2025年大學(xué)《天文學(xué)》專業(yè)題庫——星際之翼：宇宙飛船的探險(xiǎn)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)的字母填在題后的括號內(nèi)。）1.下列哪種推進(jìn)技術(shù)主要依靠電場或磁場加速離子或等離子體來產(chǎn)生推力？A.化學(xué)火箭B.核熱推進(jìn)C.電推進(jìn)D.太陽帆推進(jìn)2.航天器從地球軌道轉(zhuǎn)移到火星軌道，最節(jié)省能量的轉(zhuǎn)移軌道是？A.橢圓轉(zhuǎn)移軌道B.雙曲線轉(zhuǎn)移軌道C.拋物線轉(zhuǎn)移軌道D.勻速直線軌道3.載人航天器中，用于維持宇航員生命活動(dòng)、提供能源和進(jìn)行姿態(tài)控制的系統(tǒng)，通常被稱為？A.有效載荷B.服務(wù)系統(tǒng)C.航天器系統(tǒng)D.通信系統(tǒng)4.以下哪種因素不是太空環(huán)境中對航天器構(gòu)成主要威脅的來源？A.真空B.微流星體C.宇宙射線D.大氣層5.將航天器送入地球靜止軌道，需要進(jìn)行的軌道機(jī)動(dòng)通常是？A.霍曼轉(zhuǎn)移B.軌道傾角機(jī)動(dòng)C.軌道高度機(jī)動(dòng)D.緯度機(jī)動(dòng)6.下列哪種類型的航天器主要用于對地球進(jìn)行觀測和科學(xué)研究？A.行星際飛船B.載人飛船C.探測器D.偵察衛(wèi)星7.核聚變推進(jìn)技術(shù)相比核裂變推進(jìn)技術(shù)的主要優(yōu)勢是？A.推力更大B.更安全、放射性廢料更少C.燃料更易獲取D.效率更高8.航天器在軌道運(yùn)行時(shí)，其軌道要素會(huì)因受到非中心力的作用而發(fā)生緩慢變化，這種現(xiàn)象稱為？A.軌道攝動(dòng)B.軌道共振C.軌道衰變D.軌道遷移9.空間站需要定期進(jìn)行軌道維持，其主要目的是？A.提高軌道高度B.降低軌道高度C.保持軌道傾角不變D.保持近地軌道高度10.“星際之翼”這一主題主要關(guān)聯(lián)的航天器任務(wù)是？A.月球探測B.地球觀測C.行星際探索D.大氣層內(nèi)飛行二、填空題（每題2分，共20分。請將正確答案填在橫線上。）1.火箭方程描述了火箭質(zhì)量變化與__________之間的關(guān)系。2.航天器在太空中主要依靠__________和__________進(jìn)行姿態(tài)控制。3.宇宙飛船穿越行星際空間時(shí)，主要面臨__________和__________兩大環(huán)境挑戰(zhàn)。4.哈勃空間望遠(yuǎn)鏡屬于__________類型的航天器。5.飛船從低地球軌道進(jìn)入火星轉(zhuǎn)移軌道，通常需要進(jìn)行__________點(diǎn)火。6.光推進(jìn)技術(shù)利用__________的光壓來推動(dòng)航天器。7.載人飛船需要配備__________系統(tǒng)，為宇航員提供生命支持。8.行星際飛船進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)時(shí)，主要依靠其攜帶的__________進(jìn)行燃料燃燒。9.太空探索中，對地外生命進(jìn)行研究的重要工具是__________。10.國際空間站是一個(gè)由多個(gè)國家合作建造的__________。三、簡答題（每題5分，共25分。請簡要回答下列問題。）1.簡述化學(xué)火箭發(fā)射的基本原理。2.解釋什么是軌道攝動(dòng)及其對航天器軌道的影響。3.簡述載人飛船與無人探測器在設(shè)計(jì)和任務(wù)目標(biāo)上的主要區(qū)別。4.說明太陽帆推進(jìn)技術(shù)的原理及其潛在優(yōu)勢。5.闡述進(jìn)行星際探索可能面臨的倫理和社會(huì)問題。四、計(jì)算題（每題10分，共20分。請列出計(jì)算步驟并給出結(jié)果。）1.一枚火箭初始質(zhì)量為50000kg，燃料質(zhì)量為40000kg，發(fā)動(dòng)機(jī)比沖為300s。求火箭達(dá)到最大推力時(shí)的質(zhì)量流率（假設(shè)海平面重力加速度為9.8m/s2）。2.一艘宇宙飛船從地球軌道（近地點(diǎn)高度500km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度1500km）沿霍曼轉(zhuǎn)移軌道前往火星軌道。假設(shè)地球和火星的軌道半徑分別為1AU和1.52AU，求飛船在轉(zhuǎn)移軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)高度。五、論述題（15分。請就下列問題展開論述。）結(jié)合當(dāng)前科技發(fā)展現(xiàn)狀，論述實(shí)現(xiàn)人類進(jìn)行載人星際探索的可能性和面臨的挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.C解析：電推進(jìn)利用電場或磁場加速離子或等離子體產(chǎn)生推力，屬于電推進(jìn)技術(shù)。2.A解析：霍曼轉(zhuǎn)移軌道是連接兩個(gè)橢圓軌道的最短路徑轉(zhuǎn)移軌道，能量消耗最低。3.B解析：服務(wù)系統(tǒng)是航天器中提供能源、推進(jìn)、生命保障、通信等功能的綜合系統(tǒng)。4.D解析：太空環(huán)境的主要威脅來自真空、微流星體、宇宙射線等，大氣層反而提供保護(hù)。5.B解析：將航天器送入地球靜止軌道需要改變其軌道傾角，通常通過軌道傾角機(jī)動(dòng)實(shí)現(xiàn)。6.D解析：偵察衛(wèi)星主要用于對地球進(jìn)行觀測和科學(xué)研究，屬于地球觀測任務(wù)。7.B解析：核聚變反應(yīng)釋放的能量更高，且產(chǎn)生的放射性廢料較少、半衰期較短，比核裂變更安全。8.A解析：軌道攝動(dòng)是指由于非中心力（如太陽、月球引力）的作用，使航天器軌道要素發(fā)生變化的現(xiàn)象。9.D解析：空間站受地球引力影響會(huì)逐漸下降，需要定期進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)來維持近地軌道高度。10.C解析：“星際之翼”主題強(qiáng)調(diào)的是宇宙飛船進(jìn)行星際探索的冒險(xiǎn)和能力。二、填空題1.推進(jìn)沖量解析：火箭方程（Tsiolkovskyrocketequation）描述了火箭質(zhì)量變化與推進(jìn)沖量（Δv）之間的關(guān)系。2.磁力矩，反作用力矩解析：航天器常用磁力矩（利用地磁場）和反作用力矩（利用噴氣）進(jìn)行姿態(tài)控制。3.真空，宇宙射線解析：太空環(huán)境的特點(diǎn)是真空、低溫、高輻射等，這些對航天器設(shè)計(jì)和生命保障系統(tǒng)提出挑戰(zhàn)。4.無人探測器解析：哈勃空間望遠(yuǎn)鏡是一顆運(yùn)行在地球軌道上的大型空間望遠(yuǎn)鏡，屬于無人探測器。5.順行解析：飛船從低地球軌道進(jìn)入火星轉(zhuǎn)移軌道，通常需要在遠(yuǎn)地點(diǎn)附近進(jìn)行順行點(diǎn)火，以獲得足夠的速度改變軌道。6.激光解析：光推進(jìn)利用激光光壓來推動(dòng)航天器，是一種非常高效的推進(jìn)方式。7.生命保障解析：生命保障系統(tǒng)為載人飛船中的宇航員提供呼吸所需的空氣、飲用水、食物，并控制溫度和壓力。8.化學(xué)推進(jìn)劑解析：星際飛船進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)主要依靠其攜帶的化學(xué)推進(jìn)劑進(jìn)行燃料燃燒產(chǎn)生推力。9.光譜分析解析：光譜分析是研究物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)的重要方法，是探索地外生命的重要工具。10.軌道空間站解析：國際空間站是一個(gè)長期在軌運(yùn)行、由多個(gè)模塊組成的復(fù)雜航天器，是軌道空間站。三、簡答題1.簡述化學(xué)火箭發(fā)射的基本原理。解析：化學(xué)火箭發(fā)射利用化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能和動(dòng)能。燃料和氧化劑在燃燒室中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生高溫高壓的氣體。這些氣體通過噴管高速噴出，根據(jù)牛頓第三定律產(chǎn)生反作用力推動(dòng)火箭向上運(yùn)動(dòng)。2.解釋什么是軌道攝動(dòng)及其對航天器軌道的影響。解析：軌道攝動(dòng)是指除中心天體引力外，其他天體引力（如太陽、月球）或阻力（如大氣阻力）等非中心力對航天器軌道造成的影響。攝動(dòng)會(huì)使航天器的軌道要素（半長軸、偏心率、傾角、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角）隨時(shí)間緩慢變化，導(dǎo)致軌道偏離預(yù)定軌道。3.簡述載人飛船與無人探測器在設(shè)計(jì)和任務(wù)目標(biāo)上的主要區(qū)別。解析：載人飛船需要考慮宇航員的生存環(huán)境，如生命保障系統(tǒng)（空氣、水、食物、溫度、壓力）、輻射防護(hù)、心理因素等，并具備返回地球的能力。任務(wù)目標(biāo)通常側(cè)重于科學(xué)考察、技術(shù)試驗(yàn)或載人飛行本身。無人探測器設(shè)計(jì)更注重任務(wù)性能和成本效益，通常不需要生命保障系統(tǒng)，可以執(zhí)行更危險(xiǎn)或更長時(shí)間的任務(wù)，任務(wù)目標(biāo)更加多樣化，如探測其他行星、收集樣本等。4.說明太陽帆推進(jìn)技術(shù)的原理及其潛在優(yōu)勢。解析：太陽帆推進(jìn)技術(shù)利用太陽光的光壓（光子流攜帶動(dòng)量）來推動(dòng)帆狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)光子撞擊帆表面時(shí)，會(huì)將動(dòng)量傳遞給帆，產(chǎn)生持續(xù)的推力。潛在優(yōu)勢包括：燃料幾乎為零（只需帆面），可持續(xù)長時(shí)間飛行，推力雖然小但持續(xù)，適合進(jìn)行星際巡航和長期任務(wù)。5.闡述進(jìn)行星際探索可能面臨的倫理和社會(huì)問題。解析：進(jìn)行星際探索可能面臨的倫理和社會(huì)問題包括：對地外生命形式的潛在影響（污染或破壞），人類在異星殖民地的權(quán)利和義務(wù)，星際資源開發(fā)的公平性和可持續(xù)性，星際探索的高昂成本對地球社會(huì)的影響，以及人類在宇宙中的地位和責(zé)任等。四、計(jì)算題1.一枚火箭初始質(zhì)量為50000kg，燃料質(zhì)量為40000kg，發(fā)動(dòng)機(jī)比沖為300s。求火箭達(dá)到最大推力時(shí)的質(zhì)量流率（假設(shè)海平面重力加速度為9.8m/s2）。解析：最大推力發(fā)生在燃燒室壓強(qiáng)與外界環(huán)境壓強(qiáng)相等時(shí)，此時(shí)推力T=F=γ*I_sp*g_0，其中γ是質(zhì)量流率，I_sp是比沖，g_0是標(biāo)準(zhǔn)重力加速度（通常取9.8m/s2）。質(zhì)量流率γ=T/(I_sp*g_0)。此時(shí)火箭質(zhì)量m=m_0-m_f=50000kg-40000kg=10000kg?；鸺屏€需克服重力，T=γ*I_sp*g_0=γ*300s*9.8m/s2=2940γN。火箭達(dá)到最大推力時(shí)的推力F_max=γ*I_sp*g_0+m*g=γ*300*9.8+10000*9.8=2940γ+98000N。由于此時(shí)火箭總推力等于其重量，F(xiàn)_max=m*g=10000*9.8=98000N。所以2940γ+98000=98000，解得γ=0kg/s。2.一艘宇宙飛船從地球軌道（近地點(diǎn)高度500km，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度1500km）沿霍曼轉(zhuǎn)移軌道前往火星軌道。假設(shè)地球和火星的軌道半徑分別為1AU和1.52AU，求飛船在轉(zhuǎn)移軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)高度。解析：地球軌道近地點(diǎn)半徑r_p_地球=1AU-500km=1AU-0.0005AU=0.9995AU。地球軌道遠(yuǎn)地點(diǎn)半徑r_a_地球=1AU+1500km=1AU+0.0005AU=1.0005AU。根據(jù)霍曼轉(zhuǎn)移軌道，轉(zhuǎn)移軌道的近地點(diǎn)半徑r_p_轉(zhuǎn)移=r_p_地球=0.9995AU。轉(zhuǎn)移軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)半徑r_a_轉(zhuǎn)移=1/2*(r_a_地球+火星軌道半徑)=1/2*(1.0005AU+1.52AU)=1/2*2.5205AU=1.26025AU。飛船在轉(zhuǎn)移軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)高度h_a_轉(zhuǎn)移=r_a_轉(zhuǎn)移-地球平均軌道半徑=1.26025AU-1AU=0.26025AU。將AU轉(zhuǎn)換為km，1AU≈1.496×10^8km。遠(yuǎn)地點(diǎn)高度h_a_轉(zhuǎn)移=0.26025*1.496×10^8km≈3.88×10^7km。五、論述題結(jié)合當(dāng)前科技發(fā)展現(xiàn)狀，論述實(shí)現(xiàn)人類進(jìn)行載人星際探索的可能性和面臨的挑戰(zhàn)。解析：實(shí)現(xiàn)人類進(jìn)行載人星際探索的可能性在于人類對未知的探索欲望、科技的不斷進(jìn)步以及潛在的巨大回報(bào)。當(dāng)前，航天技術(shù)，特別是可重復(fù)使用火箭、先進(jìn)推進(jìn)系統(tǒng)研究（如核聚變、電推進(jìn)）、生命保障系統(tǒng)、人工智能、材料科學(xué)等領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，為星際探索提供了技術(shù)基礎(chǔ)。例如，SpaceX的星艦（Starship）項(xiàng)目旨在開發(fā)可重復(fù)使用的全尺寸載人星際飛船，用于登陸月球和火星。然而，實(shí)現(xiàn)載人星際探索面臨巨大的挑戰(zhàn)。首先是技術(shù)挑戰(zhàn)