2025年大學《空間科學與技術》專業(yè)題庫——太空技術與航天工程考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.下列哪種推進方式主要依靠地心引力輔助進行深空探測？A.化學火箭B.電推進C.核推進D.引力彈弓2.航天器在軌道上運動的基本規(guī)律由誰提出的？A.牛頓B.開普勒C.愛因斯坦D.費馬3.空間碎片對航天器的主要威脅不包括？A.碰撞破壞B.靜電干擾C.軌道共振D.輻射損傷4.衛(wèi)星姿態(tài)控制的主要目的是？A.維持軌道穩(wěn)定B.保持太陽能帆板最佳受光角度C.降低能耗D.抵抗空間環(huán)境攝動5.下列哪種軌道是航天器從低軌道進入高軌道常用的方式？A.霍曼轉移軌道B.拋物線軌道C.橢圓軌道D.圓形軌道6.深空網絡（DSN）的主要功能是？A.發(fā)射航天器B.進行航天器姿態(tài)控制C.為航天器提供導航服務D.與航天器進行測控通信7.太陽能電池板的主要作用是？A.產生推力B.提供航天器熱控制C.收集空間碎片D.為航天器提供電能8.航天器再入大氣層面臨的主要問題是？A.軌道維持B.與空間站會合C.高溫燒蝕D.軌道提升9.下列哪種衛(wèi)星通常用于通信和廣播？A.氣象衛(wèi)星B.導航衛(wèi)星C.偵察衛(wèi)星D.地球資源衛(wèi)星10.空間環(huán)境中的高能帶電粒子主要來源于？A.地球磁場B.太陽活動C.月球表面D.空間碎片二、填空題1.航天器一般由結構分系統(tǒng)、_________分系統(tǒng)、姿態(tài)控制分系統(tǒng)、推進分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、熱控分系統(tǒng)、測控分系統(tǒng)等組成。2.運載火箭的運載能力通常用其能夠將有效載荷送入_________的運載能力來衡量。3.航天器進入近地軌道的運行速度約為_________公里/秒。4.根據(jù)開普勒第三定律，軌道半長軸越長的軌道，其軌道周期_________。5.空間測控網絡通常采用_________體制進行測控信息的傳輸。6.航天器姿態(tài)通常用其指向與_________的夾角來描述。7.空間輻射環(huán)境主要包括高能帶電粒子輻射和_________輻射。8.火箭發(fā)動機根據(jù)推進劑狀態(tài)不同，可分為液體火箭發(fā)動機、_________發(fā)動機和固體制彈發(fā)動機。9.航天器從地球表面發(fā)射進入軌道的過程稱為_________。10.利用太陽光壓進行推進的航天器稱為_________。三、簡答題1.簡述運載火箭級數(shù)增加對火箭性能帶來的主要好處。2.簡述航天器姿態(tài)控制的基本方式有哪些。3.簡述空間碎片對在軌航天器的主要威脅及其防護措施。4.簡述霍曼轉移軌道的特點及其應用場景。四、計算題1.一顆質量為500kg的衛(wèi)星在距離地球表面500km的圓形近地軌道上運行，求該衛(wèi)星所受的地球引力大小及運行的速度。（假設地球半徑為6371km，引力常量G=6.674×10^-11N·m^2/kg^2，地球質量M=5.972×10^24kg）2.航天器需要從半徑為7000km的圓形停泊軌道變軌至半徑為42000km的圓形目標軌道。若采用霍曼轉移軌道，求航天器在遠地點需要施加的Delta-v（速度增量）大小。（假設地球引力常量G=6.674×10^-11N·m^2/kg^2，地球質量M=5.972×10^24kg）五、論述題結合具體實例，論述空間環(huán)境對航天器設計的主要挑戰(zhàn)以及航天器需要采取的主要防護措施。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.C4.B5.A6.D7.D8.C9.A10.B解析思路1.引力彈弓效應是利用行星（或衛(wèi)星）的引力場改變航天器相對于太陽的速度，常用于深空探測任務，以節(jié)省燃料。2.開普勒三大定律描述了行星（或航天器）繞恒星（或中心天體）運動的規(guī)律。3.空間碎片主要威脅是碰撞破壞，可能導致航天器結構損壞或解體。靜電干擾、軌道共振和輻射損傷也是空間環(huán)境因素，但不是碎片的主要威脅。4.航天器姿態(tài)控制的主要目的是使其光學面、天線等有效部件指向預定方向，以完成各項任務。5.霍曼轉移軌道是連接兩個共中心橢圓軌道的最短能量轉移軌道，常用于航天器軌道高度的改變。6.深空網絡（DSN）是NASA等機構用于與深空探測器進行測控和數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蛐跃W絡。7.太陽能電池板通過光電效應將太陽光能轉化為電能，供航天器使用。8.航天器再入大氣層時，與大氣摩擦產生高溫，面臨結構燒蝕的嚴峻挑戰(zhàn)。9.氣象衛(wèi)星專門用于獲取大氣云圖、氣溫、濕度等信息，服務于氣象預報。10.高能帶電粒子主要來源于太陽活動，如太陽耀斑和日冕物質拋射。二、填空題1.生命保障2.地球同步轉移軌道3.7.94.越長5.跳頻6.真北（或慣性參考系）7.軟X射線和紫外線8.氣體9.發(fā)射10.光帆三、簡答題1.簡述運載火箭級數(shù)增加對火箭性能帶來的主要好處。解析思路火箭級數(shù)增加的主要好處是提高運載效率、增大運載能力、實現(xiàn)更靈活的軌道選擇。多級火箭可以通過逐步拋棄無用推進級，使有效載荷以更高的速度進入預定軌道，從而節(jié)省燃料。增加級數(shù)可以增大總推力或實現(xiàn)不同的發(fā)射構型，將更重或更遠的目標送入軌道。同時，多級組合可以更靈活地適應不同的任務需求，如直接入軌、地球同步轉移或深空探測等。2.簡述航天器姿態(tài)控制的基本方式有哪些。解析思路航天器姿態(tài)控制的基本方式主要包括：噴氣控制（反作用控制），通過向后噴氣產生反作用力矩來改變姿態(tài)；飛輪控制（動量輪控制），利用高速旋轉的飛輪存儲和釋放角動量來控制姿態(tài)；太陽敏感器/星敏感器/陀螺儀等敏感器提供姿態(tài)參考信息，與控制律結合產生控制指令；磁力矩器控制，利用地球磁場產生力矩，適用于對姿態(tài)精度要求不高的場合。3.簡述空間碎片對在軌航天器的主要威脅及其防護措施。解析思路主要威脅：空間碎片以極高速度運行，與航天器碰撞會產生巨大沖擊力，可能導致航天器表面損傷、結構破壞、天線失效、傳感器失靈甚至解體。碎片還可能引發(fā)連鎖碰撞（雪崩效應）。防護措施：設計時采用防撞面板、加固結構；發(fā)射和操作中保持安全距離，避免碰撞；運行期間進行碎片探測和預警；采用主動規(guī)避機動，改變軌道避開已知威脅；利用空間碎片清除技術進行攔截和移除。4.簡述霍曼轉移軌道的特點及其應用場景。解析思路特點：是連接兩個共中心橢圓軌道（通常是圓形或近圓形）的轉移軌道，其形狀為一段橢圓。它是能量消耗最少（或Delta-v最?。┑霓D移方式之一。應用場景：常用于需要改變軌道高度的人造地球衛(wèi)星任務，如從低軌道提升到高軌道（如地球同步軌道）、從高軌道降低到低軌道，或者用于航天器在行星際間的轉移（作為轉移軌道的一部分）。四、計算題1.一顆質量為500kg的衛(wèi)星在距離地球表面500km的圓形近地軌道上運行，求該衛(wèi)星所受的地球引力大小及運行的速度。（假設地球半徑為6371km，引力常量G=6.674×10^-11N·m^2/kg^2，地球質量M=5.972×10^24kg）解析思路計算引力大?。褐苯邮褂萌f有引力公式F=G*(M*m)/r^2，其中r為衛(wèi)星到地心的距離，r=地球半徑+軌道高度=6371km+500km=6871km=6.871×10^6m。代入數(shù)值計算即可。計算運行速度：對于圓形軌道，衛(wèi)星所受引力提供向心力，即G*(M*m)/r^2=m*v^2/r。可以解出v=sqrt(G*M/r)。代入數(shù)值計算即可。計算過程：F=(6.674×10^-11)*(5.972×10^24)*500/(6.871×10^6)^2≈4319Nv=sqrt((6.674×10^-11)*(5.972×10^24)/(6.871×10^6))≈7740m/s2.航天器需要從半徑為7000km的圓形停泊軌道變軌至半徑為42000km的圓形目標軌道。若采用霍曼轉移軌道，求航天器在遠地點需要施加的Delta-v（速度增量）大小。（假設地球引力常量G=6.674×10^-11N·m^2/kg^2，地球質量M=5.972×10^24kg）解析思路霍曼轉移軌道是橢圓軌道。在遠地點，航天器的速度小于在停泊軌道（半長軸為7000km）運行時的圓軌道速度。圓軌道速度v_c=sqrt(GM/r)。橢圓軌道在遠地點的速度v_p=sqrt(GM*(2a-r_p)/a)，其中a是橢圓半長軸(a=42000km)，r_p是遠地點距離中心(r_p=42000km)。Delta-v=v_p-v_c。先計算v_c(在7000km半徑處)和v_p(在42000km遠地點)，然后求差值。注意單位統(tǒng)一為米和秒。計算過程：v_c=sqrt(GM/7000km)=sqrt((6.674×10^-11)*(5.972×10^24)/(7000×10^3))≈4586m/sa=(7000km+42000km)/2=24500km=2.45×10^7mv_p=sqrt(GM*(2a-r_p)/a)=sqrt(GM*(2*2.45×10^7-4.2×10^7)/2.45×10^7)=sqrt(GM*(-0.75))/sqrt(a)=sqrt(GM/a)*sqrt(3)=v_c*sqrt(3)v_p≈4586*sqrt(3)≈7938m/sDelta-v=v_p-v_c≈7938-4586=3352m/s五、論述題結合具體實例，論述空間環(huán)境對航天器設計的主要挑戰(zhàn)以及航天器需要采取的主要防護措施。解析思路空間環(huán)境對航天器設計的主要挑戰(zhàn)包括：1)空間輻射（高能帶電粒子、X射線、紫外線）導致電子器件損傷、老化，影響航天器可靠性和壽命。例如，范艾倫輻射帶對近地軌道衛(wèi)星構成威脅。防護措施：采用輻射hardened設計（選用抗輻射元器件）、增加屏蔽層（如金屬、塑料、水）、利用航天器自身磁場偏轉輻射（較難）。2)微流星體和空間碎片碰撞造成物理損傷或破壞。例如，國際空間站需要定期進行防撞機動。防護措施：設計防撞面板、加固關鍵部件、采用探測預警系統(tǒng)、進行規(guī)避機動。3)空間真空導致材料出氣、冷焊、放氣等問題，影響航天器性能和壽命。例如，真