2025年大學《空間科學與技術》專業(yè)題庫——月球基地建設的前景與難題考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、簡述建設月球基地對于人類探索太陽系和推動科學技術發(fā)展的主要科學目標。請結合具體科學領域或探測任務進行闡述。二、月球基地建設面臨諸多關鍵技術挑戰(zhàn)。請選擇其中三項你認為最為關鍵的技術領域，分別闡述其主要技術難點，并分析克服這些難點可能的技術路徑或研究方向。三、“就地資源利用”（ISRU）被認為是實現月球基地可持續(xù)運行的關鍵策略。請論述利用月球水冰資源的重要性，并分析當前在提取、儲存和利用水冰方面面臨的主要技術挑戰(zhàn)。四、月球表面的極端環(huán)境對人類和設備都構成嚴峻挑戰(zhàn)。請分別說明月球表面溫度劇烈變化、月塵特性和月表真空環(huán)境對月球基地生命保障系統、habitation建筑以及月面設備運行可能產生的主要影響，并提出相應的應對策略。五、月球基地的建設成本極其高昂，其經濟可行性備受關注。請分析支撐月球基地建設的主要成本構成，并探討可能降低成本、提高經濟效益的途徑，例如商業(yè)模式的引入、技術創(chuàng)新等。六、鑒于月球基地建設的長期性和復雜性，國際合作顯得尤為重要。請結合當前國際月球合作計劃（如阿爾忒彌斯計劃），論述國際合作在月球基地建設中的必要性，并分析可能面臨的政治、技術或資源分配等方面的挑戰(zhàn)。七、月球基地建設不僅涉及科學和技術的探索，也引發(fā)了一系列倫理和法律問題。請至少列舉兩個與月球基地建設相關的倫理或法律議題，并闡述你的觀點。八、假設你是一位月球基地項目的技術負責人，當前基地能源供應主要依賴太陽能，但在特定月份或月面活動區(qū)域太陽能效率低下。請設計一個備選的能源解決方案，詳細說明所選擇的技術（如核能、氦-3等）、其優(yōu)勢、劣勢以及你需要考慮的關鍵技術細節(jié)和實施步驟。試卷答案一、建設月球基地的主要科學目標包括：1）深化對月球地質、資源、環(huán)境及太陽系演化的認知，通過長期駐留進行系統性科學探測；2）作為深空探測的中轉站和試驗場，為未來載人火星任務等更遠距離的太空探索積累經驗、驗證技術；3）開發(fā)和應用前沿空間技術，如生命保障、資源就地利用、人工智能等，推動相關學科發(fā)展；4）促進國際合作與太空資源開發(fā)利用的探索。二、關鍵技術與難點及路徑分析（選擇三項）：1）生命保障系統：難點在于實現水、空氣（氧氣、二氧化碳）的高效、長期閉環(huán)再生，以及食物的可持續(xù)生產。路徑：研發(fā)更高效的膜分離、電解水、光合作用或化學合成技術，建立冗余備份系統，優(yōu)化物質循環(huán)流程。2）能源供應：難點在于提供穩(wěn)定、大功率且可靠的能源，特別是在遠離太陽或月夜期間。路徑：發(fā)展高效、耐輻射的太陽能電池陣列，研究小型核反應堆（如RTG或小型裂變堆）的可行性，探索月球表面氦-3等核聚變燃料的潛在利用。3）月面移動與作業(yè)：難點在于在月塵、低重力、崎嶇地形下的高效、安全、靈活移動和重型裝備操作。路徑：研發(fā)新型月面車（如輪式、履帶式或跳躍式），改進自主導航與避障技術，設計適應低重力的機械臂和作業(yè)工具。三、利用月球水冰的重要性：水冰是月球上最易獲取的揮發(fā)資源，可直接轉化為生命保障所需的水（飲用、呼吸、衛(wèi)生）、火箭燃料（分解成氫氧）、以及農業(yè)種植所需的液體和養(yǎng)分，極大降低從地球運送物資的成本，是實現月球基地長期可持續(xù)生存和運營的基礎。主要技術挑戰(zhàn)：1）精確探測和定位水冰資源分布；2）在月表惡劣環(huán)境（溫差、月塵、輻射）下高效、低成本地開采；3）長期、穩(wěn)定、密封地儲存開采出的水冰，防止蒸發(fā)和污染；4）開發(fā)將水冰轉化為高純度氫氧、液態(tài)水及農用水的轉化技術。四、主要影響與應對策略：1）溫度劇烈變化：影響：極端高溫可能導致設備過熱失效，極端低溫則導致材料變脆、潤滑劑凝固、電池性能下降。策略：為關鍵設備和habitation建筑設計先進的隔熱系統（多層絕熱），采用耐溫材料，設置溫控系統（加熱/制冷）。2）月塵：影響：細小、棱角尖銳的月塵具有磨蝕性，可能堵塞機械部件，污染生命保障系統和電子設備，其靜電特性也可能導致設備短路。策略：建造密封良好的habitation和儲物設施，設計易于清潔和維護的機械結構，采用靜電防護措施，定期進行清潔維護。3）真空環(huán)境：影響：導致沸騰（低氣壓下液體易汽化），使物質易于濺射和遷移（如焊接時），產生阿姆斯特朗效應（宇航員暴露于真空），以及輻射防護困難。策略：在系統設計中考慮低氣壓影響（如使用密封容器），在月面活動時宇航員穿戴正壓呼吸宇航服，habitation建筑采用防護材料屏蔽輻射。五、主要成本構成：發(fā)射成本、基地建設與部署成本、生命保障與物資補給成本、技術研發(fā)與測試成本、人員培訓與運輸成本、測控與通信成本。提高經濟效益的途徑：1）發(fā)展可重復使用運載火箭技術，降低發(fā)射成本；2）采用近地軌道組裝或月球軌道組裝技術，減少發(fā)射到月的載荷；3）引入商業(yè)參與模式，如外包部分建設和運營任務，利用月球資源進行開采（如氦-3、水冰）或制造產生利潤；4）加強國際合作分攤成本與風險；5）研發(fā)更高效、更自動化的建設與維護技術。六、合作必要性：月球資源豐富，單一國家難以獨立承擔巨額成本，國際合作有助于分攤費用、整合各國優(yōu)勢技術、共享科學成果、降低政治風險、建立和平利用太空的國際規(guī)范。面臨的挑戰(zhàn)：1）政治與地緣政治分歧可能導致合作障礙；2）技術標準不統一、知識產權歸屬等問題；3）資源分配和利益共享機制的復雜性與爭議；4）國際條約的制定與執(zhí)行監(jiān)督。七、倫理或法律議題：1）月球資源的所有權與開采權：是應視為人類共同財富（根據外層空間條約），還是可被國家或私營企業(yè)開采并擁有？這涉及到資源的公平分配和潛在的利益沖突。2）月球基地活動對月球環(huán)境的保護：長期基地建設可能對月球表面的自然狀態(tài)造成破壞（如引入地球微生物、產生污染、改變地貌），需要制定嚴格的環(huán)保標準和監(jiān)管措施，確保太空環(huán)境的可持續(xù)性。八、備選能源解決方案（以小型核反應堆為例）：技術選擇：部署小型核反應堆（如快堆或氣態(tài)核心反應堆）提供熱能，通過熱電轉換或斯特林發(fā)動機發(fā)電。優(yōu)勢：功率密度高，可提供穩(wěn)定、持續(xù)的基載電力，不受晝夜交替和天氣影響，極大提高基地能源自給率，減少對外部能源補給依賴。劣勢：核安全與輻射防護是關鍵挑戰(zhàn)，存在潛在風險；技術復雜度高，成本昂貴；需遵守嚴格的核監(jiān)管規(guī)定；核廢料處理問題。關鍵技術細節(jié)與步驟：1）選擇合適的小