2025年大學《空間科學與技術(shù)》專業(yè)題庫——外星星球探測器設(shè)計與制造考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪一項不屬于外星星球探測器的主要系統(tǒng)組成部分？A.軌道動力學系統(tǒng)B.能源系統(tǒng)C.地面測控通信系統(tǒng)D.科學載荷系統(tǒng)2.對于需要長期在光照和陰影交替環(huán)境中工作的探測器，以下哪種電源系統(tǒng)通常被認為是最可靠的？A.太陽能電池陣B.核電池（RTG）C.鋰離子電池組D.太陽能-燃料電池組合3.在深空探測任務中，實現(xiàn)遠距離通信的主要挑戰(zhàn)是？A.姿態(tài)控制精度要求極高B.信號傳輸帶寬有限C.推進系統(tǒng)比沖不足D.探測器結(jié)構(gòu)強度不夠4.要求探測器具有高指向精度和快速響應能力，以下哪個分系統(tǒng)是關(guān)鍵？A.熱控制系統(tǒng)B.姿態(tài)確定與控制系統(tǒng)（ADCS）C.推進系統(tǒng)D.通信系統(tǒng)5.對于需要登陸并移動探測的外星球表面，探測器通常需要具備？A.大型太陽能帆板B.降落傘和反推火箭C.輪式或腿式移動機構(gòu)D.高精度的激光測距儀6.選擇外星球探測器結(jié)構(gòu)材料時，以下哪個因素不是主要考慮因素？A.輕量化需求B.成本經(jīng)濟性C.抗空間輻射能力D.抗微流星體撞擊能力7.火星探測任務中，探測器需要承受極端溫差，因此熱控制系統(tǒng)設(shè)計必須重點關(guān)注？A.太陽能電池陣的最大功率輸出B.內(nèi)部電子設(shè)備的散熱C.熱量的有效管理和存儲D.熱控涂層的熱發(fā)射率8.將探測器從地球發(fā)射到目標行星軌道，主要依靠？A.軌道機動推進系統(tǒng)B.科學儀器的高靈敏度C.高精度的姿態(tài)指向D.有效的熱防護罩9.以下哪種技術(shù)通常用于提高深空探測器姿態(tài)控制的效率和精度？A.反沖火箭噴氣控制B.磁力矩器驅(qū)動C.大型天線偏饋D.多個太陽敏感器冗余10.對于需要返回地球或特定中繼星的外星星球探測器，必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一是？A.長期自主導航B.高效的著陸技術(shù)C.可靠的再入大氣層與返回技術(shù)D.高功率激光通信二、填空題（每空1分，共15分）1.外星星球探測器在進行軌道機動時，除了化學推進外，常用的電推進技術(shù)包括霍爾效應推進器和______推進器。2.為了抵抗空間中的高能粒子輻射，探測器關(guān)鍵電子部件通常需要采用______或______等屏蔽措施。3.探測器在深空運行時，其能源系統(tǒng)不僅要考慮能量產(chǎn)生，還要考慮能量的______和______。4.科學載荷是探測器實現(xiàn)其______的核心，其選擇和配置必須緊密圍繞探測任務的具體______展開。5.探測器著陸階段需要精確控制著陸速度和著陸點，這主要依賴于著陸器的______系統(tǒng)和______系統(tǒng)。6.空間環(huán)境的極端溫度變化要求探測器必須有完善的______系統(tǒng)，以保證各分系統(tǒng)在適宜的溫度范圍內(nèi)工作。7.為了減少發(fā)射質(zhì)量和提高效率，探測器在設(shè)計和制造過程中必須貫徹______的設(shè)計原則。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述選擇火星著陸器著陸方式（如氣囊式、腿式、反推火箭式）時需要考慮的主要因素。2.簡述深空探測器姿態(tài)確定的基本原理。3.簡述核電池（RTG）作為深空探測器電源的優(yōu)點及其主要局限性。4.簡述探測器在空間制造過程中，選擇特定材料時需要考慮的關(guān)鍵性能指標。四、論述題（每題10分，共30分）1.針對一個假設(shè)的木衛(wèi)二（歐羅巴）地下海洋探測任務，請論述探測器總體設(shè)計應考慮的關(guān)鍵科學目標、面臨的主要工程挑戰(zhàn)以及相應的解決方案。2.請論述推進系統(tǒng)選擇對探測器軌道設(shè)計、任務壽命和有效載荷質(zhì)量之間的權(quán)衡關(guān)系。3.請論述外星星球探測器從概念設(shè)計到最終制造、測試、發(fā)射入軌的整個流程中，確保系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和方法。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.B5.C6.B7.C8.A9.B10.C二、填空題1.等離子體2.鋁合金屏蔽、厚實外殼3.轉(zhuǎn)換、管理4.科學目標、科學目標5.控制制導、緩沖6.熱控制7.輕量化三、簡答題1.答案：選擇著陸方式需考慮因素包括：著陸目標天體的重力加速度、大氣密度、地形地貌復雜度、著陸精度要求、有效載荷質(zhì)量、可靠性、成本等。例如，大氣稀薄或無大氣星球（如火星）常用反推火箭式；大氣較濃且地形復雜區(qū)域（如早期月球）可能用氣囊式；對精度要求高、需移動的著陸器（如火星車）常用腿式著陸。解析思路：考察對不同著陸方式的適用場景和限制條件的理解。分析各因素如何影響著陸方式的選擇，需結(jié)合具體天體環(huán)境和任務需求進行判斷。2.答案：姿態(tài)確定的基本原理是利用探測器上或周圍可感知的基準信息（如星體位置、地平線、太陽方向、地磁場方向等），通過傳感器測量這些信息，并利用算法（如三角測量、卡爾曼濾波等）計算探測器的實際姿態(tài)（指向、角速度），從而為姿態(tài)控制提供反饋或直接用于自主控制。解析思路：考察對姿態(tài)確定基本原理的掌握。需要明確姿態(tài)確定的對象（姿態(tài)）、依據(jù)（基準信息）、手段（傳感器、算法）和目的（確定姿態(tài)用于控制或?qū)Ш剑?.答案：核電池（RTG）優(yōu)點：能量密度高、壽命長、無需陽光照射、可在外太陽系或長期陰影區(qū)工作。主要局限性：成本極高、技術(shù)復雜、存在放射性廢料處理和潛在安全風險、輸出功率相對有限且隨時間衰減。解析思路：考察對RTG優(yōu)缺點的全面認識。需從能量特性（密度、壽命、工作環(huán)境）、經(jīng)濟性、技術(shù)成熟度、安全性等多個維度進行對比分析。4.答案：選擇探測器結(jié)構(gòu)材料時需考慮的關(guān)鍵性能指標包括：密度（輕量化能力）、強度（承載能力）、剛度（抗變形能力）、疲勞壽命、耐輻照性能（抗空間粒子損傷）、耐極端溫度性能（熱穩(wěn)定性）、抗微流星體撞擊能力、腐蝕性、加工成型性、成本等。解析思路：考察對結(jié)構(gòu)材料選擇依據(jù)的理解。需認識到材料性能需滿足空間環(huán)境的特殊要求（輻射、溫度、微流星體）以及結(jié)構(gòu)本身的功能需求（承載、剛度、壽命等）。四、論述題1.答案：木衛(wèi)二探測任務關(guān)鍵科學目標：探測地下海洋的的存在性、成分、化學過程、生命跡象等。主要工程挑戰(zhàn)：極低溫和強輻射環(huán)境、長距離通信延遲、進入木衛(wèi)二大氣層并軟著陸的難度、在冰下或冰面進行探測的技術(shù)（如熱鉆探、聲納）、高可靠性與長壽命要求。解決方案：采用核動力電源確保能量供應、加固結(jié)構(gòu)和電子設(shè)備以抗輻射、利用自主導航和控制系統(tǒng)應對通信延遲、開發(fā)特殊的熱防護和著陸技術(shù)、搭載多種先進科學儀器進行綜合探測。解析思路：考察對特定探測任務（木衛(wèi)二）的科學價值和工程難點的綜合分析能力。需能結(jié)合木衛(wèi)二的特點（環(huán)境、目標），提出針對性的科學目標和技術(shù)解決方案。2.答案：推進系統(tǒng)選擇對探測器軌道設(shè)計、任務壽命和有效載荷質(zhì)量存在顯著權(quán)衡。高能量推進系統(tǒng)（如電推進）可大幅縮短旅行時間或?qū)崿F(xiàn)更復雜的軌道機動，但系統(tǒng)復雜度、成本和功率需求高，可能限制任務壽命或犧牲有效載荷質(zhì)量。低能量推進系統(tǒng)（如化學推進）雖然效率較低，但技術(shù)成熟、系統(tǒng)相對簡單、成本較低，適合對速度要求不高的任務，可能允許更大的有效載荷或更長的任務壽命。在任務規(guī)劃中，需要在旅行時間、燃料消耗、系統(tǒng)可靠性、成本、有效載荷容量之間進行綜合權(quán)衡，選擇最匹配任務需求的推進方案。解析思路：考察對推進系統(tǒng)在探測器整體設(shè)計中進行權(quán)衡（trade-off）的理解。需明確不同推進系統(tǒng)的特性（能量、效率、功率、壽命、成本、技術(shù)成熟度），并分析這些特性如何影響軌道設(shè)計（速度、時間）、任務壽命和有效載荷分配。3.答案：確保系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和方法包括：概念設(shè)計階段的可靠性需求分配與設(shè)計評審、采用成熟或有充分驗證的技術(shù)（避免過度設(shè)計）、冗余設(shè)計（關(guān)鍵分系統(tǒng)備份）、提高關(guān)鍵部件的可靠性（如選用高質(zhì)量元器件、加強環(huán)境適應性設(shè)計）、結(jié)構(gòu)強度和剛度設(shè)計以滿足動力學載荷要求、材料選擇需考慮抗輻射、耐溫、抗沖擊等空間環(huán)境因素、嚴格的制造工藝控制和裝配檢