2025年大學《空間科學與技術(shù)》專業(yè)題庫——太空中的星際旅行與宇宙探索考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述宇宙大爆炸理論的基本內(nèi)容和主要證據(jù)。二、比較化學火箭推進與電推進在原理、性能特點（如比沖、推力）及應用場景上的主要區(qū)別。三、解釋什么是霍曼轉(zhuǎn)移軌道，并說明其在深空探測任務中的意義。四、列舉深空探測器在穿越行星際空間時面臨的主要環(huán)境威脅，并簡述相應的防護措施。五、闡述實現(xiàn)人類載人星際旅行的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，至少從推進技術(shù)、生命保障、輻射防護和長期生理影響四個方面進行論述。六、以一個具體的深空探測任務（如火星采樣返回或木星系探測）為例，簡述其任務規(guī)劃涉及的主要環(huán)節(jié)和技術(shù)需求。七、討論空間資源（如月球或小行星資源）開發(fā)利用可能帶來的機遇與潛在的技術(shù)、經(jīng)濟和法律挑戰(zhàn)。八、結(jié)合當前空間技術(shù)發(fā)展趨勢，談談你對未來空間科學與技術(shù)發(fā)展方向（如空間人工智能、太空制造等）的看法和展望。試卷答案一、答案：大爆炸理論認為宇宙起源于約138億年前一個極端熾熱、致密的奇點狀態(tài)，隨后迅速膨脹并冷卻至今。主要證據(jù)包括：1)宇宙的膨脹（哈勃定律及譜線紅移）；2)宇宙微波背景輻射（大爆炸的“余暉”）；3)宇宙元素的豐度（輕元素如氫、氦、鋰在早期高溫條件下合成的理論豐度與觀測值吻合）。解析思路：考察對宇宙學基本模型的掌握。需要回答大爆炸理論的核心觀點（起源、演化）和支撐該理論的關(guān)鍵觀測證據(jù)（宇宙膨脹、CMB、元素豐度）。二、答案：化學火箭推進通過燃燒高能推進劑產(chǎn)生推力，原理簡單、推力大，適用于發(fā)射和變軌，但比沖（單位質(zhì)量推進劑產(chǎn)生的沖量）較低，燃料消耗大。電推進利用高電壓加速離子或等離子體產(chǎn)生推力，原理復雜，比沖高，燃料效率高，但推力小，加速慢，通常用于深空軌道修正或長期任務。應用場景上，化學火箭主要用于近地軌道發(fā)射和大型空間機動，電推進則常用于深空探測器的長期姿態(tài)控制、軌道維持和轉(zhuǎn)移。解析思路：考察對不同推進方式的原理、性能對比和適用性的理解。需要對比兩者的核心工作機制、關(guān)鍵性能指標（比沖、推力）的優(yōu)劣，并說明各自典型的應用領(lǐng)域。三、答案：霍曼轉(zhuǎn)移軌道是指航天器從一條橢圓軌道（通常是近地軌道）的近地點出發(fā)，通過一次變軌（加速）進入一個更大的橢圓轉(zhuǎn)移軌道，到達遠地點后再進行一次變軌（加速或減速）進入目標軌道（如另一個行星軌道）。其意義在于，對于相同的起始和終止能量，霍曼轉(zhuǎn)移是能量消耗最低、耗時最短的轉(zhuǎn)移方式，是深空探測任務中最常用的軌道轉(zhuǎn)移策略之一。解析思路：考察對特定軌道機動方式的定義和價值的理解。需要準確描述霍曼轉(zhuǎn)移的變軌過程（兩個階段），并闡述其作為最優(yōu)轉(zhuǎn)移方式的原因（能量效率和時間效率）及其在任務中的重要性。四、答案：主要威脅包括：1)空間輻射（高能帶電粒子、高能光子），可損傷航天器電子設(shè)備和危及宇航員健康；2)微流星體和空間碎片，高速撞擊可導致航天器表面損傷甚至結(jié)構(gòu)破壞；3)極端溫度（太陽直射與陰影區(qū)的巨大溫差），對航天器熱控系統(tǒng)提出嚴峻挑戰(zhàn)。防護措施包括：使用屏蔽材料（如鉛、水）吸收輻射；采用防護罩、航天器加固設(shè)計；利用磁偏轉(zhuǎn)或電偏轉(zhuǎn)技術(shù)規(guī)避或偏轉(zhuǎn)帶電粒子；設(shè)計高效熱控系統(tǒng)；進行空間碎片監(jiān)測和規(guī)避。解析思路：考察對深空環(huán)境挑戰(zhàn)及應對措施的了解。需要識別主要的太空環(huán)境威脅（輻射、微流星體、溫度），并針對每種威脅提出合理有效的防護技術(shù)或策略。五、答案：實現(xiàn)人類載人星際旅行的關(guān)鍵挑戰(zhàn)：1)推進技術(shù)：需要開發(fā)出比現(xiàn)有化學火箭比沖高得多（如數(shù)千秒甚至更高）的先進推進系統(tǒng)（如核聚變推進、反物質(zhì)推進等），以顯著縮短星際航行時間；2)生命保障：必須建立能夠長期（數(shù)年甚至數(shù)十年）穩(wěn)定運行、資源（水、空氣、食物）閉合循環(huán)效率極高的生命保障系統(tǒng)，并有效應對失重或模擬重力環(huán)境下的生理影響；3)輻射防護：星際空間存在高能宇宙射線和星際輻射，需要開發(fā)有效的輻射屏蔽材料或技術(shù)，保護宇航員免受輻射損傷；4)長期生理影響：需要解決長期太空飛行對宇航員肌肉萎縮、骨質(zhì)流失、心血管系統(tǒng)變化、認知功能等產(chǎn)生的負面影響，并研究有效的對抗措施。解析思路：考察對人類進行星際探索所面臨重大難題的識別和分析能力。需要從技術(shù)（推進）、生命科學（生命保障、生理影響）和環(huán)境（輻射）等多個維度，深入闡述當前技術(shù)瓶頸和需要克服的挑戰(zhàn)。六、答案：以火星采樣返回任務為例，其任務規(guī)劃主要環(huán)節(jié)包括：1)探測器設(shè)計與研制：包括軌道器、著陸器、漫游車（采樣工具）、上升飛行器、返回艙等；2)任務軌道設(shè)計：規(guī)劃地球發(fā)射軌道、火星軌道插入、火星著陸、火星表面科學探測與采樣、樣本封裝、上升發(fā)射、火星軌道交會、返回艙再入地球大氣層、著陸回收等完整軌道鏈；3)地球發(fā)射與火星轉(zhuǎn)移：選擇合適的發(fā)射窗口，實施地火轉(zhuǎn)移；4)火星著陸與表面操作：實現(xiàn)軟著陸，部署漫游車進行科學考察，執(zhí)行樣本采集；5)樣本封裝與上升：將采集的火星樣本封裝好，由上升飛行器送入火星軌道；6)返回地球：上升飛行器與返回艙組合體進行地火轉(zhuǎn)移，返回艙進行再入、著陸回收。技術(shù)需求包括高精度軌道測量與控制、長距離通信、自主導航與控制、可靠的著陸與上升技術(shù)、樣本密封與保護、生命保障（若有人操作）或高可靠性機械操作等。解析思路：考察對復雜空間任務規(guī)劃流程的理解和具體任務的技術(shù)需求分析能力。需要能梳理出典型任務的階段劃分，并能結(jié)合任務目標，說明每個階段的關(guān)鍵活動和技術(shù)要點。七、答案：機遇：空間資源（如月球水冰、火星氦-3、小行星金屬）具有巨大的潛在價值，可為人類太空活動提供能源、原材料，降低地外活動成本，促進太空經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展。挑戰(zhàn)：1)技術(shù)挑戰(zhàn)：資源勘探、開采、運輸、加工利用等環(huán)節(jié)面臨巨大的技術(shù)難題；2)經(jīng)濟挑戰(zhàn)：目前開采和利用成本高昂，商業(yè)模式尚不成熟，需要巨大的前期投入和長期的技術(shù)進步；3)法律與地緣政治挑戰(zhàn)：空間資源開發(fā)利用的國際規(guī)則尚未完全建立，可能引發(fā)資源歸屬、環(huán)境保護、太空軍事化等爭端和地緣政治競爭。解析思路：考察對空間資源開發(fā)利用前景和問題的辯證思考能力。需要既能看到其帶來的巨大潛力和好處（機遇），也能識別并分析其中存在的現(xiàn)實困難、經(jīng)濟障礙以及相關(guān)的法律和地緣政治風險（挑戰(zhàn)）。八、答案：未來空間科學與技術(shù)發(fā)展方向充滿想象空間?？臻g人工智能（AI）將在航天器自主控制、任務規(guī)劃、故障診斷、科學數(shù)據(jù)處理等方面發(fā)揮越來越重要的作用，提高任務效率和智能化水平。太空制造（In-SpaceManufacturing）利用太空特殊環(huán)境（微重力、強輻射、高真空）生產(chǎn)特殊材料或零件，或直接在外太空組裝大型結(jié)構(gòu)，有望革新空間工業(yè)體系。其他方向還包括：更高效的能源系統(tǒng)（如空間太陽能電站）、先進的推進技術(shù)（核聚變、光帆等）、深空自主機器人技術(shù)、近地