2025年大學(xué)《系統(tǒng)科學(xué)與工程》專業(yè)題庫——航空航天系統(tǒng)工程與設(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)字母填入括號(hào)內(nèi)）1.在航空航天系統(tǒng)工程中，將系統(tǒng)需求自頂向下逐層分解，確保每一層需求都清晰、可驗(yàn)證，這種方法主要體現(xiàn)了系統(tǒng)工程的哪種原則？A.整體性原則B.層次性原則C.動(dòng)態(tài)性原則D.最優(yōu)化原則2.對(duì)于一枚復(fù)雜的運(yùn)載火箭而言，其系統(tǒng)復(fù)雜性主要體現(xiàn)在哪些方面？（請(qǐng)選擇兩個(gè)）A.子系統(tǒng)數(shù)量眾多且相互耦合緊密B.系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境極端（高溫、高壓、真空）C.對(duì)任務(wù)成功率和安全性要求極高D.系統(tǒng)生命周期長，技術(shù)更新迭代快3.在進(jìn)行航空航天系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，通常會(huì)將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性（L）和后果的嚴(yán)重性（S）相乘，得到風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)（R=L*S）。這種評(píng)估方法主要基于哪種風(fēng)險(xiǎn)分析模型？A.概率風(fēng)險(xiǎn)模型B.決策樹模型C.事故樹模型D.危害與可操作性分析（HAZOP）模型4.航空航天系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，需要進(jìn)行多方案評(píng)選，以確定最優(yōu)方案。常用的多屬性決策方法中，能夠綜合考慮多種目標(biāo)（包括效益和成本）并給出綜合排序的是？A.層次分析法（AHP）B.數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（DEA）C.敏感性分析D.靈敏度分析5.系統(tǒng)建模在航空航天系統(tǒng)工程中扮演著重要角色。以下哪種模型類型最適合用來模擬航天器軌道機(jī)動(dòng)過程中的動(dòng)力學(xué)行為？A.構(gòu)型模型B.功能模型C.行為模型D.動(dòng)力學(xué)模型6.航空航天系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)預(yù)防為主，其中“冗余設(shè)計(jì)”是一種重要的可靠性提高技術(shù)。這種技術(shù)的核心思想是？A.增加系統(tǒng)部件的復(fù)雜性B.提高單個(gè)部件的可靠性指標(biāo)C.通過增加備份或替代路徑，即使部分部件失效，系統(tǒng)仍能完成任務(wù)D.降低系統(tǒng)的平均故障率7.系統(tǒng)集成是航空航天系統(tǒng)工程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其對(duì)于大型、分布式系統(tǒng)。集成過程中面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？A.單元測試難度低B.各子系統(tǒng)集成接口繁多且標(biāo)準(zhǔn)不一C.系統(tǒng)開發(fā)進(jìn)度容易提前D.系統(tǒng)成本估算非常準(zhǔn)確8.在航空航天領(lǐng)域，系統(tǒng)需求的管理是確保項(xiàng)目成功的基石。需求變更控制流程中，哪個(gè)環(huán)節(jié)是關(guān)鍵？A.需求的初步提出B.需求的詳細(xì)分析C.需求的評(píng)審與批準(zhǔn)D.需求的版本管理9.航空航天系統(tǒng)全生命周期管理涵蓋了從概念提出到退役的各個(gè)階段。哪個(gè)階段的活動(dòng)對(duì)系統(tǒng)最終的成功和成本影響最為顯著？A.運(yùn)營階段B.設(shè)計(jì)與開發(fā)階段C.測試驗(yàn)證階段D.維護(hù)與修理階段10.系統(tǒng)工程方法強(qiáng)調(diào)迭代和增量式開發(fā)，特別是在面對(duì)高度不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)。這種方法有助于？A.一開始就確定所有需求，減少變更B.快速響應(yīng)需求變化和技術(shù)進(jìn)步C.完全避免系統(tǒng)開發(fā)過程中的風(fēng)險(xiǎn)D.只關(guān)注提高系統(tǒng)的理論性能指標(biāo)二、名詞解釋（每題3分，共15分。請(qǐng)給出簡潔、準(zhǔn)確的定義）1.系統(tǒng)工程（SystemsEngineering）2.航空航天系統(tǒng)生命周期（AerospaceSystemLifeCycle）3.系統(tǒng)需求（SystemRequirement）4.可靠性（Reliability）5.系統(tǒng)集成（SystemIntegration）三、簡答題（每題5分，共20分。請(qǐng)簡要回答下列問題）1.簡述系統(tǒng)思維在解決航空航天復(fù)雜問題時(shí)的作用。2.簡述航空航天系統(tǒng)工程中風(fēng)險(xiǎn)管理的核心流程。3.簡述進(jìn)行航空航天系統(tǒng)需求分析的主要步驟。4.簡述系統(tǒng)仿真在航空航天系統(tǒng)工程中的應(yīng)用價(jià)值。四、論述題（10分。請(qǐng)就下列問題展開論述）結(jié)合具體的航空航天實(shí)例（如衛(wèi)星、飛機(jī)、火箭等），論述系統(tǒng)工程方法（如需求管理、風(fēng)險(xiǎn)管理、可靠性設(shè)計(jì)等）在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中如何發(fā)揮作用，以確保系統(tǒng)成功。五、案例分析題（25分。請(qǐng)仔細(xì)閱讀以下案例，并回答相關(guān)問題）案例背景：某公司正在研發(fā)一款用于近地軌道遙感的小型衛(wèi)星。該衛(wèi)星的核心任務(wù)是在預(yù)定軌道上穩(wěn)定運(yùn)行，并按計(jì)劃采集和傳輸?shù)厍虮砻鏀?shù)據(jù)。在項(xiàng)目初期，經(jīng)過需求分析，確定關(guān)鍵需求包括：軌道高度不低于500km，數(shù)據(jù)采集分辨率優(yōu)于5米，續(xù)航時(shí)間不少于6個(gè)月，具備自主姿態(tài)控制能力，并通過特定的通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，團(tuán)隊(duì)提出了兩種主要的姿態(tài)控制系統(tǒng)方案：方案A采用傳統(tǒng)的基于陀螺儀和太陽帆板的方案，成本較低但精度有限；方案B采用基于星載計(jì)算機(jī)和冗余傳感器的更先進(jìn)的方案，成本較高但精度和穩(wěn)定性顯著提升。同時(shí)，項(xiàng)目面臨的主要風(fēng)險(xiǎn)之一是星上計(jì)算機(jī)在空間輻射環(huán)境下的可靠性問題。問題：1.在系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，面對(duì)方案A和方案B的選擇，系統(tǒng)工程師應(yīng)考慮哪些方面的因素？（6分）2.如何運(yùn)用系統(tǒng)工程中的權(quán)衡分析方法（Trade-offAnalysis）來評(píng)估這兩種姿態(tài)控制系統(tǒng)方案？（8分）3.針對(duì)星上計(jì)算機(jī)的空間輻射可靠性風(fēng)險(xiǎn)，系統(tǒng)工程師可以采取哪些設(shè)計(jì)或保障措施？（6分）六、設(shè)計(jì)/規(guī)劃題（10分。請(qǐng)就下列問題進(jìn)行初步設(shè)計(jì)或規(guī)劃）設(shè)想一個(gè)未來小型無人月球探測器的概念階段任務(wù)。請(qǐng)簡述該探測器需要滿足的關(guān)鍵系統(tǒng)需求，并初步勾勒出其主要的子系統(tǒng)構(gòu)成，說明各子系統(tǒng)的主要功能和它們之間的相互關(guān)系。試卷答案一、選擇題1.B2.A,C3.A4.A5.D6.C7.B8.C9.B10.B二、名詞解釋1.系統(tǒng)工程：是一門跨學(xué)科的應(yīng)用學(xué)科，旨在通過應(yīng)用系統(tǒng)思維和系統(tǒng)工程方法，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)、管理、運(yùn)行和更新，以達(dá)到在給定約束條件下實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)的最優(yōu)化或最滿意。2.航空航天系統(tǒng)生命周期：指航空航天系統(tǒng)從概念提出、可行性研究、需求定義、設(shè)計(jì)、制造、測試、部署、運(yùn)行、維護(hù)直至最終退役或處置的整個(gè)歷程。3.系統(tǒng)需求：指為滿足利益相關(guān)者（如用戶、操作員、監(jiān)管機(jī)構(gòu)等）需求而必須由系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的具體功能、性能、約束和屬性。4.可靠性：指系統(tǒng)或部件在規(guī)定時(shí)間、規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力。5.系統(tǒng)集成：指將系統(tǒng)各組成部分（硬件、軟件、人員、流程等）按照設(shè)計(jì)要求組合起來，并確保它們能夠協(xié)同工作，形成完整、可運(yùn)行的整體系統(tǒng)的過程。三、簡答題1.系統(tǒng)思維強(qiáng)調(diào)整體性、關(guān)聯(lián)性和層次性，有助于航空航天系統(tǒng)工程師全面、系統(tǒng)地理解復(fù)雜系統(tǒng)的各個(gè)組成部分及其相互作用，識(shí)別關(guān)鍵子系統(tǒng)、接口和潛在的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，從而進(jìn)行有效的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析和決策，避免“只見樹木，不見森林”的錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)整體效能和魯棒性。2.航空航天系統(tǒng)工程中的風(fēng)險(xiǎn)管理核心流程通常包括：風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別（通過brainstorming、故障樹分析等方法識(shí)別潛在風(fēng)險(xiǎn)源）、風(fēng)險(xiǎn)分析（評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和后果嚴(yán)重性，常用定性或定量方法）、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)（根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則判斷風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)）、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)（制定并實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、轉(zhuǎn)移、減輕或接受等措施）、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控（在系統(tǒng)生命周期中持續(xù)跟蹤風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和應(yīng)對(duì)措施有效性）。3.航空航天系統(tǒng)需求分析的主要步驟通常包括：需求獲?。ㄅc利益相關(guān)者溝通，收集原始需求）、需求分析（理解、精化、分類、確認(rèn)需求，消除歧義和矛盾）、需求規(guī)約（將分析后的需求轉(zhuǎn)化為清晰、無歧義、可驗(yàn)證的規(guī)范說明）、需求管理（建立需求基線，控制需求變更）。4.系統(tǒng)仿真在航空航天系統(tǒng)工程中的應(yīng)用價(jià)值體現(xiàn)在：允許在早期階段對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)行為進(jìn)行建模和預(yù)測，減少物理樣機(jī)測試的成本和風(fēng)險(xiǎn)；支持多方案并行評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)；可用于分析系統(tǒng)性能、可靠性、安全性、人因工程等方面；能夠模擬極端或難以復(fù)現(xiàn)的運(yùn)行場景，進(jìn)行訓(xùn)練和演練；有助于理解系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為和相互作用機(jī)制。四、論述題（答案需結(jié)合具體實(shí)例進(jìn)行論述，以下為論述要點(diǎn)）系統(tǒng)工程方法在航空航天系統(tǒng)設(shè)計(jì)中貫穿始終。例如，在衛(wèi)星設(shè)計(jì)中，需求管理確保了任務(wù)目標(biāo)（如遙感分辨率、軌道要求）被準(zhǔn)確傳遞到各分系統(tǒng)；風(fēng)險(xiǎn)管理識(shí)別了空間環(huán)境、發(fā)射失敗、星上故障等風(fēng)險(xiǎn)，并制定了應(yīng)對(duì)策略，如冗余設(shè)計(jì)、輻射加固；可靠性設(shè)計(jì)通過選擇高可靠性部件、進(jìn)行容錯(cuò)設(shè)計(jì)，保證了衛(wèi)星的長壽命和任務(wù)成功率；系統(tǒng)仿真用于驗(yàn)證軌道設(shè)計(jì)、姿態(tài)控制算法等；而系統(tǒng)集成則確保了衛(wèi)星各分系統(tǒng)（如太陽帆板、天線、載荷、姿態(tài)控制子系統(tǒng)）能夠協(xié)調(diào)工作，最終構(gòu)成一個(gè)可工作的整體。通過應(yīng)用這些系統(tǒng)工程方法，可以有效管理復(fù)雜性、控制風(fēng)險(xiǎn)、優(yōu)化性能，從而確保航空航天系統(tǒng)成功。五、案例分析題1.系統(tǒng)工程師應(yīng)考慮的因素包括：任務(wù)需求滿足程度（兩種方案是否能同時(shí)滿足關(guān)鍵需求，如精度、續(xù)航等）、技術(shù)成熟度和風(fēng)險(xiǎn)（方案A成熟度高，風(fēng)險(xiǎn)低；方案B技術(shù)先進(jìn)，但可能有未預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)）、成本（方案A初始成本低，但維護(hù)可能更高；方案B初始成本高，但可能整體成本更低）、開發(fā)周期（方案A開發(fā)時(shí)間短，方案B可能需要更長時(shí)間）、系統(tǒng)重量和功耗限制、現(xiàn)有技術(shù)和資源的兼容性、操作和維護(hù)的復(fù)雜性等。2.權(quán)衡分析評(píng)估兩種方案：首先，明確權(quán)衡的維度，如性能（姿態(tài)控制精度、響應(yīng)時(shí)間）、成本（初始投資、全生命周期成本）、風(fēng)險(xiǎn)（技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、操作風(fēng)險(xiǎn)）、開發(fā)周期、可維護(hù)性等。然后，對(duì)方案A和B在各維度上進(jìn)行評(píng)估打分或量化比較。例如，方案A在成本和開發(fā)周期上得分高，但在性能上得分低；方案B在性能上得分高，但在成本和開發(fā)周期上得分低。接著，分析各維度的相對(duì)重要性權(quán)重。最后，綜合評(píng)估，如果性能是關(guān)鍵因素，且項(xiàng)目預(yù)算和周期允許，方案B可能是更優(yōu)選擇；如果成本和進(jìn)度壓力巨大，方案A可能更合適。權(quán)衡分析幫助決策者在不同目標(biāo)間做出取舍，選擇符合項(xiàng)目整體目標(biāo)的最佳方案。3.針對(duì)星上計(jì)算機(jī)的輻射可靠性風(fēng)險(xiǎn)，可采取的設(shè)計(jì)或保障措施包括：采用抗輻射加固的計(jì)算機(jī)芯片和元器件；在電路設(shè)計(jì)層面采用輻射hardened設(shè)計(jì)技術(shù)，如加屏蔽、冗余設(shè)計(jì)（如雙機(jī)熱備份或冷備份）、錯(cuò)誤檢測與糾正（ECC）碼；軟件層面設(shè)計(jì)容錯(cuò)機(jī)制，如故障檢測、自動(dòng)恢復(fù)或切換邏輯；在系統(tǒng)級(jí)進(jìn)行輻射防護(hù)設(shè)計(jì)，如調(diào)整衛(wèi)星姿態(tài)避開高能輻射事件；進(jìn)行充分的地面輻射測試和環(huán)境模擬測試，驗(yàn)證計(jì)算機(jī)的可靠性；制定詳細(xì)的地面監(jiān)控和空中應(yīng)答策略，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理計(jì)算機(jī)故障。六、設(shè)計(jì)/規(guī)劃題（答案需包含關(guān)鍵需求列表和子系統(tǒng)構(gòu)成圖/描述，以下為要點(diǎn)）關(guān)鍵系統(tǒng)需求可能包括：*軌道：近地軌道（如500-700km），滿足任務(wù)觀測范圍。*姿態(tài)與軌道控制：高精度指向能力（指向目標(biāo)點(diǎn)/區(qū)域），姿態(tài)穩(wěn)定與控制（指向偏差小于XX度），軌道維持能力。*有效載荷：具備特定傳感器（如相機(jī)、光譜儀），滿足分辨率、觀測范圍等要求。*通信：能夠通過特定頻段與地面站進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，保證數(shù)據(jù)率滿足任務(wù)需求。*電源：具備足夠的能量存儲(chǔ)（電池）和轉(zhuǎn)換能力（太陽能帆板），滿足持續(xù)運(yùn)行功耗。*結(jié)構(gòu)：輕量化、高剛度、滿足發(fā)射環(huán)境和任務(wù)期間的力學(xué)要求。*可靠性：滿足任務(wù)壽命要求（如壽命大于X年），具備一定的故障容忍能力。*部署：如需展開天線、太陽帆板等，需有可靠的展開機(jī)制。子系統(tǒng)構(gòu)成（文字描述或框圖形式均可）：*有效載荷子系統(tǒng)：核心部分，包含傳感器（如相機(jī)、光譜儀）、數(shù)據(jù)處理單元等，負(fù)責(zé)執(zhí)行主要任務(wù)。*姿態(tài)確定與控制（AACS）子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)確定探測器在空間中的姿態(tài)，并控制其指向，通常包括敏感器（如太陽敏感器、星敏感器、陀螺）、執(zhí)行機(jī)構(gòu)（如反作用飛輪、磁力矩器）和控制器。*軌道確定與控制（ORCS）子系統(tǒng)：（對(duì)于需要精確軌道控制的任務(wù)）負(fù)責(zé)確定探測器軌道，并執(zhí)行軌道機(jī)動(dòng)或維持任務(wù)，通常利用AACS的敏感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或配備專門的軌道機(jī)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。*通信子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)與地面站進(jìn)行測控指令和科學(xué)數(shù)據(jù)的傳輸，包括天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信道編碼/解碼設(shè)備等。*電源子系統(tǒng)：負(fù)責(zé)