2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——星際品質(zhì)生活與太空資源管理考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、人類進(jìn)行深空探測和建立星際定居點(diǎn)的核心驅(qū)動(dòng)力是什么？請結(jié)合生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的角度，闡述維持“星際品質(zhì)生活”所面臨的主要挑戰(zhàn)。二、簡述原位資源利用（ISRU）技術(shù)在太空資源開發(fā)中的重要性。以月球或火星為例，列舉至少三種可利用的太空資源及其潛在的應(yīng)用方向。三、當(dāng)前國際社會(huì)在太空資源管理方面面臨的主要法律和倫理困境有哪些？請選擇其中一個(gè)困境，深入分析其產(chǎn)生的原因及可能帶來的影響。四、設(shè)想一個(gè)未來在近地軌道運(yùn)行的太空工廠，其主要功能是利用小行星資源制造高價(jià)值材料。請簡述該工廠可能需要的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，并說明其在太空環(huán)境中相對于地面工廠的優(yōu)勢。五、長期太空飛行對宇航員的生理和心理健康構(gòu)成顯著威脅。請分別說明輻射暴露和密閉環(huán)境可能導(dǎo)致的主要健康問題，并提出相應(yīng)的應(yīng)對策略。六、“太空交通網(wǎng)絡(luò)”的建設(shè)對于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模太空資源開發(fā)和星際旅行至關(guān)重要。請論述構(gòu)建高效太空交通網(wǎng)絡(luò)需要克服的技術(shù)挑戰(zhàn)和管理問題。七、如果人類開始在月球進(jìn)行商業(yè)性的氦-3開采，你認(rèn)為應(yīng)建立怎樣的國際監(jiān)管機(jī)制來確保資源的公平、可持續(xù)利用，并防止?jié)撛诘臎_突？請闡述你的理由。八、結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平，評估實(shí)現(xiàn)“完全閉環(huán)”的太空生命保障系統(tǒng)的可行性。指出其中最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難點(diǎn)，并探討可能的解決方案。九、人類對太空資源的開發(fā)利用活動(dòng)可能對空間環(huán)境產(chǎn)生哪些負(fù)面影響？請至少列舉三種具體影響，并提出相應(yīng)的減緩措施。十、作為一名《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)的學(xué)生，你認(rèn)為個(gè)人應(yīng)具備哪些核心能力才能在未來投身于“星際品質(zhì)生活”與“太空資源管理”領(lǐng)域？請結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)和社會(huì)需求，談?wù)勀愕目捶?。試卷答案一、人類進(jìn)行深空探測和建立星際定居點(diǎn)的核心驅(qū)動(dòng)力是探索未知、拓展生存空間、獲取戰(zhàn)略資源以及提升人類文明的長期競爭力。維持“星際品質(zhì)生活”面臨的主要挑戰(zhàn)包括：1）生命保障：在真空、強(qiáng)輻射、極端溫度環(huán)境下，如何實(shí)現(xiàn)水、空氣、食物的循環(huán)再生，保證人類基本生存需求；2）生理健康：長期失重或低重力對骨骼、肌肉、心血管系統(tǒng)的影響，以及如何進(jìn)行有效防護(hù)和對抗；3）心理健康：密閉、遠(yuǎn)離地球的環(huán)境可能導(dǎo)致孤獨(dú)感、焦慮等心理問題，需要建立有效的心理支持和社交機(jī)制；4）居住環(huán)境：構(gòu)建穩(wěn)定、舒適、安全的居住艙段，模擬地球環(huán)境以減少生理不適；5）能源供應(yīng)：獲取可靠、持續(xù)的能源是所有生命支持和生活保障系統(tǒng)的基石。二、原位資源利用（ISRU）技術(shù)通過在目的地天體上直接利用當(dāng)?shù)刭Y源來制造所需物質(zhì)或能源，極大地降低了從地球運(yùn)輸物資的成本和風(fēng)險(xiǎn)，對于實(shí)現(xiàn)長期、自給自足的太空探索和定居至關(guān)重要。以月球?yàn)槔?，可利用的太空資源及其潛在應(yīng)用方向有：1）水冰：可用于制造飲用水、呼吸用氧氣、火箭燃料（分解成氫和氧）以及農(nóng)業(yè)種植所需的養(yǎng)分；2）氦-3：一種高效、清潔的核聚變?nèi)剂?，對于未來月球或地球的核聚變能源開發(fā)具有重要價(jià)值；3）硅、鋁、鈦等氧化物：可提取金屬用于建造月球基地的結(jié)構(gòu)材料、工具設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)就地取材、建造；4）regolith（月壤）：可作為建筑材料（經(jīng)過處理后）、輻射屏蔽材料以及植物生長的基質(zhì)。三、當(dāng)前國際社會(huì)在太空資源管理方面面臨的主要法律和倫理困境包括：1）資源所有權(quán)與主權(quán)問題：《外層空間條約》規(guī)定太空及其資源是“屬于全人類的”，但如何界定“使用”是否構(gòu)成“占有”或“所有權(quán)”，以及月球等特定天體是否具有國家主權(quán)屬性，存在爭議；2）資源開采活動(dòng)的環(huán)境損害：太空資源開采可能產(chǎn)生大量太空碎片，污染目的地天體表面，對現(xiàn)有和未來的太空活動(dòng)構(gòu)成威脅，但國際法對此類活動(dòng)的環(huán)境責(zé)任規(guī)定尚不明確；3）經(jīng)濟(jì)競爭與不公平：太空資源開發(fā)具有極高的投入和風(fēng)險(xiǎn)，可能導(dǎo)致國家或私營公司之間形成壟斷，加劇太空領(lǐng)域的經(jīng)濟(jì)不平等，甚至引發(fā)資源沖突；4）倫理挑戰(zhàn)：對其他可能存在生命形式的天體進(jìn)行資源開發(fā)是否道德？如何平衡人類現(xiàn)存的民族主義和商業(yè)利益與全人類的長遠(yuǎn)利益。四、設(shè)想一個(gè)未來在近地軌道運(yùn)行的太空工廠，利用小行星資源制造高價(jià)值材料，其關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)可能包括：1）小行星捕獲與捕獲/軌道維持：使用捕獲器或引力牽引技術(shù)將小行星牽引至近地軌道，并維持其穩(wěn)定軌道；2）資源勘探與識別：利用光譜分析、鉆探等手段精確識別小行星上不同資源（金屬、硅酸鹽、水冰等）的種類、分布和含量；3）資源開采與采樣：根據(jù)勘探結(jié)果，采用機(jī)械臂、鉆探機(jī)、激光燒蝕等技術(shù)獲取目標(biāo)資源樣本；4）原位資源處理與提純：將開采出的粗原料進(jìn)行破碎、熔煉、化學(xué)處理等步驟，提取出高純度的原材料，如金屬錠、高純硅等；5）材料制造：利用提取的原料，通過3D打印、精密鑄造、化學(xué)合成等方法制造出高端復(fù)合材料、半導(dǎo)體晶圓、特殊合金等高價(jià)值產(chǎn)品；6）在軌加工與處理優(yōu)化：需要開發(fā)適應(yīng)太空環(huán)境的加工工藝，并優(yōu)化生產(chǎn)流程以實(shí)現(xiàn)高效、低成本制造；7）產(chǎn)品封裝與運(yùn)輸：將制造好的產(chǎn)品封裝，并通過火箭或空間運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)回地球或送往其他地方。五、長期太空飛行對宇航員的生理和心理健康構(gòu)成顯著威脅。輻射暴露可能導(dǎo)致的主要健康問題包括：1）增加癌癥風(fēng)險(xiǎn)：宇宙射線（特別是高能質(zhì)子與重離子）能損傷細(xì)胞DNA，增加患各種癌癥的概率；2）中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷：可能導(dǎo)致認(rèn)知功能障礙、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)問題甚至影響情緒；3）心血管系統(tǒng)影響：可能加速動(dòng)脈粥樣硬化等；4）造血系統(tǒng)抑制：導(dǎo)致白細(xì)胞減少，增加感染風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)對策略包括：1）利用屏蔽材料：在航天器內(nèi)部使用低原子序數(shù)的材料（如水、聚乙烯）或構(gòu)建厚實(shí)的輻射屏蔽艙段；2）優(yōu)化航天器軌道設(shè)計(jì)：盡量避開高輻射區(qū)域（如南、北輻射帶）；3）個(gè)人劑量監(jiān)測與防護(hù)：實(shí)時(shí)監(jiān)測宇航員受輻射劑量，提供個(gè)人防護(hù)裝備（如特殊宇航服）；4）藥物治療：研究使用能減輕輻射損傷的藥物。密閉環(huán)境可能導(dǎo)致的主要健康問題包括：1）生理適應(yīng)障礙：如骨質(zhì)流失、肌肉萎縮、心血管功能變化、體液重新分布等；2）心理健康問題：如幽閉恐懼、孤獨(dú)感、焦慮、抑郁、睡眠障礙等。應(yīng)對策略包括：1）抗失重訓(xùn)練：利用抗阻鍛煉設(shè)備、人工重力（旋轉(zhuǎn)艙）等減緩生理機(jī)能退化；2）營養(yǎng)與藥物干預(yù)：通過特殊膳食和藥物（如骨吸收抑制劑）輔助防護(hù)；3）心理支持與社交活動(dòng)：提供心理咨詢、組織團(tuán)隊(duì)活動(dòng)、維持與地球的通訊聯(lián)系等，營造積極的心理環(huán)境。六、構(gòu)建高效太空交通網(wǎng)絡(luò)對于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模太空資源開發(fā)和星際旅行至關(guān)重要，需要克服的技術(shù)挑戰(zhàn)和管理問題包括：1）運(yùn)載能力與成本：現(xiàn)有火箭運(yùn)載能力有限，導(dǎo)致發(fā)射成本高昂。需要發(fā)展可重復(fù)使用、大運(yùn)力的運(yùn)載火箭技術(shù)；2）在軌服務(wù)與維護(hù)（ISAM）：提高航天器的可服務(wù)性，實(shí)現(xiàn)火箭級間、航天器之間的在軌組裝、維修、燃料加注，延長航天器壽命，降低一次性發(fā)射需求；3）太空基礎(chǔ)設(shè)施：需要建立軌道燃料加注站、空間倉庫、機(jī)器人維修站等基礎(chǔ)設(shè)施，支持往返于地球、月球、火星等天體之間的運(yùn)輸；4）標(biāo)準(zhǔn)化與互操作性：不同制造商的航天器、載荷、地面設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)接口和協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，以便互聯(lián)互通、協(xié)同工作；5）導(dǎo)航、制導(dǎo)與控制（GNC）：開發(fā)更精確、更智能的自主導(dǎo)航和交會(huì)對接技術(shù)，確保復(fù)雜交通流中的安全運(yùn)行；6）能源供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)：為空間基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)輸工具提供穩(wěn)定、高效的能源，可能需要部署大規(guī)模的太陽能電站或核電源；7）管理問題：涉及國際協(xié)調(diào)與合作、頻譜資源分配、軌道交通管理規(guī)則制定、市場準(zhǔn)入與監(jiān)管、安全與安保保障等復(fù)雜的管理和地緣政治問題。七、如果人類開始在月球進(jìn)行商業(yè)性的氦-3開采，應(yīng)建立如下國際監(jiān)管機(jī)制來確保資源的公平、可持續(xù)利用，并防止?jié)撛诘臎_突：1）建立國際月球資源管理機(jī)構(gòu)：在聯(lián)合國框架下設(shè)立專門機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)制定月球資源開采的規(guī)則、標(biāo)準(zhǔn)、許可證發(fā)放、監(jiān)督執(zhí)行等；2）制定“先到先得”與“按需分配”相結(jié)合的原則：明確資源開采權(quán)與國家歸屬的關(guān)系，同時(shí)規(guī)定開采活動(dòng)需獲得國際機(jī)構(gòu)的許可，并考慮對全人類利益的貢獻(xiàn)；3）強(qiáng)制性的資源登記與報(bào)告制度：開采企業(yè)必須定期向國際機(jī)構(gòu)報(bào)告開采量、資源類型、處理方式等信息，接受透明度監(jiān)督；4）設(shè)定開采總量上限與環(huán)境閾值：為關(guān)鍵資源（如氦-3）或特定區(qū)域設(shè)定可持續(xù)的開采上限，并規(guī)定環(huán)境影響的最低標(biāo)準(zhǔn)，防止過度開采破壞月球生態(tài)（盡管月球無生命生態(tài)，但指物理環(huán)境）；5）設(shè)立爭端解決機(jī)制：建立多邊仲裁或司法程序，處理因資源開采引發(fā)的領(lǐng)土、主權(quán)、經(jīng)濟(jì)利益等糾紛；6）促進(jìn)國際合作與技術(shù)轉(zhuǎn)讓：鼓勵(lì)發(fā)達(dá)國家與發(fā)展中國家、私營企業(yè)之間的合作，分享開采技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，確保資源開發(fā)的紅利惠及更廣泛的人群。八、實(shí)現(xiàn)“完全閉環(huán)”的太空生命保障系統(tǒng)（即物質(zhì)和能量循環(huán)利用率達(dá)到接近100%，不依賴地球補(bǔ)給）在當(dāng)前技術(shù)條件下是極其困難的，但部分環(huán)節(jié)已取得進(jìn)展，整體可行性有待提高。最具挑戰(zhàn)性的技術(shù)難點(diǎn)包括：1）碳循環(huán)：實(shí)現(xiàn)二氧化碳到氧氣和有機(jī)物的高效、可逆轉(zhuǎn)化，并滿足人類對多種有機(jī)物的營養(yǎng)需求，涉及復(fù)雜的生物化學(xué)過程和能量輸入控制；2）氮循環(huán)：將空氣中的氮?dú)廪D(zhuǎn)化為人類可吸收利用的蛋白質(zhì)、氨基酸等含氮有機(jī)物，技術(shù)難度大，效率低；3）水循環(huán)：不僅需要高效去除代謝廢物中的雜質(zhì)，還要實(shí)現(xiàn)水蒸氣的高效冷凝、純化和再生，特別是在有微量雜質(zhì)和輻射污染的情況下；4）廢物處理與資源化：需要將人類排泄物（尿液、糞便）、食物殘?jiān)?、設(shè)備維護(hù)產(chǎn)生的廢棄物等，通過物理、化學(xué)、生物等方法高效分解、無害化處理，并盡可能轉(zhuǎn)化為可用資源（如水、肥料、燃料），處理過程需高度自動(dòng)化和智能化?？赡艿慕鉀Q方案包括：1）強(qiáng)化生物技術(shù)：利用基因工程改造微生物或植物，提高其轉(zhuǎn)化效率和對不良環(huán)境的耐受性；2）開發(fā)新型材料與分離膜技術(shù)：提高物質(zhì)分離和轉(zhuǎn)化的效率與選擇性；3）智能化控制系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)對閉環(huán)系統(tǒng)的精確監(jiān)測和自動(dòng)調(diào)控，優(yōu)化資源循環(huán)效率；4）跨學(xué)科融合：整合化學(xué)、生物學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境工程等多學(xué)科知識，進(jìn)行系統(tǒng)性創(chuàng)新。九、人類對太空資源的開發(fā)利用活動(dòng)可能對空間環(huán)境產(chǎn)生以下負(fù)面影響：1）太空碎片（SpaceDebris）增加：火箭發(fā)射、衛(wèi)星解體、碰撞爆炸、空間活動(dòng)維修等都會(huì)產(chǎn)生大量大小不一的碎片，形成威脅在軌航天器安全的“碎片云”，增加碰撞風(fēng)險(xiǎn)；2）資源開采過程中的污染：開采活動(dòng)（如挖掘、處理、運(yùn)輸）可能產(chǎn)生粉塵、化學(xué)物質(zhì)泄漏，污染目的地天體（如月球表面）的土壤或稀薄大氣層，影響后續(xù)探測或利用；3）改變天體表面地貌：大規(guī)模的資源開采和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（如挖掘坑、建筑群）會(huì)永久性地改變月球、小行星等天體的自然地貌特征；4）潛在生物風(fēng)險(xiǎn)：將地球微生物帶到其他天體可能污染潛在的外星生命環(huán)境，或人類帶回地球可能面臨未知生物威脅（雖然當(dāng)前認(rèn)為月球等環(huán)境極端，但需謹(jǐn)慎）；5）電磁頻譜擁擠與干擾：大量太空活動(dòng)（衛(wèi)星、探測器）對無線電頻譜的需求增加，可能導(dǎo)致頻譜資源緊張、信號干擾，影響通信和導(dǎo)航。十、作為一名《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)的學(xué)生，為了在未來投身于“星際品質(zhì)生活”與“太空資源管理”領(lǐng)域，應(yīng)具備以下核心能力：1）扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)：精通航天器設(shè)計(jì)、推進(jìn)、控制、遙測遙控、衛(wèi)星應(yīng)用、空間物理、空間環(huán)境等核心知識體系；2）跨學(xué)科知識：了解生命科學(xué)（用于生命保障）、材料科學(xué)（用于資源利用和結(jié)構(gòu)）、計(jì)算機(jī)科學(xué)（用于控制與數(shù)據(jù)處理）、經(jīng)濟(jì)學(xué)（用于資源管理）、法學(xué)（用于國際規(guī)則）、社會(huì)學(xué)（用于太空社會(huì)構(gòu)建）等相關(guān)學(xué)科知識；3）創(chuàng)新思維能力：能夠針對復(fù)雜問題提出新穎的解決方案，