2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——太空科學(xué)的未來展望考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述當(dāng)前系外行星探索的主要目標(biāo)和方法，并說明科學(xué)家如何評估一個系外行星是否具有潛在的宜居性。二、對比分析當(dāng)前主流航天器推進(jìn)技術(shù)的原理、優(yōu)缺點及其在深空探測中的應(yīng)用前景。請重點提及至少兩種新興推進(jìn)技術(shù)，并簡述其潛在優(yōu)勢。三、太陽活動對地球空間環(huán)境及人類活動產(chǎn)生顯著影響。請列舉至少三種主要的太陽擾動事件，并分別說明其對衛(wèi)星、通信、電力系統(tǒng)等可能造成的威脅。四、闡述地球空間科學(xué)（GeospaceScience）的重要性。選擇其中一個具體的研究領(lǐng)域（如近地空間環(huán)境、極區(qū)電離層、或空間天氣監(jiān)測預(yù)警），說明其研究內(nèi)容、意義以及面臨的挑戰(zhàn)。五、“空間望遠(yuǎn)鏡”是獲取天體觀測數(shù)據(jù)的重要工具。比較哈勃太空望遠(yuǎn)鏡與詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡在觀測波段、設(shè)計理念、科學(xué)目標(biāo)等方面的主要區(qū)別。并展望下一代空間望遠(yuǎn)鏡可能的技術(shù)突破方向。六、“Artemis計劃”與“中國探月工程”等深空探測任務(wù)都旨在重返月球甚至更遠(yuǎn)深空。請分析推動這些大型深空探測項目實施的主要驅(qū)動力（科學(xué)、技術(shù)、政治、經(jīng)濟等），并指出其中面臨的主要挑戰(zhàn)。七、八、隨著人類活動向太空拓展，太空資源的開發(fā)利用成為新的焦點。請討論太空資源（如月球水冰、小行星礦產(chǎn)資源）開發(fā)利用的主要潛力、面臨的技術(shù)與經(jīng)濟挑戰(zhàn)，以及相關(guān)的國際法律和政策問題。九、國際空間合作在推動大型太空科學(xué)項目方面發(fā)揮著重要作用。請選擇一個具體的國際合作太空科學(xué)項目（如國際空間站ISS、歐洲空間局ESA的多項目等），分析其合作模式、主要科學(xué)目標(biāo)以及合作帶來的益處與潛在挑戰(zhàn)。十、從倫理和社會影響的角度，討論人類進(jìn)行太空探索（包括深空探測和未來太空資源利用）可能帶來的挑戰(zhàn)和需要關(guān)注的問題。試卷答案一、當(dāng)前系外行星探索的主要目標(biāo)包括：發(fā)現(xiàn)系外行星、測定其基本物理參數(shù)（質(zhì)量、半徑、軌道周期、公轉(zhuǎn)半徑）、分析其大氣成分、評估其宜居性潛力。主要方法包括：凌日法（TransitMethod），通過觀測宿主星光變發(fā)現(xiàn)行星并估算其半徑和軌道周期；徑向速度法（RadialVelocityMethod），通過探測恒星周期性紅移和藍(lán)移發(fā)現(xiàn)行星并估算其質(zhì)量；微引力透鏡法（Microlensing）和直接成像法（DirectImaging）等。評估一個系外行星是否具有潛在的宜居性，主要依據(jù)其軌道是否位于“宜居帶”（HabitableZone），即行星表面液態(tài)水可能存在的溫度范圍；同時需要考慮行星的質(zhì)量、半徑、組成、磁場、大氣層狀況等因素，判斷其是否具備維持地表液態(tài)水、允許生命存在的條件。二、當(dāng)前主流航天器推進(jìn)技術(shù)包括化學(xué)火箭推進(jìn)（如液氧煤油、液氧液氫）、電推進(jìn)（如離子推進(jìn)器、霍爾推進(jìn)器）。化學(xué)火箭推進(jìn)原理基于熱力學(xué)定律，通過燃燒燃料產(chǎn)生高速噴流，推力大，適用于發(fā)射階段；但效率相對較低，能量密度有限，且存在環(huán)境污染問題。電推進(jìn)利用高電壓加速離子或等離子體，產(chǎn)生推力；具有比沖高（效率高）、燃料消耗少、可連續(xù)長時間工作等優(yōu)點；但推力小，加速慢，對電源系統(tǒng)要求高，適用于軌道機動、深空探測等任務(wù)。新興推進(jìn)技術(shù)如核熱推進(jìn)，利用核反應(yīng)產(chǎn)生熱能加熱工質(zhì)產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)鈬姵觯哂袠O高的比沖和推力，適合深空載人任務(wù)或快速運輸。脈沖爆震發(fā)動機（PDE）利用爆震波產(chǎn)生推力，理論上可達(dá)到極高的效率。這些新興技術(shù)若能成熟，將顯著提升航天器的性能和任務(wù)能力。三、主要的太陽擾動事件包括：太陽耀斑（SolarFlares），劇烈的太陽磁爆發(fā)，釋放大量高能粒子和電磁輻射，可干擾電離層，導(dǎo)致短波通信中斷；日冕物質(zhì)拋射（CME），太陽大氣高速向外拋射的等離子體云，到達(dá)地球時可引起地磁暴，擾亂衛(wèi)星導(dǎo)航、電力系統(tǒng)，甚至威脅宇航員安全；太陽風(fēng)增強（SolarWindBursts），來自太陽風(fēng)的速度和密度突然增大，會壓縮地球磁層，引發(fā)地磁活動增強，導(dǎo)致極光異常、衛(wèi)星軌道漂移等問題。這些事件通過釋放的帶電粒子、高能輻射和等離子體云，對近地空間環(huán)境造成擾動，影響人類社會的電子信息系統(tǒng)和空間資產(chǎn)安全。四、地球空間科學(xué)是研究地球大氣層頂以上、磁層及太陽風(fēng)與地球相互作用的空間區(qū)域的學(xué)科，對于理解地球系統(tǒng)、保障空間安全、服務(wù)國民經(jīng)濟具有重要意義。選擇近地空間環(huán)境研究：主要研究內(nèi)容包括近地軌道空間碎片環(huán)境、高緯度區(qū)域能量粒子環(huán)境、電離層結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化、磁層頂區(qū)域相互作用等。其意義在于：空間碎片威脅著在軌衛(wèi)星的安全，需要建立監(jiān)測預(yù)警和防護體系；空間環(huán)境變化影響衛(wèi)星通信、導(dǎo)航、測控等應(yīng)用的性能和可靠性；能量粒子輻照損害衛(wèi)星設(shè)備和威脅宇航員健康。面臨的挑戰(zhàn)包括：空間環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)覆蓋不全、對極端事件預(yù)測精度不高、空間天氣效應(yīng)的量化評估和影響評估模型有待完善。五、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡（HST）主要工作在紫外、可見光波段，采用反射式望遠(yuǎn)鏡設(shè)計，以高分辨率成像著稱，運行在地球軌道外（近地軌道），避免了大氣干擾。詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）主要工作在紅外波段，采用復(fù)雜的透反射式望遠(yuǎn)鏡設(shè)計（多鏡面系統(tǒng)），以實現(xiàn)更高的空間和光譜分辨率，用于觀測早期宇宙、系外行星大氣、恒星星云等，運行在拉格朗日L2點（日地拉格朗日點1，距離地球約150萬公里）。主要區(qū)別在于：觀測波段（紫外/可見光vs紅外）、望遠(yuǎn)鏡設(shè)計（單反射式vs復(fù)雜透反射式）、軌道位置（近地vs拉格朗日點）、科學(xué)目標(biāo)側(cè)重（近鄰宇宙高分辨率成像vs早期宇宙和系外行星研究）。下一代空間望遠(yuǎn)鏡可能的技術(shù)突破方向包括：更大口徑以提高分辨率、更先進(jìn)的探測器以提高靈敏度和光譜分辨率、更靈活的姿態(tài)控制、更智能的數(shù)據(jù)處理能力、可能集成多信使觀測（光、紫外、X射線、伽馬射線等）能力。六、推動大型深空探測項目（如Artemis計劃、中國探月工程）實施的主要驅(qū)動力：科學(xué)驅(qū)動，滿足人類探索未知的好奇心，揭示宇宙起源、生命起源等基本科學(xué)問題；技術(shù)驅(qū)動，推動相關(guān)尖端技術(shù)（材料、推進(jìn)、通信、AI等）發(fā)展，并尋求應(yīng)用前景；政治與地緣戰(zhàn)略驅(qū)動，展示國家綜合國力和科技實力，確立在國際太空事務(wù)中的領(lǐng)導(dǎo)地位，爭奪未來太空資源和地緣優(yōu)勢；經(jīng)濟驅(qū)動，探索太空資源的潛在價值，為未來太空經(jīng)濟奠定基礎(chǔ)。面臨的主要挑戰(zhàn)：極高的資金投入和成本風(fēng)險；深空探測的極端環(huán)境（輻射、真空、溫差）對技術(shù)和設(shè)備的嚴(yán)苛要求；漫長復(fù)雜的任務(wù)周期帶來的管理和技術(shù)更新壓力；載人深空探測的安全風(fēng)險；國際合作的協(xié)調(diào)與利益分配問題。七、八、太空資源（如月球水冰、小行星礦產(chǎn)資源）開發(fā)利用的主要潛力：月球水冰可作為未來月球基地的飲用水、呼吸用氧氣和火箭燃料的原料，建立“地月資源循環(huán)經(jīng)濟”；小行星上的富金屬（如鐵、鎳）和稀有元素具有巨大的經(jīng)濟價值，可能成為未來太空工業(yè)的原料來源。面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)：太空資源的在軌探測、采樣、運輸、開采、加工、存儲等環(huán)節(jié)技術(shù)難度大、成本高；缺乏成熟的太空資源開采和利用技術(shù)體系；長期太空作業(yè)的自主化、智能化水平要求高。面臨的經(jīng)濟挑戰(zhàn)：初始投資巨大，投資回報周期長，缺乏成熟的商業(yè)模式和市場機制；地球側(cè)的回收、處理和利用產(chǎn)業(yè)鏈尚未建立。相關(guān)的國際法律和政策問題：圍繞太空資源歸屬（是“人類共同繼承的遺產(chǎn)”還是可私有的財產(chǎn)）、開采活動的責(zé)任與賠償、外層空間物體登記、資源利用的國際合作與競爭等，國際法（如外層空間條約）尚在發(fā)展和完善中，存在諸多不確定性。九、選擇國際空間站（ISS）作為國際合作項目分析：ISS是當(dāng)前規(guī)模最大、參與國家最多（目前有美國、俄羅斯、日本、加拿大、歐洲航天局成員國等）的國際空間合作項目。合作模式主要是框架協(xié)議下的多邊合作，通過份額參與、貢獻(xiàn)投入（資金、硬件、人員、實驗時間等）方式組建多國組成的國際伙伴關(guān)系，共同建設(shè)、運營和利用空間站平臺。主要科學(xué)目標(biāo)包括：微重力流體物理、燃燒科學(xué)、生命科學(xué)（包括對失重和空間輻射影響的研究）、空間科學(xué)（天文觀測、地球觀測）、技術(shù)驗證（如可重復(fù)使用火箭技術(shù)、先進(jìn)生命保障系統(tǒng)等）。合作帶來的益處：匯聚了多國優(yōu)勢資源，降低了單個國家獨立建設(shè)的成本和風(fēng)險，促進(jìn)了跨國科技交流與人才培養(yǎng)，產(chǎn)生了豐富的、惠及全人類的科學(xué)成果，為未來大型空間項目合作提供了經(jīng)驗和模式。潛在挑戰(zhàn)：政治因素對項目持續(xù)性的影響（如美國政府換屆帶來的政策調(diào)整），各國利益訴求不一導(dǎo)致決策效率低下，任務(wù)優(yōu)先級沖突，后勤保障復(fù)雜，項目成本超支嚴(yán)重。十、人類進(jìn)行太空探索可能帶來的倫理和社會影響挑戰(zhàn)：1.安全與風(fēng)險，深空探測和太空活動存在對宇航員生命安全的威脅，以及太空任務(wù)失敗可能帶來的資源浪費和環(huán)境風(fēng)險（如碰撞產(chǎn)生的空間碎片）。2.資源公平與分配，太空資源的開發(fā)利用可能引發(fā)國家間、集團間的利益沖突，如何確保資源利用的公平性和可持續(xù)發(fā)展是一個倫理難題。3.外層空間環(huán)境保護，太空活動產(chǎn)生的碎片污染、發(fā)射工質(zhì)排放、空間設(shè)施退役