2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專(zhuān)業(yè)題庫(kù)——星際飛船的超長(zhǎng)途航行計(jì)劃考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分）1.根據(jù)狹義相對(duì)論，以下哪個(gè)選項(xiàng)正確描述了高速運(yùn)動(dòng)物體的時(shí)間膨脹效應(yīng)？A.運(yùn)動(dòng)速度越快，物體內(nèi)部時(shí)鐘越快B.運(yùn)動(dòng)速度越快，物體內(nèi)部時(shí)鐘越慢C.時(shí)間膨脹與運(yùn)動(dòng)速度無(wú)關(guān)D.時(shí)間膨脹只發(fā)生在垂直于運(yùn)動(dòng)方向上2.在星際航行中，穿越星際介質(zhì)（如星際塵埃和氣體）時(shí)，主要對(duì)飛船造成的威脅是：A.直接的物理撞擊破壞B.電磁輻射干擾C.產(chǎn)生巨大的阻力導(dǎo)致推進(jìn)效率急劇下降D.引起船員嚴(yán)重的太空病3.以下哪種推進(jìn)系統(tǒng)理論上具有最高的比沖（單位質(zhì)量推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量）？A.化學(xué)火箭推進(jìn)B.核裂變推進(jìn)C.核聚變推進(jìn)D.太陽(yáng)能帆4.對(duì)于超長(zhǎng)途星際航行，以下哪種生命保障技術(shù)被認(rèn)為是目前最具挑戰(zhàn)性的？A.氧氣再生系統(tǒng)B.水循環(huán)利用系統(tǒng)C.食物生產(chǎn)系統(tǒng)（如生物再生生命保障）D.廢物處理系統(tǒng)5.在深空星際航行中，實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航的主要手段依賴(lài)于：A.地球上的地面雷達(dá)站B.太陽(yáng)作為主要導(dǎo)航參考點(diǎn)C.利用恒星或射電源進(jìn)行天文導(dǎo)航D.依賴(lài)預(yù)設(shè)的固定路徑和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)6.人類(lèi)目前發(fā)射的進(jìn)入太陽(yáng)系外圍的探測(cè)器中，速度最快的可能是：A.水手10號(hào)B.旅行者1號(hào)C.勒克雅未克號(hào)D.帕克太陽(yáng)探測(cè)器7.星際飛船在進(jìn)行超長(zhǎng)距離航行時(shí)，為了避免船員因長(zhǎng)期失重環(huán)境導(dǎo)致肌肉萎縮和骨質(zhì)流失，通常采用以下哪種方法？A.定期進(jìn)行人工重力模擬B.使用強(qiáng)效藥物進(jìn)行對(duì)抗C.增加船員運(yùn)動(dòng)量D.選擇能產(chǎn)生持續(xù)微重力的推進(jìn)方式8.反物質(zhì)推進(jìn)系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于：A.推進(jìn)劑來(lái)源廣泛易得B.推進(jìn)效率極高，能量密度極大C.對(duì)環(huán)境友好無(wú)污染D.技術(shù)成熟，已接近實(shí)用化階段9.以下哪項(xiàng)不是星際航行任務(wù)規(guī)劃中必須考慮的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素？A.飛船與目的地星球的相對(duì)速度和方向B.船員的心理健康和團(tuán)隊(duì)協(xié)作C.地球上的政治經(jīng)濟(jì)變化對(duì)任務(wù)的影響D.飛船推進(jìn)系統(tǒng)的具體型號(hào)和性能參數(shù)10.對(duì)于星際通信，主要面臨的挑戰(zhàn)是：A.通信內(nèi)容容易被竊聽(tīng)B.信號(hào)傳輸延遲巨大，可達(dá)數(shù)年甚至數(shù)十年C.通信帶寬有限，無(wú)法傳輸高清視頻D.需要使用極其復(fù)雜的加密算法二、填空題（每空1分，共15分）1.根據(jù)廣義相對(duì)論，引力被認(rèn)為是__________時(shí)空幾何彎曲的表現(xiàn)。2.星際塵埃對(duì)飛船的光學(xué)系統(tǒng)主要造成__________和__________的干擾。3.核聚變推進(jìn)的主要能量來(lái)源是氫的同位素__________和__________的聚變反應(yīng)。4.為了維持宇航員長(zhǎng)期生存所需的氧氣，閉環(huán)生命保障系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)高效的__________和__________。5.利用__________定位原理，可以通過(guò)測(cè)量地球與已知天體之間的距離和角度變化來(lái)精確確定飛船的位置。6.人類(lèi)目前探索太陽(yáng)系的邊界，即__________云的邊緣區(qū)域。7.在星際航行中，為了克服巨大的能量需求，理論上__________推進(jìn)是未來(lái)最具潛力的選擇。8.長(zhǎng)期暴露在深空輻射環(huán)境中，宇航員需要防護(hù)的主要輻射類(lèi)型包括__________和__________。9.星際航行任務(wù)的制定需要考慮多個(gè)因素，其中__________和__________是決定任務(wù)可行性的關(guān)鍵指標(biāo)。10.為了實(shí)現(xiàn)有效的星際通信，除了提高信號(hào)功率外，還需要發(fā)展__________和__________技術(shù)。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述狹義相對(duì)論中的“時(shí)間膨脹”和“長(zhǎng)度收縮”效應(yīng)，并說(shuō)明它們對(duì)星際航行可能產(chǎn)生的影響。2.比較核裂變推進(jìn)和核聚變推進(jìn)在能量輸出、推進(jìn)劑效率、技術(shù)成熟度和安全性等方面的主要區(qū)別。3.分析長(zhǎng)期星際航行中，維持船員心理健康所面臨的主要挑戰(zhàn)，并提出可能的應(yīng)對(duì)措施。4.解釋什么是“星際航行窗口”，并說(shuō)明其對(duì)于規(guī)劃星際航行任務(wù)的重要性。四、計(jì)算題（每題10分，共20分）1.假設(shè)一艘星際飛船需要前往距離地球15光年的比鄰星系，飛船的最大巡航速度可達(dá)0.3c（c為光速）。不考慮加速和減速時(shí)間，僅計(jì)算往返一次所需的時(shí)間（以年為單位）。已知光速約為3×10?米/秒。2.某種新型推進(jìn)系統(tǒng)比沖為50千米/秒，假設(shè)飛船需要產(chǎn)生100千牛的推力。如果使用該推進(jìn)系統(tǒng)，要使飛船速度增加1千米/秒，理論上需要消耗多少質(zhì)量的推進(jìn)劑？（結(jié)果保留兩位小數(shù)）五、論述題（15分）探討實(shí)現(xiàn)人類(lèi)進(jìn)行載人星際航行（例如到達(dá)火星或更遠(yuǎn)的恒星系統(tǒng)）所面臨的主要科學(xué)、技術(shù)、工程、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)挑戰(zhàn)，并分析克服這些挑戰(zhàn)的可能途徑和潛在意義。試卷答案一、選擇題1.B2.C3.C4.C5.C6.B7.A8.B9.C10.B二、填空題1.曲率2.塵埃遮蔽，光學(xué)散射3.氘，氚4.氧氣，二氧化碳5.測(cè)距6.奧爾特7.反物質(zhì)8.宇宙射線，galacticcosmicrays9.航行距離，航行時(shí)間10.信號(hào)編碼，深空網(wǎng)絡(luò)三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先分別解釋時(shí)間膨脹（運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢）和長(zhǎng)度收縮（運(yùn)動(dòng)方向長(zhǎng)度變短）的原理（基于相對(duì)論不變量），然后結(jié)合星際航行的高速度場(chǎng)景，說(shuō)明這些效應(yīng)雖然通常很微小，但在極端高速下可能變得顯著，并討論其對(duì)時(shí)間基準(zhǔn)、測(cè)量精度、設(shè)備設(shè)計(jì)等方面的影響。2.解析思路：從能量輸出（聚變>裂變）、推進(jìn)劑效率（聚變更高）、技術(shù)成熟度（裂變較高，聚變挑戰(zhàn)大）和安全性（裂變有放射性廢物，聚變理論上更安全）四個(gè)維度進(jìn)行比較，突出聚變的優(yōu)勢(shì)和挑戰(zhàn)。3.解析思路：列舉長(zhǎng)期太空飛行可能引發(fā)的心理問(wèn)題（孤獨(dú)、隔絕、壓力、焦慮、抑郁等），分析其成因，然后提出應(yīng)對(duì)措施，如心理訓(xùn)練、虛擬現(xiàn)實(shí)娛樂(lè)、船員配比與分工、建立有效溝通機(jī)制、領(lǐng)導(dǎo)力等。4.解析思路：解釋“星際航行窗口”是指發(fā)射星際飛船最有利的特定時(shí)間窗口，此時(shí)地球與目標(biāo)天體之間的相對(duì)位置和速度關(guān)系（如最小發(fā)射能量、最短飛行時(shí)間）最為有利。說(shuō)明其重要性在于，選擇合適的窗口可以顯著降低任務(wù)的能量需求和飛行時(shí)間，影響任務(wù)的成敗和經(jīng)濟(jì)性。四、計(jì)算題1.解析思路：使用狹義相對(duì)論時(shí)間膨脹公式t'=t/√(1-v2/c2)或直接用速度計(jì)算t=距離/速度。注意往返距離是單程的兩倍，速度恒定為0.3c。注意單位換算，1光年≈9.46×101?米。計(jì)算結(jié)果約為150年。2.解析思路：使用火箭方程變體或動(dòng)量守恒概念。根據(jù)動(dòng)量變化Δp=m_a*v，其中m_a是推進(jìn)劑質(zhì)量，v是速度變化量。結(jié)合比沖Isp=Δv/g?(g?為標(biāo)準(zhǔn)重力加速度，約9.81m/s2)，可得Δv=Isp*g?。將Δv代入動(dòng)量方程，解出m_a=Δp/v。推力F=m_a*a，其中a是加速度。聯(lián)立可得m_a=F*v/(Isp*g?)。代入數(shù)值計(jì)算，結(jié)果約為4.08×10?kg。五、論述題解析思路：從科學(xué)（基礎(chǔ)物理、生命科學(xué)突破）、技術(shù)（推進(jìn)、能源、材料、生命保障、人工智能）、工程（超大型結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)集成）、經(jīng)濟(jì)（巨額投入、成本分?jǐn)偂⑸虡I(yè)模式）、社會(huì)（倫理、國(guó)際合作、長(zhǎng)期影響）等多個(gè)維度全面闡述挑戰(zhàn)。科學(xué)上需要顛覆性進(jìn)展，技術(shù)上需要多領(lǐng)域協(xié)同突破