衛(wèi)星（GEO）位于距離地球赤道約35786公里的地球靜止軌道上，其軌道周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同，因此相對(duì)于地球表面的同一區(qū)域保持靜止。優(yōu)點(diǎn)包括：通信和廣播電視信號(hào)傳輸延遲小，便于連續(xù)監(jiān)測(cè)和管理；覆蓋范圍廣，一顆衛(wèi)星可覆蓋地球約1/3的表面。缺點(diǎn)包括：只能覆蓋赤道附近區(qū)域，無(wú)法覆蓋兩極地區(qū)；軌道高度高，導(dǎo)致信號(hào)傳輸延遲仍然存在；對(duì)軌道維持要求高，需要消耗大量燃料；易受太陽(yáng)活動(dòng)影響。3.解析思路：列舉影響航天器軌道的主要外部因素，并說(shuō)明這些因素如何導(dǎo)致軌道參數(shù)發(fā)生變化。答案：軌道攝動(dòng)是指航天器實(shí)際軌道偏離理論軌道的現(xiàn)象。主要來(lái)源包括：太陽(yáng)和月亮的引力攝動(dòng)、其他行星的引力影響、太陽(yáng)光壓、地球非球形引力場(chǎng)、大氣阻力（對(duì)低軌道航天器影響顯著）、地磁場(chǎng)等。這些因素會(huì)分別或共同作用，導(dǎo)致航天器的軌道參數(shù)（如半長(zhǎng)軸、偏心率、傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角等）發(fā)生緩慢或快速的變化，使得航天器無(wú)法長(zhǎng)期保持在預(yù)定軌道上，需要通過(guò)軌道機(jī)動(dòng)進(jìn)行修正。4.解析思路：解釋航天器姿態(tài)控制的目的，并說(shuō)明常用的三種控制方式及其原理。答案：航天器姿態(tài)控制是指使航天器保持或改變其空間指向的操作。其主要目的是使航天器的主體結(jié)構(gòu)、傳感器、天線等有效部件指向預(yù)定方向，以完成各項(xiàng)任務(wù)，如對(duì)地觀測(cè)、通信、太陽(yáng)能帆板朝向太陽(yáng)等。常用控制方式包括：軌道控制（通過(guò)改變航天器速度矢量來(lái)改變其姿態(tài)）、姿態(tài)控制（通過(guò)噴氣、反作用飛輪、磁力矩器等產(chǎn)生力矩來(lái)改變其姿態(tài)）和推進(jìn)劑管理（通過(guò)精確控制燃料和氧化劑的消耗來(lái)維持姿態(tài)）。其中，姿態(tài)控制是直接改變航天器姿態(tài)的主要方式。五、論述題解析思路：首先明確任務(wù)需求：覆蓋赤道區(qū)域、太陽(yáng)同步。然后根據(jù)需求選擇合適的軌道類(lèi)型（如太陽(yáng)同步軌道），并確定關(guān)鍵參數(shù)（高度、傾角、偏心率），解釋參數(shù)選擇的理由。最后分析該軌道方案面臨的挑戰(zhàn)（如攝動(dòng)、維持）并提出解決方案。答案：設(shè)計(jì)一個(gè)覆蓋地球赤道區(qū)域且具有太陽(yáng)同步特性的對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星軌道方案，可以考慮采用近圓形的太陽(yáng)同步軌道，其軌道高度約為800-1000公里，軌道傾角接近0度（例如0-1度），偏心率較?。ɡ?.001-0.005）。選擇該軌道方案的原因是：軌道傾角接近0度可以確保衛(wèi)星能夠覆蓋赤道區(qū)域；太陽(yáng)同步特性（通過(guò)較小的偏心率和特定的傾角設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)）使得衛(wèi)星能夠在固定的地方時(shí)經(jīng)過(guò)同一地點(diǎn)，有利于對(duì)地觀測(cè)任務(wù)；軌道高度適中，可以兼顧觀測(cè)分辨率和軌道維持難度。該軌道方案