2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——小行星挖掘與礦產(chǎn)提煉技術(shù)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)字母填在題干后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種類型的小行星被認(rèn)為富含水冰的可能性最高？A.S型小行星B.M型小行星C.C型小行星D.E型小行星2.在小行星挖掘中，采用機(jī)械臂進(jìn)行原位資源利用（ISRU）的主要優(yōu)勢(shì)之一是？A.挖掘速度快B.對(duì)小行星表面地質(zhì)結(jié)構(gòu)要求低C.能有效處理松散的土壤狀物質(zhì)D.能直接獲得高純度的金屬礦產(chǎn)3.對(duì)于富含鐵鎳金屬的小行星（M型），以下哪種提煉方法利用了其強(qiáng)磁性的特點(diǎn)？A.熱解法B.溶劑萃取法C.磁選法D.電解熔煉法4.在設(shè)計(jì)小行星礦產(chǎn)提煉系統(tǒng)時(shí)，需要重點(diǎn)考慮的因素不包括？A.微重力環(huán)境對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響B(tài).真空環(huán)境對(duì)化學(xué)反應(yīng)的影響C.小行星表面的強(qiáng)輻射環(huán)境D.地球上的市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)5.下列哪項(xiàng)技術(shù)通常不用于小行星礦產(chǎn)的物理分離，而更偏向于化學(xué)分離？A.磁選B.浮選C.過濾D.重力分離6.所謂“天基ISRU”（In-SituResourceUtilization）的主要含義是？A.在地球軌道上利用開采出的資源B.在小行星上利用本地資源制造工具C.在地球利用小行星資源返回的產(chǎn)品D.在地月空間利用小行星資源制造推進(jìn)劑等7.小行星挖掘過程中，選擇合適的挖掘深度和位置需要考慮的主要因素是？A.挖掘設(shè)備的功率B.小行星的旋轉(zhuǎn)周期C.目標(biāo)資源的分布和富集程度D.挖掘過程中的塵土飛揚(yáng)量8.為了減少小行星礦產(chǎn)提煉過程中的能量消耗，可以采取的策略之一是？A.提高操作溫度B.增加提煉次數(shù)C.采用低溫蒸餾或結(jié)晶法D.使用高功率密度設(shè)備9.將小行星礦產(chǎn)提煉出的水冰進(jìn)行氣化處理，其主要目的是？A.提高水冰的純度B.用于冷卻提煉設(shè)備C.制造火箭推進(jìn)劑（如氫氧）或呼吸用氧氣D.作為生活用水直接儲(chǔ)存10.國(guó)際上對(duì)于小行星資源開發(fā)利用的主要挑戰(zhàn)之一是？A.資源評(píng)估技術(shù)尚不成熟B.挖掘開采成本過高C.缺乏統(tǒng)一的國(guó)際法規(guī)和協(xié)調(diào)機(jī)制D.提煉出的礦產(chǎn)難以運(yùn)回地球二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題橫線上）1.小行星資源的主要類型包括金屬礦產(chǎn)、______、______以及氦-3等。2.常用的機(jī)械臂挖掘方式有______挖掘和______挖掘兩種基本類型。3.磁選法主要適用于提煉富含______、______等磁性金屬元素的小行星礦產(chǎn)。4.熱吹挖（ThermalBlasting）技術(shù)利用高溫氣體或等離子體______或______目標(biāo)區(qū)域，從而剝離或熔化礦產(chǎn)。5.小行星礦產(chǎn)提煉過程中的能量管理需要考慮______的回收利用，以提高整體能源效率。6.為了減少小行星挖掘和提煉活動(dòng)對(duì)太空環(huán)境的污染，需要采取______和______等措施。7.原位資源利用（ISRU）技術(shù)在小行星探測(cè)任務(wù)中的主要意義在于______和______。8.評(píng)估小行星礦產(chǎn)資源的經(jīng)濟(jì)可行性需要綜合考慮______、______、______等多個(gè)因素。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述利用撞擊法在小行星上挖掘資源的基本原理及其優(yōu)缺點(diǎn)。2.簡(jiǎn)要說明水冰從小行星上提煉出來后，可以用于制造哪些重要的空間物資？3.與傳統(tǒng)地球采礦相比，小行星礦產(chǎn)開采面臨哪些獨(dú)特的挑戰(zhàn)？4.解釋什么是“天基ISRU”，并列舉至少三種天基ISRU的應(yīng)用場(chǎng)景。四、論述題（每題10分，共30分）1.論述影響小行星礦產(chǎn)提煉技術(shù)選擇的主要因素。2.詳細(xì)論述小行星礦產(chǎn)提煉過程中，如何進(jìn)行有效的資源回收與能量管理。3.結(jié)合當(dāng)前技術(shù)發(fā)展，探討實(shí)現(xiàn)小行星資源商業(yè)化利用可能面臨的主要障礙及潛在的解決方案。---試卷答案一、選擇題1.C2.C3.C4.D5.B6.B7.C8.C9.C10.B二、填空題1.水冰礦物質(zhì)（或硅酸鹽）2.機(jī)械切割穿孔（或沖擊）3.鐵鎳4.蒸發(fā)熔化5.廢熱（或廢氣/排放物）6.粉塵控制（或污染控制）環(huán)境保護(hù)7.減少補(bǔ)給需求（或補(bǔ)給成本）在軌制造（或推進(jìn)劑生產(chǎn)/建筑材料）8.資源豐度（或含量）挖掘開采成本提煉技術(shù)難度（或效率）三、簡(jiǎn)答題1.原理：利用高能撞擊器（或小型航天器）以高速撞擊小行星表面預(yù)定區(qū)域，強(qiáng)大的沖擊波和熱量能夠破壞巖石結(jié)構(gòu)，使表層物質(zhì)松動(dòng)、飛濺或產(chǎn)生熔融物，從而達(dá)到挖掘或原位加工資源的目的。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，可能適用于松散表面或?qū)Y(jié)構(gòu)完整性要求不高的開采。缺點(diǎn)：挖掘精度低，可能產(chǎn)生大量不需要的碎片和塵土，對(duì)周圍環(huán)境造成較大擾動(dòng)，難以控制挖掘深度和產(chǎn)物的純凈度。2.用途：提煉出的水冰可用于制造火箭推進(jìn)劑（如液氧和液氫，或與其他燃料混合）、航天器和生活用的飲用水、呼吸用的氧氣、農(nóng)業(yè)種植所需的灌溉水、以及用于設(shè)備冷卻和調(diào)節(jié)航天器姿態(tài)的工質(zhì)等。3.挑戰(zhàn)：（1）小行星環(huán)境惡劣（真空、強(qiáng)輻射、微重力、溫差大），對(duì)設(shè)備和操作提出特殊要求；（2）小行星地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜且不明確，增加了資源勘探和開采設(shè)計(jì)的難度；（3）挖掘、運(yùn)輸、提煉等環(huán)節(jié)的技術(shù)成熟度和可靠性有待提高；（4）整體成本高昂，經(jīng)濟(jì)可行性面臨巨大挑戰(zhàn)；（5）缺乏成熟的國(guó)際法規(guī)和商業(yè)模式。4.定義：天基ISRU是指利用在太空（主要是小行星或月球等）現(xiàn)場(chǎng)的資源，通過在軌加工或制造，來支持空間探測(cè)任務(wù)或太空活動(dòng)本身的技術(shù)。應(yīng)用場(chǎng)景：（1）制造火箭推進(jìn)劑，用于任務(wù)軌道機(jī)動(dòng)或改變?nèi)蝿?wù)目的地；（2）生產(chǎn)建筑材料或工具，用于建造空間站、基地或作為衛(wèi)星部件；（3）提煉飲用水、氧氣等生命保障物資，減少對(duì)地球補(bǔ)給的依賴；（4）生產(chǎn)科學(xué)儀器或?qū)嶒?yàn)所需的特殊材料。四、論述題1.影響因素論述：（1）小行星類型與資源特性：不同類型的小行星（S型富金屬、C型富水冰、M型富金屬等）其礦物組成、結(jié)構(gòu)、密度差異巨大，直接影響提煉方法的選擇。例如，磁選適用于M型小行星，而水冰提取則針對(duì)C型小行星。資源的賦存狀態(tài)（是金屬塊、散狀礦砂還是基質(zhì)中的元素）也至關(guān)重要。（2）礦產(chǎn)純度要求：最終產(chǎn)品的純度要求（例如，用于制造電子元件的金屬純度極高，而用于制造結(jié)構(gòu)件的純度要求相對(duì)較低）決定了提煉工藝的復(fù)雜程度。高純度要求通常意味著需要更復(fù)雜、成本更高的化學(xué)或物理分離步驟。（3）可利用能源：小行星環(huán)境（如太陽能、放射性同位素?zé)嵩矗Q定了提煉系統(tǒng)能夠獲得的能源類型和功率水平，這是選擇能耗高低不同的提煉技術(shù)（如電解vs.磁選）的關(guān)鍵考量。（4）系統(tǒng)規(guī)模與重量限制：航天器或空間站所能攜帶的設(shè)備重量和體積是嚴(yán)格限制因素，要求提煉系統(tǒng)必須緊湊、高效、輕量化，可能需要多級(jí)分離或連續(xù)流程。（5）技術(shù)成熟度與風(fēng)險(xiǎn)：已驗(yàn)證的、成熟的技術(shù)通常優(yōu)先選用，以降低任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于前沿技術(shù)，需要評(píng)估其可靠性、操作復(fù)雜度和潛在的故障模式。（6）環(huán)境影響與法規(guī)約束：提煉過程產(chǎn)生的廢料、排放物可能污染小行星或太空環(huán)境，選擇技術(shù)時(shí)需考慮環(huán)境影響，并遵守可能的國(guó)際空間資源利用法規(guī)。（7）經(jīng)濟(jì)成本效益：提煉技術(shù)的成本（設(shè)備研制、運(yùn)行能耗、操作人力等）必須與預(yù)期的資源價(jià)值相匹配，進(jìn)行綜合的經(jīng)濟(jì)可行性分析。2.資源回收與能量管理論述：資源回收：（1）多級(jí)分離與精煉：采用物理方法（如磁選、離心、浮選）和化學(xué)方法（如溶劑萃取、沉淀、電解）的組合，逐步去除雜質(zhì)，提高目標(biāo)礦產(chǎn)的純度，并將不同組分分離回收。（2）副產(chǎn)品利用：提煉過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，如硅酸鹽基質(zhì)、其他金屬或非金屬元素，如果能找到應(yīng)用價(jià)值（如制造陶瓷、復(fù)合材料、建筑材料等），應(yīng)盡可能加以利用，變廢為寶。（3）循環(huán)工藝：設(shè)計(jì)閉環(huán)或半閉環(huán)的提煉流程，將反應(yīng)生成物或分離出的廢料進(jìn)行再生處理，重新引入流程或作為其他工序的輸入，最大限度減少資源浪費(fèi)。能量管理：（1）高效能源采集與轉(zhuǎn)換：優(yōu)先利用小行星表面的太陽能電池板，或利用放射性同位素?zé)嵩窗l(fā)電，并進(jìn)行高效的能量轉(zhuǎn)換。（2）能量梯級(jí)利用：將高品位能源（如電能）用于高耗能環(huán)節(jié)（如電解），將低品位能源（如廢熱、低溫排氣）用于加熱、蒸餾或驅(qū)動(dòng)輔助設(shè)備，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用。（3）余熱回收與再利用：提煉過程中的反應(yīng)熱、設(shè)備散熱等廢熱，通過熱交換器等裝置進(jìn)行回收，用于預(yù)熱原料、提供生活熱能或驅(qū)動(dòng)熱力發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電力。（4）優(yōu)化工藝參數(shù)：通過精確控制提煉過程中的溫度、壓力、流速等參數(shù)，在保證效率的前提下，盡量降低能耗。（5）考慮能量?jī)?chǔ)存：配備能量?jī)?chǔ)存裝置（如蓄電池），以應(yīng)對(duì)能源供應(yīng)的間歇性或不穩(wěn)定性，保證提煉活動(dòng)的連續(xù)性。3.商業(yè)化利用障礙與解決方案探討：主要障礙：（1）高昂的初始投資與風(fēng)險(xiǎn)：小行星探測(cè)、接近、捕獲、挖掘、提煉、運(yùn)輸?shù)雀鱾€(gè)環(huán)節(jié)的技術(shù)難度大，需要巨大的資金投入，且每個(gè)環(huán)節(jié)都伴隨著技術(shù)和操作風(fēng)險(xiǎn)。（2）技術(shù)成熟度不足：許多關(guān)鍵技術(shù)（如高效低成本的開采、高純度提煉、資源在軌制造）仍處于概念或試驗(yàn)階段，距離大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用還有距離。（3）缺乏成熟的商業(yè)模式與產(chǎn)業(yè)鏈：小行星資源利用尚無成熟的商業(yè)模式，從資源勘探、開采、提煉到產(chǎn)品銷售、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的產(chǎn)業(yè)鏈尚未建立。（4）地緣政治與國(guó)際法規(guī)的不確定性：關(guān)于小行星資源歸屬、開采權(quán)、外空活動(dòng)責(zé)任與賠償?shù)确矫娴膰?guó)際法規(guī)尚在制定和完善中，存在一定的不確定性。（5）地球接收與運(yùn)輸成本：將提煉出的高價(jià)值資源（如稀土、特殊金屬）安全、經(jīng)濟(jì)地運(yùn)回地球，本身就是一項(xiàng)巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)和成本負(fù)擔(dān)。潛在解決方案：（1）加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)與驗(yàn)證：通過更密集的試驗(yàn)、仿真和概念驗(yàn)證任務(wù)，加速關(guān)鍵技術(shù)的成熟和可靠性提升，降低應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。（2）推動(dòng)公私合作（PPP）：鼓勵(lì)政府、大型企業(yè)、中小型科技公司甚至風(fēng)險(xiǎn)投資共同參與，分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，集聚資源，建立早期市場(chǎng)和基礎(chǔ)設(shè)施。（3）制定清晰的法規(guī)框架：加快國(guó)際空間資源利用法律體