2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——太空飛行器物理防護(hù)材料研究考試時(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)字母填在括號(hào)內(nèi)）1.太空環(huán)境中對(duì)航天器威脅的主要電離輻射類(lèi)型不包括（）。A.宇宙射線B.磁層粒子C.質(zhì)子beltsD.真空紫外線2.對(duì)于要求高強(qiáng)度、輕質(zhì)化的航天器結(jié)構(gòu)部件，以下哪種材料類(lèi)型可能不是首選？（）A.鎂基合金B(yǎng).鈦合金C.高強(qiáng)度鋼D.碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料3.用于航天器熱防護(hù)系統(tǒng)的材料，其主要功能之一是有效吸收或反射太陽(yáng)輻射，以控制航天器表面溫度。這種功能主要依賴(lài)于材料的（）。A.高比熱容B.高導(dǎo)熱系數(shù)C.高反射率或吸收率D.高彈性模量4.在評(píng)估材料抗微流星體撞擊性能時(shí)，“G-Force”通常指的是（）。A.撞擊瞬間的沖擊速度B.撞擊產(chǎn)生的瞬時(shí)加速度C.材料的屈服強(qiáng)度D.撞擊后產(chǎn)生的熱量5.真空環(huán)境對(duì)材料的主要影響之一是“出氣”，即材料中儲(chǔ)存的氣體緩慢釋放出來(lái)。這主要對(duì)航天器的（）造成不利影響。A.結(jié)構(gòu)強(qiáng)度B.熱控性能C.電學(xué)性能（如絕緣性）D.輻射防護(hù)效能6.以下哪種材料通常被認(rèn)為是一種有效的空間輻射屏蔽材料，尤其對(duì)于中低能電子的防護(hù)？（）A.超導(dǎo)材料B.重金屬合金（如鉛）C.碳?xì)渚酆衔顳.氫化物（如聚乙烯）7.空間站或衛(wèi)星外表面涂層需要具備良好的空間環(huán)境適應(yīng)性，包括抗原子氧侵蝕能力。原子氧是（）。A.一種惰性氣體B.氦的同位素C.空間環(huán)境中的一種高活性原子氧離子D.來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的高能質(zhì)子8.對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間在極端溫差下工作的航天器部件，所選材料必須具備良好的（）。A.熱膨脹系數(shù)B.熱導(dǎo)率C.熱疲勞抗性D.蠕變抗性9.以下哪項(xiàng)技術(shù)通常不用于評(píng)估材料在空間真空環(huán)境下的吸氣特性？（）A.真空罩出氣測(cè)試B.質(zhì)譜儀分析C.壓力升高法D.光學(xué)高溫成像10.在設(shè)計(jì)航天器熱防護(hù)系統(tǒng)時(shí)，對(duì)于再入大氣層的熱防護(hù)，通常需要考慮材料的高溫（）。A.氧化穩(wěn)定性B.導(dǎo)電率C.體積膨脹率D.密度二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.太空輻射主要分為_(kāi)_____輻射和______輻射兩大類(lèi)。2.航天器材料在空間環(huán)境下可能發(fā)生的物理變化包括吸雜、______、材料脆化等。3.微流星體撞擊對(duì)航天器的破壞機(jī)制主要是______和______兩種方式。4.熱防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的關(guān)鍵熱物理參數(shù)有熱導(dǎo)率、______、熱容等。5.評(píng)價(jià)材料抗輻射性能的常用指標(biāo)包括總劑量效應(yīng)、______效應(yīng)和位移損傷效應(yīng)。6.原子氧對(duì)材料的侵蝕機(jī)理主要是通過(guò)______和______兩種化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。7.航天器結(jié)構(gòu)材料的選擇需要綜合考慮______、______、______等多方面因素。8.真空環(huán)境下，材料的放氣行為通常用______和______兩個(gè)參數(shù)來(lái)表征。三、名詞解釋?zhuān)款}4分，共16分。請(qǐng)給出簡(jiǎn)潔、準(zhǔn)確的定義）1.輻射屏蔽2.熱沉效應(yīng)3.空間環(huán)境兼容性4.質(zhì)子交換膜效應(yīng)四、簡(jiǎn)答題（每題6分，共24分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述空間輻射對(duì)航天器電子器件的主要危害及其基本機(jī)制。2.闡述熱防護(hù)系統(tǒng)在航天器再入大氣層過(guò)程中所起的作用。3.列舉至少三種用于航天器防熱或耐高溫的材料，并簡(jiǎn)述其基本原理或應(yīng)用場(chǎng)景。4.為什么說(shuō)材料的真空放氣特性是評(píng)價(jià)其在空間環(huán)境中長(zhǎng)期應(yīng)用可行性的重要指標(biāo)？五、論述題（每題10分，共20分。請(qǐng)結(jié)合所學(xué)知識(shí)，深入分析和論述下列問(wèn)題）1.試分析影響航天器選擇物理防護(hù)材料的主要因素，并討論不同防護(hù)需求（如輻射防護(hù)、熱防護(hù)、抗微流星體防護(hù)）下材料選擇策略的異同。2.以某具體航天任務(wù)（如月球探測(cè)器、空間站艙外活動(dòng)服、地球同步軌道衛(wèi)星）為例，論述其所面臨的主要空間環(huán)境挑戰(zhàn)，并說(shuō)明針對(duì)這些挑戰(zhàn)應(yīng)采用哪些主要的物理防護(hù)材料或技術(shù)。---試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.B5.C6.D7.C8.C9.D10.C二、填空題1.宇宙宇宙射線2.空解吸氣3.動(dòng)能沖擊質(zhì)點(diǎn)損傷4.熱容5.總劑量位移損傷6.氧化吸收7.輕質(zhì)高強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性8.總放氣率出氣速率三、名詞解釋1.輻射屏蔽：利用特定材料或結(jié)構(gòu)吸收、散射或反射空間輻射，以降低輻射對(duì)航天器儀器設(shè)備、結(jié)構(gòu)材料及乘員等的損傷效應(yīng)的過(guò)程。2.熱沉效應(yīng)：熱防護(hù)系統(tǒng)（如ablative熱防護(hù)材料）在高溫下通過(guò)材料燒蝕、蒸發(fā)等方式吸收大量熱量，并將熱量帶走，從而保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)免受高溫傷害的現(xiàn)象。3.空間環(huán)境兼容性：指航天器及其所用材料、元器件等能夠適應(yīng)空間環(huán)境的各種因素（如真空、輻射、溫度、原子氧等）而不發(fā)生失效或性能劣化的特性。4.質(zhì)子交換膜效應(yīng)：指在真空環(huán)境下，某些材料（尤其是聚合物）表面的原子（如氫原子）在離子轟擊（如質(zhì)子）作用下發(fā)生濺射、遷移、釋放等現(xiàn)象，導(dǎo)致材料表面成分改變或氣體釋放的效應(yīng)。四、簡(jiǎn)答題1.答：空間輻射對(duì)航天器電子器件的主要危害包括總劑量效應(yīng)（導(dǎo)致器件閾值電壓變化、內(nèi)建電場(chǎng)減弱、增益降低等，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致永久性損傷或邏輯錯(cuò)誤）和位移損傷效應(yīng)（高能粒子轟擊形成缺陷，改變器件晶體管性能，導(dǎo)致器件性能下降或失效）?；緳C(jī)制是高能帶電粒子與半導(dǎo)體材料中的原子發(fā)生碰撞，電離、產(chǎn)生缺陷，改變器件的電學(xué)特性。2.答：再入大氣層過(guò)程中，航天器與大氣摩擦產(chǎn)生極高溫度，熱防護(hù)系統(tǒng)需承擔(dān)關(guān)鍵任務(wù)：①吸收和耗散大部分氣動(dòng)加熱能量，保護(hù)航天器主體結(jié)構(gòu)；②控制航天器表面溫度在允許范圍內(nèi)，防止結(jié)構(gòu)熔化或燒毀；③引導(dǎo)熱流，使熱量平穩(wěn)傳遞或散發(fā)；④部分系統(tǒng)（如可燒蝕材料）通過(guò)材料轉(zhuǎn)化熱能，實(shí)現(xiàn)有效的熱防護(hù)。3.答：①先進(jìn)陶瓷：如碳化硅（SiC），耐高溫、抗氧化、比強(qiáng)度高，用于高溫部件和熱防護(hù)；原理是利用其高熔點(diǎn)和化學(xué)穩(wěn)定性。②碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料：如碳/碳（C/C）復(fù)合材料，超高溫性能優(yōu)異，用于極端熱環(huán)境，原理是碳原子間的強(qiáng)化學(xué)鍵和低密度。③金屬基復(fù)合材料：如鋁基或銅基復(fù)合材料，兼具導(dǎo)熱性和一定強(qiáng)度，用于熱沉或結(jié)構(gòu)部件。應(yīng)用場(chǎng)景涵蓋熱防護(hù)罩、發(fā)動(dòng)機(jī)熱結(jié)構(gòu)、電子器件散熱器等。4.答：材料的真空放氣特性直接影響其在空間真空環(huán)境中的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。真空放氣是指材料中儲(chǔ)存的氣體（揮發(fā)性物質(zhì)）在真空環(huán)境下逐漸釋放出來(lái)。這些釋放的氣體可能：①污染航天器精密光學(xué)表面、電子器件，影響其性能；②形成“放氣羽流”，干擾航天器與目標(biāo)的通信、導(dǎo)航，或與其他航天器發(fā)生碰撞風(fēng)險(xiǎn)；③在電子器件表面形成導(dǎo)電層，導(dǎo)致短路或漏電；因此，低放氣率是空間應(yīng)用材料的基本要求。五、論述題1.答：影響航天器選擇物理防護(hù)材料的主要因素包括：①空間環(huán)境因素：輻射水平、溫度范圍（高溫、低溫、熱循環(huán)）、原子氧濃度、微流星體/空間碎片撞擊風(fēng)險(xiǎn)、真空等。②航天器任務(wù)需求：軌道高度、任務(wù)壽命、承載有效載荷類(lèi)型、再入需求等。③材料性能要求：強(qiáng)度、剛度、密度、熱物理性能（導(dǎo)熱、比熱、熱容、熱膨脹）、輻射防護(hù)性能（對(duì)特定輻射的吸收效率）、抗熱性能（耐高溫、隔熱、燒蝕性）、抗微流星體/原子氧損傷能力、真空環(huán)境適應(yīng)性（低放氣率、穩(wěn)定性）、加工成型性與成本等。針對(duì)不同防護(hù)需求，策略各異：輻射防護(hù)側(cè)重于選擇對(duì)特定輻射有高吸收/散射能力的材料（如氫化物、重金屬屏蔽層）；熱防護(hù)根據(jù)是否再入，選擇耐高溫結(jié)構(gòu)材料或ablative材料；抗微流星體防護(hù)則需考慮材料的韌性、能量吸收能力，常采用多層防護(hù)或泡沫材料。同一次任務(wù)可能需要多種材料協(xié)同工作，實(shí)現(xiàn)綜合防護(hù)。2.答：以空間站艙外活動(dòng)服（EVASuit）為例，其主要面臨的空間環(huán)境挑戰(zhàn)及防護(hù)策略如下：①輻射環(huán)境：太空中高能粒子（宇宙射線、磁層粒子）對(duì)乘員造成生物輻射危害。防護(hù)策略：在宇航服外層使用金屬箔（如鋁箔）或摻雜重元素的聚合物材料進(jìn)行一定程度的輻射屏蔽，同時(shí)宇航員也需遵循嚴(yán)格的輻射劑量限制規(guī)定，任務(wù)規(guī)劃時(shí)避開(kāi)高輻射區(qū)域（如南/北極光區(qū)）。②極端溫度：EVASuit需承受空間極端溫差，從向陽(yáng)面數(shù)百攝氏度高溫到背陽(yáng)面零下上百攝氏度低溫。防護(hù)策略：采用多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，外層防熱/反射太陽(yáng)輻射，中間層保溫，內(nèi)層保持舒適溫度，并利用相變材料或電加熱系統(tǒng)進(jìn)行主動(dòng)溫度調(diào)節(jié)。③微流星體/空間碎片撞擊：高速撞擊可能穿透宇航服，造成傷害。防護(hù)策略：宇航服外層采用高強(qiáng)度、高韌性的非織造復(fù)合材料，并含有微流星體防護(hù)顆粒（Micro-MeteoroidImpactProtectionSystem,MMIPS），通過(guò)材料破碎和能量吸收來(lái)防