2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——太空三維打印技術(shù)應(yīng)用探索考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項(xiàng)的字母填在題后括號內(nèi)）1.太空三維打?。↖SAM）通常指的是在什么環(huán)境下進(jìn)行的增材制造活動(dòng)？A.地球表面實(shí)驗(yàn)室B.載人航天器內(nèi)部C.空間站或衛(wèi)星平臺D.地球軌道空間站之外2.與地面三維打印相比，太空微重力環(huán)境對金屬粉末床熔融過程最顯著的影響是？A.加速凝固速度B.減少液態(tài)金屬流動(dòng)C.增強(qiáng)粉末飛濺傾向D.提高能量利用率3.在太空中進(jìn)行結(jié)構(gòu)修復(fù)時(shí)，利用三維打印技術(shù)的主要優(yōu)勢在于？A.可以制造出與原件完全相同的復(fù)雜結(jié)構(gòu)B.無需攜帶大量備件，可按需生產(chǎn)C.修復(fù)過程無需中斷航天器主要任務(wù)D.修復(fù)強(qiáng)度始終優(yōu)于原材料4.適用于太空三維打印的“21-6”合金（Inconel625）屬于哪種材料類別，其主要優(yōu)勢是什么？A.高溫合金，優(yōu)異的抗腐蝕性和高溫強(qiáng)度B.金屬陶瓷，具有極高的硬度和耐磨性C.復(fù)合材料，結(jié)合了輕質(zhì)與高強(qiáng)度特性D.金屬基粉末，易于成型且成本極低5.電子束熔融（EBM）技術(shù)之所以適用于太空制造，其主要原因在于？A.能夠直接使用常溫粉末無需預(yù)熱B.具有極高的打印速度和效率C.電子束能量密度高，適合真空環(huán)境D.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，易于小型化二、填空題6.太空三維打印面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一是材料在極端______和______環(huán)境下的性能穩(wěn)定性問題。7.利用太空資源（如月球regolith）進(jìn)行原材料制備，再通過三維打印制造結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)______的關(guān)鍵途徑之一。8.三維打印過程的精度不僅取決于______系統(tǒng)，還與______控制密切相關(guān)。9.太空三維打印生成的部件，其內(nèi)部可能存在______等缺陷，需要進(jìn)行無損檢測。10.將太空三維打印技術(shù)應(yīng)用于在軌制造，可以顯著提高航天器的______能力和任務(wù)______。三、名詞解釋11.原位資源利用（ISRU）12.精密閉環(huán)控制13.空間制造四、簡答題14.簡述真空環(huán)境對太空三維打印設(shè)備（如激光器、電子束源）提出的主要技術(shù)要求。15.列舉至少三個(gè)太空三維打印與地面?zhèn)鹘y(tǒng)制造或現(xiàn)有空間制造方式（如鑄造、機(jī)加工）相比的核心優(yōu)勢。16.簡要說明太空三維打印技術(shù)在未來深空探測任務(wù)中可能扮演的角色及其重要性。五、論述題17.綜合考慮材料性能、打印精度、設(shè)備可靠性和成本等因素，論述當(dāng)前太空三維打印技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用所面臨的主要障礙，并提出可能的解決方案。18.探討太空三維打印技術(shù)在未來可能出現(xiàn)的重大突破方向，例如在智能化、多材料打印或與人工智能、機(jī)器人技術(shù)的融合方面，并闡述其對空間科技發(fā)展的潛在影響。試卷答案1.C解析：太空三維打?。↖SAM）的核心特征是在太空環(huán)境（如空間站、衛(wèi)星或深空探測平臺）中進(jìn)行增材制造，而不僅僅是地球表面的延伸。2.B解析：微重力環(huán)境下，液態(tài)金屬的浮力效應(yīng)減弱，流動(dòng)性降低，有助于更精確地控制熔池形態(tài)，但同時(shí)也會(huì)使粉末固定困難，增加飛濺風(fēng)險(xiǎn)。3.B解析：太空任務(wù)中，物資攜帶成本極高。按需打印備件或修復(fù)部件可以減少攜帶量，優(yōu)化載荷，提高任務(wù)靈活性和經(jīng)濟(jì)性，這是其核心優(yōu)勢。4.A解析：“21-6”合金（Inconel625）是一種鎳基高溫合金，以其優(yōu)異的抗高溫氧化、抗腐蝕和力學(xué)性能而聞名，非常適合航空航天等極端環(huán)境應(yīng)用。5.C解析：EBM使用高能電子束作為熱源，電子在真空中傳播幾乎無損耗，能量利用率高，且電子束易于聚焦，適合精密制造，是真空環(huán)境的理想選擇。6.輻射；溫度波動(dòng)解析：太空環(huán)境存在高能宇宙射線和太陽輻射，以及溫度在日照和陰影區(qū)間的劇烈變化，這些都會(huì)影響材料性能和設(shè)備運(yùn)行。7.原位資源利用（ISRU）解析：利用月球土壤等當(dāng)?shù)刭Y源制造所需物品，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)太空探索、減少地球運(yùn)輸成本的關(guān)鍵技術(shù)路徑，與ISAM結(jié)合可稱為In-SpaceResourceUtilizationAdditiveManufacturing。8.運(yùn)動(dòng)控制；過程監(jiān)控解析：精確的機(jī)械/機(jī)器人運(yùn)動(dòng)控制是實(shí)現(xiàn)幾何精度的基礎(chǔ)，而實(shí)時(shí)監(jiān)控打印過程中的溫度、熔融狀態(tài)等參數(shù)并進(jìn)行反饋調(diào)整，則是保證打印質(zhì)量和穩(wěn)定性的關(guān)鍵。9.缺陷解析：與地面受重力影響的打印過程不同，太空打印（尤其粉末床熔融類）可能產(chǎn)生氣孔、未熔合、裂紋等內(nèi)部缺陷，需要檢測手段確保部件可靠性。10.自給自足；自主性解析：在軌制造能力意味著航天器可以自行生產(chǎn)所需物品，減少對地面補(bǔ)給的依賴，從而提升長期任務(wù)的自給自足水平和運(yùn)行自主性。11.原位資源利用（ISRU）解析：指在太空環(huán)境中利用當(dāng)?shù)刭Y源（如月球土壤、小行星物質(zhì)）來制造工具、備件或其他所需物品的過程或技術(shù)。12.精密閉環(huán)控制解析：指通過傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測打印過程中的關(guān)鍵參數(shù)（如溫度、位置、材料狀態(tài)），并將信息反饋給控制系統(tǒng)，自動(dòng)調(diào)整打印指令，以維持設(shè)定精度和穩(wěn)定性的技術(shù)。13.空間制造解析：指在太空（地球軌道、空間站或深空）利用增材制造等先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)行材料加工、部件制造或結(jié)構(gòu)構(gòu)建的活動(dòng)或過程。14.解析：真空環(huán)境要求設(shè)備的光學(xué)系統(tǒng)（如激光窗口）具有高透過率和耐輻照性；電子束源需能在真空中穩(wěn)定工作；材料輸送系統(tǒng)需克服低氣壓下的粘附和流動(dòng)問題；同時(shí)，設(shè)備本身需有良好的真空密封性能。這些是真空環(huán)境提出的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。15.解析：核心優(yōu)勢可包括：①減少發(fā)射重量和成本（無需攜帶所有備件）；②實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幾何形狀和一體化設(shè)計(jì)（減少連接件）；③按需制造，提高任務(wù)靈活性和適應(yīng)性；④支持原位資源利用，實(shí)現(xiàn)更深入的太空探索；⑤可能實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)和升級能力。16.解析：太空三維打印可在軌制造或修復(fù)航天器部件、工具，支持長期任務(wù)；利用ISRU制造特殊材料或結(jié)構(gòu)，探索新資源；進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)和原型驗(yàn)證；作為未來深空基地建設(shè)的關(guān)鍵制造技術(shù)，保障人類遠(yuǎn)征深空的可持續(xù)性。17.解析：主要障礙包括：①打印精度和表面質(zhì)量仍有提升空間，難以滿足所有航空航天嚴(yán)苛標(biāo)準(zhǔn)；②適用于太空的特殊高性能材料種類有限；③設(shè)備在真空、輻射、溫差等環(huán)境下的長期可靠性和自主維護(hù)能力不足；④打印效率有待提高，成本依然較高；⑤缺乏成熟的在軌質(zhì)量檢測和驗(yàn)證手段。解決方案可能涉及：開發(fā)新型高精度打印頭和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)；研制更多種類的太空適應(yīng)性材料及粉末處理技術(shù)；設(shè)計(jì)高可靠性和智能自診斷的打印設(shè)備；優(yōu)化打印工藝算法提高效率；建立完善的在軌測試與驗(yàn)證流程。18.解析：重大突破方向可能包括：①智能化：集成AI進(jìn)行工藝優(yōu)化、缺陷智能預(yù)測與自修復(fù)、自適應(yīng)打印控制；②多材料打印：實(shí)現(xiàn)金屬、陶瓷、高分子甚至功能梯度材料的原位復(fù)合打印，拓展應(yīng)用范圍；③與機(jī)器人/人工智能深度融合：開發(fā)高度自主的智