2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——太空飛行器抗真空設(shè)計(jì)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.以下哪個(gè)物理量是描述真空程度的主要指標(biāo)？（）A.壓力B.溫度C.濕度D.潔凈度2.在高真空環(huán)境下，材料出氣的主要物理過程是？（）A.氣體擴(kuò)散B.潮濕C.活化吸附D.熱泳3.真空環(huán)境中，導(dǎo)致不同材料表面相互粘結(jié)的現(xiàn)象稱為？（）A.出氣B.吸氣C.冷焊D.離子濺射4.對(duì)于需要在真空環(huán)境中工作的電子元器件，以下哪種效應(yīng)是主要不利因素？（）A.材料塑性提高B.氣體絕緣強(qiáng)度降低C.材料強(qiáng)度增加D.熱導(dǎo)率增強(qiáng)5.真空環(huán)境中，氣體分子與材料表面碰撞后，二次發(fā)射出的電子數(shù)量多于被碰撞前材料表面原有電子數(shù)量的現(xiàn)象稱為？（）A.出氣B.吸氣C.二次電子發(fā)射D.離子濺射6.為了提高材料在真空中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，常選用哪種類型的材料？（）A.金屬B.高分子聚合物C.離子鍵合材料D.具有低吸氣率的材料7.真空環(huán)境對(duì)材料的熱影響主要表現(xiàn)為？（）A.熱膨脹B.熱收縮C.溫度劇烈波動(dòng)D.熱導(dǎo)率顯著降低8.真空兼容性設(shè)計(jì)的主要目的是？（）A.提高材料強(qiáng)度B.防止真空環(huán)境對(duì)飛行器造成損害C.降低材料成本D.增加飛行器重量9.真空環(huán)境中，金屬部件之間容易發(fā)生冷焊，其主要原因是？（）A.氣體潤(rùn)滑B.材料表面吸附C.微觀接觸點(diǎn)的塑性變形D.電化學(xué)腐蝕10.真空烘烤的主要目的是？（）A.提高材料溫度B.材料熱處理C.清除材料中吸附或滲入的氣體D.材料退火二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將正確答案填在題干橫線上）1.真空環(huán)境通常指氣體壓強(qiáng)低于________帕斯卡的氣體狀態(tài)空間。2.材料在真空環(huán)境中釋放出氣體分子的現(xiàn)象稱為________，它是影響真空系統(tǒng)抽速和長(zhǎng)期穩(wěn)定性的重要因素。3.真空環(huán)境中，材料表面吸附的氣體分子在電場(chǎng)作用下發(fā)生定向流動(dòng)的現(xiàn)象稱為________。4.真空環(huán)境下，金屬部件在低溫下因表面吸附氣體或蒸氣消失而導(dǎo)致的微觀接觸點(diǎn)焊接現(xiàn)象稱為________。5.真空兼容性是指材料、部件或系統(tǒng)在預(yù)期的真空環(huán)境中能夠________的能力。6.真空環(huán)境中，高真空區(qū)域的氣體放電通常表現(xiàn)為________放電或________放電。7.對(duì)于光學(xué)窗口等透明部件，需要考慮其在真空環(huán)境下的________和________問題。8.真空環(huán)境中，空間電荷效應(yīng)主要影響________和________的性能。9.評(píng)價(jià)材料真空性能的常用指標(biāo)包括出氣率、吸氣率、________和________等。10.真空環(huán)境中，材料表面的二次電子發(fā)射系數(shù)是描述________過程的重要參數(shù)。三、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出每個(gè)名詞的準(zhǔn)確定義）1.真空度2.吸氣效應(yīng)3.離子濺射4.真空烘烤5.真空兼容性四、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問題）1.簡(jiǎn)述真空環(huán)境對(duì)材料的主要物理化學(xué)效應(yīng)。2.簡(jiǎn)述選擇太空飛行器用材料時(shí)，真空兼容性需要考慮的主要因素。3.簡(jiǎn)述防止或減輕真空冷焊的主要設(shè)計(jì)措施。4.簡(jiǎn)述真空環(huán)境下，氣體放電可能對(duì)航天器造成的危害。五、論述題（每題10分，共30分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析和闡述下列問題）1.試論述材料出氣對(duì)太空飛行器電子元器件性能和可靠性的影響，并提出相應(yīng)的防護(hù)措施。2.試論述在進(jìn)行太空飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)如何考慮真空環(huán)境下的熱控問題。3.試結(jié)合具體實(shí)例，論述真空環(huán)境對(duì)生物樣本或?qū)嶒?yàn)裝置可能產(chǎn)生的影響，并提出相應(yīng)的抗真空設(shè)計(jì)策略。---試卷答案一、選擇題1.A2.A3.C4.B5.C6.D7.C8.B9.C10.C二、填空題1.標(biāo)準(zhǔn)大氣壓2.出氣3.熱離子發(fā)射4.冷焊5.安全可靠工作6.輝光；弧光7.真空透明度；真空環(huán)境適應(yīng)性8.電暈放電；真空絕緣9.真空穩(wěn)定性；潔凈度10.材料表面二次電子發(fā)射三、名詞解釋1.真空度：指單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)量或氣體壓強(qiáng)的大小，是描述真空環(huán)境狀態(tài)的主要參數(shù)。2.吸氣效應(yīng)：指多孔性材料或表面粗糙的材料在真空環(huán)境中能夠吸收并儲(chǔ)存氣體分子的現(xiàn)象。3.離子濺射：指高能粒子（通常是離子）轟擊材料表面時(shí)，將表面原子或分子撞擊出來的現(xiàn)象。4.真空烘烤：指將航天器部件或整器置于真空環(huán)境中進(jìn)行加熱，以清除材料中吸附或滲入的氣體，提高其真空兼容性的工藝過程。5.真空兼容性：指材料、部件或系統(tǒng)在預(yù)期的真空環(huán)境中能夠安全可靠地工作而不發(fā)生性能劣化或損壞的能力。四、簡(jiǎn)答題1.真空環(huán)境對(duì)材料的主要物理化學(xué)效應(yīng)包括：①出氣效應(yīng)，材料釋放氣體影響系統(tǒng)抽速和穩(wěn)定性；②吸氣效應(yīng)，材料吸附氣體可能改變其性能；③真空冷焊，材料表面吸附氣體消失導(dǎo)致微觀接觸點(diǎn)焊接；④離子濺射，高能粒子撞擊材料導(dǎo)致表面物質(zhì)損失；⑤二次電子發(fā)射，氣體分子碰撞導(dǎo)致二次電子產(chǎn)生影響電學(xué)性能；⑥氣體放電，高真空下可能發(fā)生輝光或弧光放電影響設(shè)備絕緣和材料；⑦材料性能變化，如表面性質(zhì)改變、力學(xué)性能（強(qiáng)度、塑性）變化、熱特性變化等。2.選擇太空飛行器用材料時(shí)，真空兼容性需要考慮的主要因素有：①出氣率低，材料本身釋放氣體少；②吸氣率低且穩(wěn)定，材料不易吸附氣體且儲(chǔ)存量??；③真空穩(wěn)定性好，材料在真空環(huán)境下長(zhǎng)期工作性能不發(fā)生明顯劣化；④真空潔凈度高，材料本身不含或少含揮發(fā)性雜質(zhì)；⑤對(duì)真空環(huán)境效應(yīng)不敏感，如不易發(fā)生冷焊、離子濺射損傷等；⑥具備所需的力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)等綜合性能。3.防止或減輕真空冷焊的主要設(shè)計(jì)措施包括：①材料選擇，選用低吸附性、低蒸氣壓的材料，或在接觸表面之間形成隔離層（如鍍膜）；②結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在接觸面之間設(shè)置足夠大的間隙；③控制環(huán)境，在接觸面附近維持一定的氣體壓強(qiáng)（如油封、氣封）；④裝配工藝，避免在裝配過程中引入污染物，對(duì)關(guān)鍵接觸面進(jìn)行清潔處理；⑤運(yùn)行維護(hù)，在長(zhǎng)期停用后重新啟用時(shí)，可能需要采取措施（如加熱）防止已形成的冷焊點(diǎn)斷裂。4.真空環(huán)境下，氣體放電可能對(duì)航天器造成的危害包括：①損壞絕緣材料，長(zhǎng)期放電導(dǎo)致材料老化、劣化，降低絕緣性能甚至引發(fā)短路；②破壞精密元器件，放電產(chǎn)生的等離子體、紫外線、高能粒子等可能損傷電子器件、光學(xué)元件等；③干擾通信和測(cè)量，放電產(chǎn)生的電磁干擾可能影響航天器的正常通信和遙測(cè)任務(wù)；④引發(fā)材料腐蝕或燒蝕，等離子體與材料相互作用可能導(dǎo)致材料表面腐蝕或燒損。五、論述題1.材料出氣對(duì)太空飛行器電子元器件性能和可靠性的影響主要體現(xiàn)在：首先，出氣會(huì)污染元器件表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)于半導(dǎo)體器件，可導(dǎo)致柵極氧化層擊穿、電極污染、接觸電阻增大等問題，嚴(yán)重影響其電學(xué)性能和工作穩(wěn)定性；其次，氣體分子在器件內(nèi)部可能形成導(dǎo)電通路或改變器件內(nèi)部電場(chǎng)分布，導(dǎo)致漏電流增大、參數(shù)漂移甚至功能失效；再次，出氣可能影響器件的熱性能，如改變散熱路徑或?qū)е戮植窟^熱；最后，在真空環(huán)境下，出氣物可能參與化學(xué)反應(yīng)或與其他物質(zhì)作用，產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)或進(jìn)一步劣化器件材料。防護(hù)措施包括：選用低出氣率材料；在元器件制造和裝配過程中進(jìn)行嚴(yán)格的清潔和真空烘烤處理，去除表面和內(nèi)部吸附的氣體；采用密封結(jié)構(gòu)，減少與真空環(huán)境的直接接觸；對(duì)暴露在真空中的敏感表面進(jìn)行保護(hù)性鍍膜或涂層。2.在進(jìn)行太空飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)如何考慮真空環(huán)境下的熱控問題：首先，真空環(huán)境意味著沒有對(duì)流散熱，熱傳遞主要依靠輻射和傳導(dǎo)，因此熱控設(shè)計(jì)必須以輻射散熱為主導(dǎo)；其次，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮材料的熱物理特性，如選擇合適的發(fā)射率（表面涂層的顏色和粗糙度對(duì)輻射散熱效率影響很大）、導(dǎo)熱系數(shù)和熱膨脹系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期的溫度分布和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；再次，需要合理設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)件的幾何形狀和尺寸，以優(yōu)化熱量傳導(dǎo)路徑和輻射面積，例如設(shè)置熱橋?qū)崃繌臒嵩磦鲗?dǎo)到散熱器，或利用大面積表面增加輻射散熱量；此外，對(duì)于溫度敏感部件，需要采取局部熱控措施，如安裝熱管、散熱器、多層隔熱材料（MLI）或主動(dòng)式加熱器/冷卻器；最后，必須進(jìn)行詳細(xì)的熱分析仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，確保結(jié)構(gòu)在真空環(huán)境下的溫度滿足工作要求，避免過熱或過冷導(dǎo)致的功能失效或材料損壞。3.真空環(huán)境對(duì)生物樣本或?qū)嶒?yàn)裝置可能產(chǎn)生的影響包括：①蒸發(fā)和失水，生物樣本在真空中會(huì)因外部壓強(qiáng)降低而失去水分，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形、生物活性降低甚至死亡；②真空烘烤效應(yīng)，高溫真空環(huán)境可能導(dǎo)致生物樣本內(nèi)部揮發(fā)性物質(zhì)釋放、蛋白質(zhì)變性、DNA損傷等化學(xué)變化；③輻射損傷，宇宙射線或航天器自身輻射在真空中對(duì)生物樣本造成電離損傷；④原子氧侵蝕，在低地球軌道，原子氧對(duì)暴露在真空中的非金屬材料（如聚合物、涂層）具有腐蝕性侵蝕作用；⑤真空壓強(qiáng)波動(dòng)影響，發(fā)射和軌道機(jī)動(dòng)時(shí)經(jīng)歷的快速壓強(qiáng)變化可能對(duì)精密實(shí)驗(yàn)裝置造成影響?？拐婵赵O(shè)計(jì)策略包括：①對(duì)生物樣本進(jìn)行