2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——宇航員生命保障設(shè)備研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）1.以下哪項不屬于典型的載人航天器生命保障系統(tǒng)的主要功能？A.提供呼吸所需的氧氣并去除二氧化碳B.產(chǎn)生和維持適宜的溫度和壓力環(huán)境C.提供可飲用的水和食物D.負(fù)責(zé)航天器的姿態(tài)控制和軌道維持2.在閉環(huán)大氣再生系統(tǒng)中，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣的核心技術(shù)通常涉及哪種過程？A.光合作用B.化學(xué)分解C.生物過濾D.吸附交換3.宇航員水再生系統(tǒng)（WCLSS）的主要目的是什么？A.將航天器外部水源轉(zhuǎn)化為飲用水B.回收和凈化航天員代謝產(chǎn)生的水分及生活廢水C.為宇航員提供沐浴和清潔用水D.增加水箱的儲水容量4.在太空環(huán)境中，維持適宜溫度主要面臨的挑戰(zhàn)是什么？A.缺乏大氣對流B.太陽輻射和地球反射輻射的熱量變化劇烈C.宇航服的熱導(dǎo)率極低D.以上所有5.以下哪種技術(shù)通常用于減少航天器內(nèi)部產(chǎn)生的廢熱？A.熱管散熱B.直接排放到空間C.增強內(nèi)部空氣對流D.使用隔熱材料完全阻止熱量產(chǎn)生6.宇航員艙內(nèi)壓力通常維持在接近地球海平面的標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，這是為了什么？A.方便宇航員進行艙外活動B.滿足生命活動的生理需求C.防止艙內(nèi)氧氣泄漏D.減少艙體結(jié)構(gòu)設(shè)計壓力7.載人航天器輻射防護的主要目的是什么？A.防止電磁干擾B.減少紫外線照射C.抑制宇航員體內(nèi)微生物生長D.抑制宇航員細(xì)胞衰變，保護其免受空間輻射（如GCR、SPE）的傷害8.以下哪種食物保障方式在長期載人航天任務(wù)中最為可持續(xù)？A.完全依賴地面運送新鮮食品B.僅攜帶罐頭和脫水食品C.在軌利用植物生長系統(tǒng)生產(chǎn)部分食物D.使用化學(xué)合成方法現(xiàn)場制備食物9.生命保障系統(tǒng)（ECLSS）中的“備份系統(tǒng)”最關(guān)鍵的作用是什么？A.提供娛樂和通訊功能B.在主系統(tǒng)發(fā)生故障時提供必要的生命支持C.負(fù)責(zé)航天器的導(dǎo)航和定位D.自動調(diào)節(jié)艙內(nèi)溫度10.未來深空探測任務(wù)對生命保障系統(tǒng)提出了哪些新要求？（多選，請將正確選項的字母填在括號內(nèi)）A.更高的閉合度（更高再生率）B.更長的可靠性壽命C.更低的維護需求D.更強的輻射防護能力E.以上所有二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在橫線上）1.宇航員生命保障系統(tǒng)通常被簡稱為______系統(tǒng)。2.大氣再生系統(tǒng)中，常用的物理吸附法去除水分的吸附劑是______。3.水再生系統(tǒng)通常能將______%以上的廢水轉(zhuǎn)化為可飲用的再生水。4.維持航天器內(nèi)部環(huán)境溫度通常采用主動式和被動式______相結(jié)合的方式。5.為了防止宇航服或艙內(nèi)空氣在減壓時發(fā)生______現(xiàn)象，需要精確控制減壓過程。6.宇航員艙內(nèi)的氧氣通常通過______或電解水等方法補充。7.輻射防護的主要手段包括航天器結(jié)構(gòu)屏蔽、吸收材料防護以及宇航員______。8.長期太空飛行會導(dǎo)致宇航員肌肉萎縮和骨質(zhì)流失，生命保障系統(tǒng)中的______環(huán)境對維持人體生理功能至關(guān)重要。9.閉環(huán)生命保障系統(tǒng)的主要優(yōu)勢在于可以最大限度地______航天器所攜帶的物資。10.隨著任務(wù)持續(xù)時間延長和任務(wù)距離地球越來越遠(yuǎn)，對生命保障系統(tǒng)的______和______性能提出了更高要求。三、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.閉環(huán)生命保障系統(tǒng)(Closed-loopLifeSupportSystem)2.水再生系統(tǒng)(WaterRecoverySystem)3.艙內(nèi)環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)(EnvironmentalControlandLifeSupportSystem,ECLSS)4.輕質(zhì)高能推進劑(LightweightHigh-energyPropellant)5.重現(xiàn)性(Replicability)四、簡答題（每小題5分，共20分）1.簡述大氣再生系統(tǒng)中去除二氧化碳的兩種主要技術(shù)原理。2.簡述宇航員水再生系統(tǒng)的主要組成部分及其功能。3.為什么長期太空飛行需要特殊的輻射防護措施？4.簡述宇航員艙內(nèi)溫度控制的主要方法及其面臨的挑戰(zhàn)。五、綜合應(yīng)用題（每小題10分，共20分）1.假設(shè)一個未來載人火星任務(wù)，需要設(shè)計一個具備較高閉合度的生命保障系統(tǒng)。請簡述該系統(tǒng)在設(shè)計和運行上需要重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，并列舉至少三種提高系統(tǒng)閉合度的具體技術(shù)方案。2.分析比較閉環(huán)生命保障系統(tǒng)與開環(huán)生命保障系統(tǒng)在資源消耗、任務(wù)持續(xù)時間、技術(shù)復(fù)雜度和對地依賴性等方面的主要區(qū)別。試卷答案一、選擇題1.D2.B3.B4.D5.A6.B7.D8.C9.B10.E二、填空題1.生命保障2.活性炭3.904.制冷5.膨脹6.氣瓶充裝7.個人防護服8.壓力9.減少或節(jié)省10.可靠性、密閉性三、名詞解釋1.閉環(huán)生命保障系統(tǒng)：指能夠?qū)⒂詈絾T呼出的二氧化碳、消耗掉的部分氧氣以及廢水等代謝產(chǎn)物進行回收、凈化和再利用，從而最大限度地減少對地球補給依賴的生命保障系統(tǒng)。2.水再生系統(tǒng)：指能夠?qū)⒑教炱鲀?nèi)部產(chǎn)生的廢水（如尿液、汗液、洗漱水等）以及部分二氧化碳與水反應(yīng)生成的水分進行回收、凈化，使其達(dá)到飲用水或生活用水標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)和設(shè)備系統(tǒng)。3.艙內(nèi)環(huán)境控制與生命保障系統(tǒng)：指保障航天器乘員生存和工作所必需的空氣環(huán)境（氧氣、二氧化碳、壓力、溫度、濕度、顆粒物等）和水的供應(yīng)、回收、處理和控制的綜合系統(tǒng)。4.輕質(zhì)高能推進劑：指單位質(zhì)量能夠釋放出較高能量的推進劑，其密度相對較低。在載人航天中，其應(yīng)用可以減輕航天器發(fā)射質(zhì)量，提高有效載荷能力。5.重現(xiàn)性：指在軌運行的航天器生命保障系統(tǒng)及其關(guān)鍵部件，能夠在其設(shè)計壽命內(nèi)穩(wěn)定、可靠地執(zhí)行預(yù)定功能，并且其性能能夠保持或恢復(fù)到初始設(shè)計指標(biāo)的能力。四、簡答題1.簡述大氣再生系統(tǒng)中去除二氧化碳的兩種主要技術(shù)原理。解析思路：大氣再生系統(tǒng)核心是維持艙內(nèi)氣體成分平衡，其中CO2是主要污染物。主要去除技術(shù)為物理吸附法和化學(xué)吸收法。答：物理吸附法利用活性炭等吸附劑的多孔結(jié)構(gòu)，通過壓力變化或溫度變化使吸附劑選擇性地吸附空氣中的CO2分子。化學(xué)吸收法則是利用特定的化學(xué)吸收劑（如氫氧化鋰、甲醇鈉溶液等），與CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不揮發(fā)或易處理的化合物，從而將CO2從空氣中分離去除。2.簡述宇航員水再生系統(tǒng)的主要組成部分及其功能。解析思路：WCLSS的目標(biāo)是回收和凈化廢水，需要包含多個處理單元。答：主要組成部分及其功能包括：①收集單元，負(fù)責(zé)收集各種來源的廢水；②預(yù)處理單元，去除廢水中的固體顆粒、浮游物等大顆粒雜質(zhì)；③主處理單元，利用物理（蒸餾、結(jié)晶）或化學(xué)（離子交換、催化氧化）等方法去除水中的溶解性污染物，如尿素、氨、代謝廢物等；④后處理單元，進一步凈化處理水，去除殘余污染物和異味，達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)；⑤儲存單元，儲存凈化后的飲用水。3.為什么長期太空飛行需要特殊的輻射防護措施？解析思路：強調(diào)太空環(huán)境的特殊性（高能粒子、高劑量率）以及輻射對人體健康的危害。答：長期太空飛行，宇航員會暴露在宇宙輻射（如銀河宇宙射線GCR和高能太陽粒子事件SPE）中，這些輻射包含高能帶電粒子，能夠穿透航天器結(jié)構(gòu)并直接作用于人體細(xì)胞，可能引起輻射損傷，如細(xì)胞死亡、基因突變，增加患癌癥風(fēng)險，并可能影響中樞神經(jīng)系統(tǒng)和免疫功能。因此需要特殊的防護措施來降低宇航員的受照劑量。4.簡述宇航員艙內(nèi)溫度控制的主要方法及其面臨的挑戰(zhàn)。解析思路：溫度控制需兼顧加熱和制冷，方法多樣，挑戰(zhàn)在于空間環(huán)境的特殊性（真空、溫差大）。答：主要方法包括：①被動式控制，利用隔熱材料減少熱量交換，利用熱管等高效傳熱器件將熱量從熱源傳導(dǎo)到冷源；②主動式控制，利用制冷機（如蒸汽壓縮循環(huán)、吸收式制冷）進行熱量搬運，以及電加熱器進行加熱。面臨的挑戰(zhàn)主要是缺乏大氣對流，導(dǎo)致傳熱方式單一（輻射、傳導(dǎo)），且熱負(fù)荷來源多樣（太陽輻射、宇航員代謝、設(shè)備發(fā)熱），需要精確控制以維持舒適且安全的溫度范圍。五、綜合應(yīng)用題1.假設(shè)一個未來載人火星任務(wù)，需要設(shè)計一個具備較高閉合度的生命保障系統(tǒng)。請簡述該系統(tǒng)在設(shè)計和運行上需要重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)，并列舉至少三種提高系統(tǒng)閉合度的具體技術(shù)方案。解析思路：高閉合度意味著資源回收利用率要高。挑戰(zhàn)在于技術(shù)難度和系統(tǒng)復(fù)雜性。方案需圍繞水、空氣、廢物等資源回收。答：關(guān)鍵技術(shù)挑戰(zhàn)包括：①提高水回收效率，需要處理多種來源的廢水并達(dá)到極高的凈化標(biāo)準(zhǔn)；②提高大氣再生效率，特別是CO2轉(zhuǎn)化為O2的效率、O2的補充以及微量污染物的去除；③增強系統(tǒng)的可靠性和冗余度，以確保在火星惡劣環(huán)境下的長期穩(wěn)定運行；④減少系統(tǒng)對地球補給的依賴，實現(xiàn)任務(wù)的可持續(xù)性。提高系統(tǒng)閉合度的技術(shù)方案：①開發(fā)更高效的水再生技術(shù)，如能夠處理尿液、汗液、空氣冷凝水等多種水源的多效蒸餾或先進膜分離系統(tǒng)，提高水的總回收率至95%以上；②采用更先進的閉環(huán)大氣再生技術(shù)，如基于固體氧化物電化學(xué)裝置（SOEC）的CO2分解制氧技術(shù)，或提高化學(xué)吸附法CO2去除和釋放循環(huán)效率的技術(shù)；③實現(xiàn)廢物資源化利用，如將宇航員排泄物和食物殘渣進行高溫堆肥或厭氧消化，轉(zhuǎn)化為可用作植物生長基質(zhì)或產(chǎn)生甲烷燃料的原料。2.分析比較閉環(huán)生命保障系統(tǒng)與開環(huán)生命保障系統(tǒng)在資源消耗、任務(wù)持續(xù)時間、技術(shù)復(fù)雜度和對地依賴性等方面的主要區(qū)別。解析思路：對比兩類系統(tǒng)的核心差異在于是否回收利用資源。圍繞資源、時間、技術(shù)、依賴性四個維度展開。答：主要區(qū)別在于：①資源消耗：開環(huán)系統(tǒng)消耗地球攜帶的大量水、食物和氧氣，不回收；閉環(huán)系統(tǒng)最大限度地回收和再利用水、空氣和廢物，顯著減