2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——探索太空的科學(xué)挑戰(zhàn)考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.以下哪項不是近地軌道航天器面臨的主要空間環(huán)境威脅？A.高能電子和質(zhì)子輻射B.微流星體撞擊C.地球同步旋轉(zhuǎn)引起的巨大離心力D.原子氧腐蝕2.為應(yīng)對深空探測中距離地球遙遠(yuǎn)導(dǎo)致的通信延遲問題，下列哪種技術(shù)策略是無效的？A.提高航天器自身計算和數(shù)據(jù)存儲能力，減少地面指令依賴B.設(shè)計自主導(dǎo)航和決策系統(tǒng)，減少對地頻密通信需求C.放棄高帶寬、高清晰度圖像傳輸，僅傳輸關(guān)鍵數(shù)據(jù)D.極大增加地面深空網(wǎng)絡(luò)天線尺寸，提升信號接收強(qiáng)度3.航天器熱控制系統(tǒng)需要應(yīng)對的極端溫度變化主要來源于：A.地球磁場強(qiáng)度的日夜變化B.航天器內(nèi)部電子設(shè)備工作時產(chǎn)生的熱量不均C.航天器在陽光直射和陰影區(qū)之間快速轉(zhuǎn)換D.太空中的靜電力變化4.在設(shè)計用于外太空探測器的光譜儀時，以下哪種因素對其性能提升貢獻(xiàn)最??？A.提高探測器元件的靈敏度B.優(yōu)化探測器冷卻系統(tǒng)以減少自身熱輻射干擾C.增加光譜儀的物理尺寸D.采用先進(jìn)的濾光技術(shù)以排除特定波段噪聲5.空間碎片對在軌航天器構(gòu)成的主要威脅不包括：A.撞擊導(dǎo)致的表面材料損傷B.引起航天器結(jié)構(gòu)共振，導(dǎo)致姿態(tài)失控C.碎片攜帶的未知生物危害D.碎片產(chǎn)生的電磁脈沖干擾6.對于需要長期在軌運(yùn)行、無法頻繁接收地面指令的航天器，其設(shè)計必須優(yōu)先考慮：A.造型美觀與可重復(fù)使用性B.高度自主的故障診斷與恢復(fù)能力C.最低的發(fā)射成本D.最大的人性化操作界面7.人類目前進(jìn)行的空間探測活動，其最直接的“科學(xué)挑戰(zhàn)”之一是如何有效突破地球大氣的阻隔，以實現(xiàn)更遠(yuǎn)距離、更高精度的觀測。A.對B.錯8.使用核能作為航天器電源的主要優(yōu)勢在于其能量密度高，但伴隨的科學(xué)挑戰(zhàn)是輻射屏蔽設(shè)計和長期運(yùn)行的安全性評估。A.對B.錯9.在進(jìn)行載人深空探測任務(wù)規(guī)劃時，生命保障系統(tǒng)是面臨的最核心和最復(fù)雜的科學(xué)挑戰(zhàn)之一。A.對B.錯10.空間活動產(chǎn)生的空間碎片問題，其科學(xué)挑戰(zhàn)不僅在于如何清除已有碎片，更在于如何通過國際合作和法規(guī)制定，預(yù)防未來碎片產(chǎn)生。A.對B.錯二、填空題（每空2分，共20分）1.航天器在太空中面臨的主要環(huán)境因素包括真空、溫度劇變、______、微流星體和空間碎片等。2.為了減少航天器再入大氣層時因高速摩擦產(chǎn)生的巨大熱量，通常采用耐高溫的______材料和特定的再入姿態(tài)控制技術(shù)。3.空間通信中，由于地球曲率和無線電波傳播特性，存在一個無法被地面測控站直接覆蓋的地理區(qū)域，該區(qū)域被稱為______。4.利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對地觀測時，需要克服大氣層的______和對地觀測角度限制帶來的圖像模糊或信息失真問題。5.空間探測器的姿態(tài)控制系統(tǒng)需要精確指向目標(biāo)或保持特定姿態(tài)，其核心挑戰(zhàn)在于如何在高動態(tài)環(huán)境下實現(xiàn)______和穩(wěn)定控制。6.對于未來的星際航行，目前面臨的主要物理學(xué)挑戰(zhàn)之一是如何有效克服巨大的______。7.太空中的原子氧具有高反應(yīng)活性，會對航天器表面涂層和材料造成緩慢但持續(xù)的______。8.在設(shè)計空間探測任務(wù)的軌道時，需要綜合考慮航天器能量、______、任務(wù)窗口以及測控覆蓋率等多種因素。9.為了確保航天器內(nèi)部電子設(shè)備在空間輻射環(huán)境下可靠工作，通常需要采用冗余設(shè)計、輻射加固芯片或______等措施。10.空間科學(xué)研究的可持續(xù)發(fā)展，要求未來的空間活動必須更加注重______，減少對空間環(huán)境的長期負(fù)面影響。三、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述微流星體撞擊對航天器可能造成的幾種主要破壞形式。2.簡要說明太陽能電池帆板在空間應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)及其原因。3.簡述實現(xiàn)遠(yuǎn)距離空間通信需要克服的主要技術(shù)難點(diǎn)。4.簡述進(jìn)行空間科學(xué)觀測時，如何利用航天器的機(jī)動變軌來克服單一軌道的局限性。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述航天器熱控制系統(tǒng)設(shè)計所面臨的主要科學(xué)挑戰(zhàn)，并說明為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，工程師們通常會采用哪些關(guān)鍵技術(shù)和策略。2.結(jié)合具體實例，論述在軌航天器進(jìn)行自主故障診斷與修復(fù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)及其面臨的科學(xué)挑戰(zhàn)。3.探討人類開展太空探測活動（特別是深空和遠(yuǎn)距離探測）所必須應(yīng)對的幾項核心科學(xué)挑戰(zhàn)，并分析這些挑戰(zhàn)對空間科技發(fā)展方向的指引作用。---試卷答案一、選擇題1.C*解析思路：近地軌道航天器主要威脅來自空間輻射、微流星體、原子氧、真空等環(huán)境因素。地球同步旋轉(zhuǎn)引起的巨大離心力在遠(yuǎn)高于近地軌道的高度才顯著，并非近地軌道的主要威脅。2.D*解析思路：通信延遲是深空探測固有難題，無法通過單純增加地面天線尺寸來根本解決延遲問題，信號傳播速度是光速，天線尺寸主要影響接收靈敏度而非時間延遲。A、B、C都是應(yīng)對策略。3.C*解析思路：航天器在陽光直射和陰影區(qū)之間快速轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致吸收的太陽輻射能急劇變化，產(chǎn)生巨大的溫度波動，這是熱控制系統(tǒng)需要應(yīng)對的最主要因素。4.C*解析思路：光譜儀性能提升主要依靠提高靈敏度、改善信噪比（如優(yōu)化冷卻）、使用先進(jìn)濾光技術(shù)排除干擾。增加物理尺寸不直接等同于性能提升，甚至可能增加重量和成本，貢獻(xiàn)最小。5.C*解析思路：空間碎片主要威脅是物理撞擊損傷、引起結(jié)構(gòu)共振和電磁干擾。碎片通常不含生物，其生物危害主要是碎片本身造成的物理傷害，而非攜帶未知生物。6.B*解析思路：無法頻繁接收地面指令意味著航天器必須具備高度的自主性，能夠獨(dú)立判斷狀態(tài)、診斷故障并嘗試恢復(fù)，這是長期在軌運(yùn)行的關(guān)鍵要求。7.A*解析思路：地球大氣層確實阻礙了無線電波等探測手段的遠(yuǎn)距離和高精度觀測，這是進(jìn)行空間探測，特別是深空探測必須克服的核心挑戰(zhàn)之一。8.A*解析思路：核能優(yōu)點(diǎn)是能量密度高，缺點(diǎn)是伴隨強(qiáng)烈的輻射，因此必須進(jìn)行復(fù)雜的輻射屏蔽設(shè)計，同時要確保長期運(yùn)行的安全性和事故后果的可控性，這是核心挑戰(zhàn)。9.A*解析思路：為宇航員提供持續(xù)、穩(wěn)定的生命支持（氧氣、水、食物、溫度、壓力等）是載人航天最根本、最復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)之一。10.A*解析思路：空間碎片問題不僅是技術(shù)上的清除難題，更是涉及國際協(xié)調(diào)、法規(guī)制定、責(zé)任認(rèn)定等復(fù)雜性的管理問題，預(yù)防未來的產(chǎn)生是其中的核心挑戰(zhàn)。二、填空題1.空間輻射*解析思路：空間環(huán)境的主要威脅因素除了真空和溫度，最顯著的就是來自太陽和宇宙的高能粒子、高能電磁輻射，即空間輻射。2.耐高溫?zé)g*解析思路：再入大氣層產(chǎn)生巨大熱量，需要材料能夠承受高溫并發(fā)生可控的燒蝕（表面材料汽化吸熱）來保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如碳基復(fù)合材料、陶瓷涂層等。3.覆蓋盲區(qū)(或盲區(qū))*解析思路：由于地球曲率，地面測控站視線只能覆蓋特定緯度范圍，超出范圍的部分無法直接通信，這個區(qū)域稱為覆蓋盲區(qū)或盲區(qū)。4.透射/吸收/散射(任一即可)*解析思路：大氣層對電磁波具有透射、吸收和散射作用，特別是水汽、云層、臭氧層等會阻礙或扭曲無線電波和可見光，影響地面觀測質(zhì)量。5.高精度指向(或精確指向)*解析思路：姿態(tài)控制的目標(biāo)是將航天器精確指向科學(xué)儀器觀測目標(biāo)或保持特定姿態(tài)（如朝向太陽、地球），在高動態(tài)環(huán)境下維持這種精度是巨大挑戰(zhàn)。6.星際航行(或光速旅行)*解析思路：克服星際距離（通常是數(shù)光年甚至更遠(yuǎn)）需要極高的推進(jìn)速度，目前物理學(xué)對如何有效產(chǎn)生如此高的速度（如接近光速）面臨巨大挑戰(zhàn)。7.腐蝕*解析思路：原子氧在高真空下具有高反應(yīng)活性，會與航天器表面的聚合物、金屬等材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致材料性能下降、表面粗糙化，即腐蝕。8.軌道機(jī)動能力(或機(jī)動變軌能力)*解析思路：設(shè)計軌道需要考慮航天器是否有能力通過燃料消耗進(jìn)行變軌，以進(jìn)入目標(biāo)軌道、修正軌道偏差或執(zhí)行科學(xué)探測任務(wù)所需的特定軌道機(jī)動。9.屏蔽(或輻射屏蔽)*解析思路：為了保護(hù)電子元件不受空間輻射損傷，除了使用抗輻射器件，還必須設(shè)計有效的物理屏蔽層（如金屬材料、厚塑料、水墻等）來吸收或偏轉(zhuǎn)輻射。10.可持續(xù)性(或環(huán)境友好性)*解析思路：可持續(xù)發(fā)展要求空間活動要能夠長期進(jìn)行，并且盡量減少對空間環(huán)境（如產(chǎn)生碎片、電磁干擾）和地球環(huán)境的負(fù)面影響，體現(xiàn)可持續(xù)性或環(huán)境友好性原則。三、簡答題1.簡述微流星體撞擊對航天器可能造成的幾種主要破壞形式。*解析思路：從物理破壞和功能影響兩方面回答。物理上可能包括表面材料穿孔、刻蝕、剝落；結(jié)構(gòu)上可能造成應(yīng)力集中導(dǎo)致裂紋、連接件松動或斷裂；功能上可能導(dǎo)致傳感器光學(xué)元件模糊或損壞、線路中斷、散熱孔堵塞等。2.簡要說明太陽能電池帆板在空間應(yīng)用中面臨的主要挑戰(zhàn)及其原因。*解析思路：主要挑戰(zhàn)包括：空間輻射導(dǎo)致電池效率衰減和壽命縮短；溫度劇烈變化影響電池工作性能和材料老化；微流星體和空間碎片的撞擊可能造成物理損傷；太陽活動（如日冕物質(zhì)拋射）導(dǎo)致太陽輻射增強(qiáng)，加劇電池?fù)p耗。原因在于這些因素都是空間環(huán)境的固有特性，直接作用于太陽能電池材料和工作原理。3.簡述實現(xiàn)遠(yuǎn)距離空間通信需要克服的主要技術(shù)難點(diǎn)。*解析思路：主要難點(diǎn)有：信號傳播時延巨大，導(dǎo)致實時通信困難，需要高自主性；信號強(qiáng)度隨距離平方反比急劇衰減，需要大功率發(fā)射機(jī)、高靈敏度接收機(jī)和大尺寸天線；地球自轉(zhuǎn)和航天器運(yùn)動導(dǎo)致收發(fā)路徑不斷變化，需要復(fù)雜的測控站網(wǎng)絡(luò)和天線跟蹤系統(tǒng)；深空環(huán)境噪聲大，信噪比低，對接收技術(shù)要求極高。4.簡述進(jìn)行空間科學(xué)觀測時，如何利用航天器的機(jī)動變軌來克服單一軌道的局限性。*解析思路：說明變軌的作用在于改變航天器的觀測位置和視角。例如，通過變軌可以飛臨目標(biāo)天體進(jìn)行近距離觀測或飛越特定事件發(fā)生區(qū)域；可以從不同高度或不同太陽同步軌道進(jìn)行觀測，獲取不同分辨率或光照條件下的數(shù)據(jù)；可以通過周期性的軌道機(jī)動實現(xiàn)對特定區(qū)域或天體的重復(fù)觀測；變軌是執(zhí)行空間探測任務(wù)、獲取完整科學(xué)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵手段。四、論述題1.論述航天器熱控制系統(tǒng)設(shè)計所面臨的主要科學(xué)挑戰(zhàn)，并說明為應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，工程師們通常會采用哪些關(guān)鍵技術(shù)和策略。*解析思路：首先闡述主要挑戰(zhàn)：如何精確預(yù)測和測量航天器在不同空間環(huán)境和姿態(tài)下的熱負(fù)荷分布；如何在巨大的溫差范圍內(nèi)，保證航天器各部件（特別是電子設(shè)備）工作在允許的溫度區(qū)間；如何實現(xiàn)高效、可靠的熱量傳輸和排放；如何控制熱變形和熱應(yīng)力對結(jié)構(gòu)精度和壽命的影響；如何考慮材料老化、發(fā)射振動、空間環(huán)境（如輻射、原子氧）對熱系統(tǒng)長期可靠性的影響。然后說明應(yīng)對策略：采用熱分析軟件進(jìn)行精確的熱仿真和預(yù)測；利用多種傳熱方式組合（傳導(dǎo)、對流、輻射），設(shè)計高效散熱器；采用被動式（如熱管、相變材料、散熱鰭片）和主動式（如電加熱器、泵強(qiáng)制循環(huán)）散熱技術(shù)；進(jìn)行材料選擇和結(jié)構(gòu)優(yōu)化以降低熱變形和熱應(yīng)力；進(jìn)行嚴(yán)格的地面環(huán)境模擬測試和長期在軌驗證。2.結(jié)合具體實例，論述在軌航天器進(jìn)行自主故障診斷與修復(fù)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)及其面臨的科學(xué)挑戰(zhàn)。*解析思路：闡述自主故障診斷與修復(fù)的重要性（提高任務(wù)成功率、延長航天器壽命）。關(guān)鍵技術(shù)包括：狀態(tài)監(jiān)測與感知技術(shù)（傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集）；故障檢測、隔離與定位（FDIR）算法；智能診斷推理技術(shù)（基于模型、基于案例、機(jī)器學(xué)習(xí)）；自主決策與重構(gòu)技術(shù)；在軌維護(hù)操作技術(shù)（如機(jī)械臂操作、機(jī)器人輔助維修、軟件重配置、模塊更換）。面臨的科學(xué)挑戰(zhàn)：傳感器精度和可靠性問題導(dǎo)致診斷信息不完善；復(fù)雜系統(tǒng)故障模式多樣且難以預(yù)測；FDIR算法需要處理高維、非線性、時變數(shù)據(jù)并具備魯棒性；自主決策需要考慮安全性、最優(yōu)性；在軌修復(fù)操作技術(shù)難度大、風(fēng)險高，需要精確的遙操作或自主操作能力；缺乏地面支持，所有環(huán)節(jié)必須高度可靠?？山Y(jié)合實例，如國際空間站（ISS）的自主維護(hù)操作、一些衛(wèi)星的FDIR系統(tǒng)應(yīng)用等。3.探討人類開展太空探測活動（特別是深空和遠(yuǎn)距離探測）所必須應(yīng)對的幾項核心科學(xué)挑戰(zhàn)，并分析這些挑戰(zhàn)對空間科技發(fā)展方向的指引作用。*解析思路：列舉核心科學(xué)挑戰(zhàn)，如：克服巨大的能量需求和高效的能源獲取/轉(zhuǎn)化技術(shù)（特別是深空）；解決長距離、大時延的通信與控制難題（需要更高自主性、先進(jìn)通信技術(shù)）；實現(xiàn)長壽命、高可靠性的航天器設(shè)計和制造（需要新材料、冗余設(shè)計、智能管理）；應(yīng)對極端空間環(huán)境和未知天體環(huán)境的物理威脅（輻射、微流星體、未知物質(zhì)）；開發(fā)安全、高效的推進(jìn)技術(shù)以實現(xiàn)更快、更遠(yuǎn)的星際旅行（需要革命性