2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——火箭推進(jìn)系統(tǒng)燃料分析考試時(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)的字母填在題后的括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種推進(jìn)劑屬于固相推進(jìn)劑？(A)液氧/液氫(B)液氧/煤油(C)四氧化二氮/偏二甲肼(D)黑火藥2.火箭推進(jìn)系統(tǒng)中，衡量單位質(zhì)量推進(jìn)劑所能產(chǎn)生的推力（或有效功）的指標(biāo)是：(A)燃料密度(B)比沖(C)熱值(D)燃燒速率3.對(duì)于需要長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)變推力的航天任務(wù)，通常優(yōu)先考慮使用哪種推進(jìn)系統(tǒng)？(A)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(B)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(C)氣體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(D)電火箭發(fā)動(dòng)機(jī)4.液氧（LOX）作為火箭推進(jìn)劑氧化劑，其最主要的缺點(diǎn)是：(A)熱值高(B)密度小(C)在常溫常壓下為氣體，需液化儲(chǔ)存，吸熱大(D)燃燒產(chǎn)物無(wú)毒5.在固體火箭推進(jìn)劑中，高氯酸銨（AP）主要起到的作用是：(A)燃料組分，提供碳?xì)湓?B)氧化劑組分(C)黏合劑，增強(qiáng)藥柱結(jié)構(gòu)(D)催化劑，提高燃燒速率6.與化學(xué)推進(jìn)相比，電推進(jìn)系統(tǒng)的主要能量來(lái)源是：(A)化學(xué)能(B)電能(C)熱能(D)核能7.下列哪種推進(jìn)劑組合被認(rèn)為具有較高的比沖和良好的性能，但成本相對(duì)較高且儲(chǔ)存在低溫下？(A)液氧/煤油(B)液氧/液氫(C)四氧化二氮/偏二甲肼(D)固體燃料/氧化劑8.火箭推進(jìn)劑毒性較大時(shí)，對(duì)其儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)闹饕踩魬?zhàn)是：(A)易燃易爆(B)熱穩(wěn)定性差(C)可能對(duì)人體健康和環(huán)境造成危害(D)密度過(guò)高9.影響固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室壓力的是：(A)推進(jìn)劑密度(B)推進(jìn)劑燃燒速率(C)推進(jìn)劑熱值(D)燃燒室面積10.氫化鋁（如AlH3）作為潛在的未來(lái)火箭推進(jìn)劑，其主要優(yōu)勢(shì)之一是：(A)儲(chǔ)存穩(wěn)定性好(B)燃燒產(chǎn)物對(duì)環(huán)境幾乎無(wú)污染(C)熱值較低(D)易于與常用氧化劑混合二、填空題（每空2分，共20分。請(qǐng)將答案填在題中的橫線上）1.火箭推進(jìn)劑根據(jù)物理狀態(tài)可分為_(kāi)_______推進(jìn)劑、________推進(jìn)劑和________推進(jìn)劑。2.衡量推進(jìn)劑能量大小的關(guān)鍵參數(shù)是________和________。3.固體火箭推進(jìn)劑中，金屬粉末（如鋁粉）通常作為_(kāi)_______組分，以增加燃燒室的________。4.液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)中，氧化劑和燃料在________內(nèi)混合燃燒產(chǎn)生推力。5.選擇火箭推進(jìn)劑時(shí)，除了考慮比沖外，還需綜合考慮________、________、安全性及成本等因素。6.電推進(jìn)系統(tǒng)通過(guò)將________轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______來(lái)產(chǎn)生推力，其特點(diǎn)是比沖高但推力小。7.某種推進(jìn)劑的比沖為300秒，表示其產(chǎn)生的推力與推進(jìn)劑質(zhì)量流率之比為_(kāi)_______N·s/kg。8.為了降低毒性并減少環(huán)境污染，發(fā)展________推進(jìn)劑是未來(lái)空間推進(jìn)技術(shù)的重要方向。9.固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒過(guò)程通常具有________特性，即燃燒速率受壓力影響較大。10.液氫作為火箭燃料，其主要優(yōu)點(diǎn)是________高，但缺點(diǎn)是________低。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共15分。請(qǐng)簡(jiǎn)要回答下列問(wèn)題）1.簡(jiǎn)述液體火箭推進(jìn)劑與固體火箭推進(jìn)劑在主要性能和應(yīng)用上的主要區(qū)別。2.為什么液氧（LOX）與液氫（LH2）組合雖然性能優(yōu)異，但在實(shí)際應(yīng)用中受到一定限制？3.簡(jiǎn)述火箭推進(jìn)劑儲(chǔ)存需要考慮的主要安全因素。四、計(jì)算題（6分。請(qǐng)列出計(jì)算步驟并給出最終結(jié)果）已知某航天器需要變推力進(jìn)行軌道機(jī)動(dòng)，選用了一種液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)使用液氧和甲烷作為推進(jìn)劑。若發(fā)動(dòng)機(jī)在特定工況下，每秒消耗液氧100kg，產(chǎn)生推力200kN。試計(jì)算該工況下該發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖。（假設(shè)燃燒產(chǎn)物排氣速度為3000m/s，忽略重力影響）五、論述題（13分。請(qǐng)圍繞題目要求進(jìn)行深入分析和闡述）當(dāng)前空間探索任務(wù)對(duì)火箭推進(jìn)系統(tǒng)提出了更高的要求，如需要更大比沖、更高效率、更靈活的推力調(diào)節(jié)能力以及更環(huán)保的推進(jìn)劑。結(jié)合你對(duì)火箭推進(jìn)系統(tǒng)燃料/推進(jìn)劑知識(shí)的理解，論述新型推進(jìn)技術(shù)（如高能推進(jìn)劑、環(huán)保型固推、電推進(jìn)、核推進(jìn)等）在滿足這些未來(lái)需求方面各自的優(yōu)勢(shì)、挑戰(zhàn)以及可能的應(yīng)用前景。試卷答案一、選擇題1.(D)2.(B)3.(A)4.(C)5.(B)6.(B)7.(B)8.(C)9.(B)10.(B)二、填空題1.固相，液相，氣相2.熱值，比沖3.燃料，推力4.燃燒室5.任務(wù)需求，結(jié)構(gòu)重量6.電能，動(dòng)能（或推力）7.3008.綠色，環(huán)保9.指數(shù)10.熱值，密度三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：對(duì)比兩類推進(jìn)劑的基本特性。*液體推進(jìn)劑：混合燃燒，推力可控性好，可實(shí)現(xiàn)變推力，比沖相對(duì)較高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，儲(chǔ)存在低溫或高壓下，準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)。*固體推進(jìn)劑：預(yù)混成型，推力固定或調(diào)節(jié)范圍小，比沖相對(duì)較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)備時(shí)間短，可長(zhǎng)期儲(chǔ)存，燃燒過(guò)程難精確控制。2.解析思路：分析液氫和液氧組合的優(yōu)缺點(diǎn)。*優(yōu)點(diǎn)：熱值非常高，比沖高，燃燒產(chǎn)物主要是水蒸氣，相對(duì)環(huán)保。*缺點(diǎn)：液氫沸點(diǎn)極低（-253℃），需要復(fù)雜的低溫絕熱系統(tǒng)儲(chǔ)存和輸送；液氫密度小，需要龐大的儲(chǔ)箱；氫氣易燃易爆，安全性要求高；氫氧組合在點(diǎn)燃后難以熄滅。3.解析思路：列舉儲(chǔ)存推進(jìn)劑的主要風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。*毒性：對(duì)人員健康造成危害，需特殊防護(hù)。*易燃易爆：遇火源、撞擊、靜電等可能引發(fā)燃燒爆炸。*氧化性：如液氧，具有強(qiáng)氧化性，能與多種物質(zhì)反應(yīng)。*低溫/高壓：需要特殊儲(chǔ)存條件，設(shè)備需能承受。*化學(xué)活性：某些推進(jìn)劑可能發(fā)生分解或自燃。*泄漏：可能造成環(huán)境污染或引發(fā)安全事故。四、計(jì)算題計(jì)算步驟：1.根據(jù)推力公式T=?*ve，其中T是推力，?是質(zhì)量流率，ve是排氣速度。2.已知T=200kN=200,000N，?=100kg/s，求ve。3.ve=T/?=200,000N/100kg/s=2000m/s。4.比沖Isp定義為Isp=ve/g0，其中g(shù)0是標(biāo)準(zhǔn)重力加速度（通常取9.8m/s2或9.81m/s2，此處若無(wú)說(shuō)明可按教材或習(xí)慣取值，假設(shè)g0=9.8m/s2）。5.Isp=2000m/s/9.8m/s2≈204.08s。最終結(jié)果：該發(fā)動(dòng)機(jī)的比沖約為204.08秒。五、論述題解析思路：從未來(lái)需求出發(fā)，結(jié)合各類推進(jìn)技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行分析。*高比沖需求：*高能推進(jìn)劑：如液氧/甲烷、液氧/煤油、氫化鋁等，通過(guò)使用高熱值推進(jìn)劑提高比沖，優(yōu)勢(shì)明顯，是提升運(yùn)載能力的有效途徑，但可能面臨儲(chǔ)存、安全性、成本等挑戰(zhàn)。*電推進(jìn)：對(duì)于軌道機(jī)動(dòng)、微小推力需求，電推進(jìn)（如霍爾效應(yīng)推進(jìn)器、離子推進(jìn)器）比沖極高，但推力極小，適合長(zhǎng)時(shí)間、小幅度軌道修正，不適用于發(fā)射入軌。*核推進(jìn)：理論上可提供極高比沖，適用于深空探測(cè)、快速星際旅行，但面臨核技術(shù)、熱管理、安全性、政治法規(guī)等多重巨大挑戰(zhàn)，目前仍處于發(fā)展階段。*高效率需求：*電推進(jìn)：能量轉(zhuǎn)換效率高（電能直接轉(zhuǎn)化為動(dòng)能），優(yōu)勢(shì)顯著，但受限于電力系統(tǒng)容量。*高能化學(xué)推進(jìn)：相對(duì)于傳統(tǒng)化學(xué)推進(jìn)，效率有所提升。*靈活推力調(diào)節(jié)需求：*液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)：通過(guò)調(diào)節(jié)燃料和氧化劑流量，可實(shí)現(xiàn)寬廣范圍的可調(diào)推力，效率高。*電推進(jìn)：可通過(guò)調(diào)節(jié)功率實(shí)現(xiàn)推力的精確調(diào)節(jié)。*固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)：推力調(diào)節(jié)能力差。*環(huán)保需求：*環(huán)保型固推：如使用氮化物、硼氫化物等，燃燒產(chǎn)物毒性、污染小，是發(fā)展方向之一。*清潔液體推進(jìn)劑：如甲烷（燃燒產(chǎn)物為CO2和H2O）、氫氧（燃燒產(chǎn)物為H2O），相對(duì)傳統(tǒng)煤油等更清潔。*電推進(jìn)：燃燒產(chǎn)物極少，極為環(huán)保。*應(yīng)用前景：*高能化學(xué)推進(jìn)：可能成為下一代大型運(yùn)載火箭的主力，提升進(jìn)入軌道效率。*環(huán)保型推進(jìn)劑：隨