2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫(kù)——月球與火星基地建設(shè)規(guī)劃考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.月球表面生存單元（HAB）2.就地資源利用（ISRU）3.軌道交會(huì)對(duì)接4.閉環(huán)生命保障系統(tǒng)5.火星稀薄大氣呼吸二、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.與地球相比，月球表面環(huán)境對(duì)人類生存的主要威脅有哪些？2.簡(jiǎn)述火星基地建設(shè)的首要能源解決方案及其優(yōu)勢(shì)。3.解釋建立月球或火星基地進(jìn)行就地資源利用（ISRU）的主要意義。4.簡(jiǎn)述進(jìn)行地外任務(wù)規(guī)劃時(shí)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要性。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述建立月球永久基地與建立火星臨時(shí)科研前哨在目標(biāo)、規(guī)模、技術(shù)重點(diǎn)和面臨挑戰(zhàn)方面的主要區(qū)別。2.分析并比較太陽(yáng)能和核能技術(shù)在深空探測(cè)器及未來(lái)地外基地能源系統(tǒng)中的應(yīng)用潛力和局限性。3.結(jié)合實(shí)際情況，論述建立月球或火星基地面臨的主要科學(xué)探索機(jī)遇。四、方案設(shè)計(jì)題（15分）假設(shè)你需要為一個(gè)未來(lái)在火星赤道附近設(shè)計(jì)的小型科學(xué)考察站規(guī)劃其基本的生命支持與活動(dòng)區(qū)域。請(qǐng)簡(jiǎn)述該考察站應(yīng)包含哪些核心功能模塊，并說明選擇這些模塊及布局的理由。試卷答案一、名詞解釋1.月球表面生存單元（HAB）：指在月球表面為宇航員提供長(zhǎng)期居住、工作、生活等功能的密閉或半密閉結(jié)構(gòu)，具備生命保障、輻射防護(hù)、能源供應(yīng)等基本功能，是月球基地的核心組成部分。**解析思路*：考察對(duì)月球基地基本構(gòu)成單元的理解。答案需包含其定義、功能（居住、工作、生活）和在月球基地中的核心地位。2.就地資源利用（ISRU）：指在月球或火星等目的地天體上，利用當(dāng)?shù)卮嬖诘馁Y源（如水冰、大氣、巖石、土壤等）來(lái)生產(chǎn)生命支持所需物質(zhì)（水、氧氣、燃料）、建筑材料或其他有用產(chǎn)品，以減少?gòu)牡厍蜻\(yùn)輸?shù)某杀竞拓?fù)擔(dān)。**解析思路*：考察對(duì)ISRU概念核心內(nèi)涵的理解，即利用當(dāng)?shù)刭Y源，以及其主要目的（減少地球運(yùn)輸、生產(chǎn)生存必需品）。3.軌道交會(huì)對(duì)接：指航天器在太空中飛往目標(biāo)航天器，并與之靠近、導(dǎo)航、鎖定、連接的整個(gè)技術(shù)過程，是實(shí)現(xiàn)航天器運(yùn)輸、補(bǔ)給、人員轉(zhuǎn)移、空間組裝等任務(wù)的關(guān)鍵技術(shù)。**解析思路*：考察對(duì)航天器之間空間操作基本技術(shù)的理解。答案需包含過程（飛往、靠近、導(dǎo)航、鎖定、連接）和關(guān)鍵應(yīng)用（運(yùn)輸、補(bǔ)給、轉(zhuǎn)移、組裝）。4.閉環(huán)生命保障系統(tǒng)：指能夠?qū)⒂詈絾T呼吸產(chǎn)生的二氧化碳、代謝廢物等排出，并將其轉(zhuǎn)化為可供呼吸的氧氣或其他有用物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)水、空氣等生命必需資源在系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)利用的高度自給自足的系統(tǒng)。**解析思路*：考察對(duì)高級(jí)生命保障系統(tǒng)特征的理解，強(qiáng)調(diào)資源的循環(huán)利用和系統(tǒng)的自給自足能力。5.火星稀薄大氣呼吸：指利用火星大氣（主要成分為二氧化碳）通過特定技術(shù)（如MOXIE實(shí)驗(yàn)所采用的方法）轉(zhuǎn)化為氧氣，供人類呼吸或用于其他目的的技術(shù)或過程。**解析思路*：考察對(duì)火星資源利用具體技術(shù)之一的理解，即利用火星CO2制氧。二、簡(jiǎn)答題1.與地球相比，月球表面生存單元的主要威脅包括：持續(xù)的高強(qiáng)度宇宙射線和太陽(yáng)粒子事件輻射（缺乏全球性磁場(chǎng)和厚大氣層防護(hù)）、極端的溫度變化（晝夜溫差巨大）、月塵（細(xì)小、帶有靜電、具有研磨性和潛在毒性，可能侵入設(shè)備、影響密閉環(huán)境）、微流星體撞擊風(fēng)險(xiǎn)、以及生理和心理上的長(zhǎng)期影響（如骨質(zhì)流失、肌肉萎縮、航天綜合癥、幽閉恐懼等）。**解析思路*：要求列舉并簡(jiǎn)要說明月球環(huán)境對(duì)人類生存的主要不利因素，涵蓋物理環(huán)境（輻射、溫度、月塵）和生理心理環(huán)境。2.火星基地建設(shè)的首要能源解決方案是太陽(yáng)能，其優(yōu)勢(shì)在于：資源豐富、部署相對(duì)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、環(huán)境影響小。在火星表面，尤其在日照條件較好的區(qū)域，太陽(yáng)能可以提供足夠的基礎(chǔ)電力，適用于為基地提供非連續(xù)或基礎(chǔ)負(fù)載的能源支持。**解析思路*：要求說明首選能源及其優(yōu)勢(shì)。答案需指出太陽(yáng)能是首選，并列舉其主要優(yōu)點(diǎn)（資源、部署、技術(shù)、環(huán)境）。3.建立月球或火星基地進(jìn)行就地資源利用（ISRU）的主要意義在于：大幅降低從地球運(yùn)輸物資（水、氧氣、燃料、建筑材料等）的成本和難度，減輕發(fā)射系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)；提高基地的生存能力、獨(dú)立性和可持續(xù)性，使其能夠支持更長(zhǎng)期、更大規(guī)模的探測(cè)活動(dòng)；是實(shí)現(xiàn)人類在深空進(jìn)行長(zhǎng)期駐留和星際移民的基礎(chǔ)技術(shù)支撐。**解析思路*：要求闡述ISRU的意義，重點(diǎn)突出其經(jīng)濟(jì)性（降低運(yùn)輸成本）、生存性（提高獨(dú)立性和可持續(xù)性）和戰(zhàn)略意義（支持長(zhǎng)期探測(cè)和未來(lái)移民）。4.進(jìn)行地外任務(wù)規(guī)劃時(shí)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的重要性體現(xiàn)在：識(shí)別和預(yù)測(cè)任務(wù)執(zhí)行過程中可能遇到的各種潛在風(fēng)險(xiǎn)（技術(shù)故障、環(huán)境危害、操作失誤等），評(píng)估這些風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和后果嚴(yán)重性，并據(jù)此制定有效的預(yù)防和應(yīng)對(duì)措施（mitigationstrategies），從而提高任務(wù)成功的概率，保障宇航員的安全，并優(yōu)化資源分配。**解析思路*：要求說明風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的作用。答案需包含風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、預(yù)測(cè)、后果評(píng)估以及制定應(yīng)對(duì)措施等環(huán)節(jié)，并強(qiáng)調(diào)其對(duì)任務(wù)成功和安全的重要性。三、論述題1.建立月球永久基地與建立火星臨時(shí)科研前哨的主要區(qū)別在于：目標(biāo)不同，月球基地更側(cè)重于作為深空探測(cè)的中轉(zhuǎn)站、資源開發(fā)的前沿、以及檢驗(yàn)長(zhǎng)期駐留能力的試驗(yàn)場(chǎng)；規(guī)模通常更大，設(shè)施更完善，具備長(zhǎng)期自給自足能力；技術(shù)重點(diǎn)不同，月球基地需重點(diǎn)解決月塵治理、長(zhǎng)期生命保障、月面移動(dòng)交通網(wǎng)絡(luò)等挑戰(zhàn)；面臨挑戰(zhàn)不同，月球基地面臨月塵、強(qiáng)輻射等嚴(yán)峻環(huán)境，且需考慮地球與月球的相對(duì)近便性帶來(lái)的后勤支持特點(diǎn)；而火星前哨則更側(cè)重于利用現(xiàn)有技術(shù)快速建立，滿足短期科學(xué)考察需求，主要挑戰(zhàn)是火星的遠(yuǎn)距離、嚴(yán)酷環(huán)境（大氣稀薄、寒冷、高輻射）、以及復(fù)雜的返程問題。兩者在基礎(chǔ)設(shè)施、能源系統(tǒng)、生命保障、任務(wù)持續(xù)時(shí)間、科學(xué)目標(biāo)等方面均有顯著差異。**解析思路*：要求從多個(gè)維度（目標(biāo)、規(guī)模、技術(shù)、挑戰(zhàn)）對(duì)比月球永久基地和火星臨時(shí)前哨，突出二者的不同之處，體現(xiàn)對(duì)兩種基地特點(diǎn)的理解深度。2.太陽(yáng)能和核能技術(shù)在深空探測(cè)及未來(lái)地外基地能源中的應(yīng)用潛力和局限性比較如下：*太陽(yáng)能：潛力巨大，清潔無(wú)污染，適用于光照充足的近地空間、月球表面和火星表面（需考慮季節(jié)和天氣影響）。技術(shù)成熟，成本相對(duì)較低。但受光照強(qiáng)度隨距離平方反比衰減的影響，對(duì)于遠(yuǎn)日行星探測(cè)效率低；受晝夜交替影響，需要大容量電池儲(chǔ)能；在太陽(yáng)活動(dòng)高峰期可能受到粒子輻射干擾；對(duì)于需要極高功率或連續(xù)不間斷運(yùn)行的基地（如大型生命保障系統(tǒng)、工業(yè)生產(chǎn)），太陽(yáng)能可能難以完全滿足需求。*核能：潛力巨大，能量密度高，不受光照條件限制，可提供穩(wěn)定、強(qiáng)大的電力，特別適用于遠(yuǎn)日行星任務(wù)或?qū)β市枨蟾叩牡赝饣?。可使用核反?yīng)堆（熱核反應(yīng)或裂變）或放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器（RTG）。但存在技術(shù)挑戰(zhàn)（如反應(yīng)堆小型化、散熱、輻射屏蔽）、放射性廢物處理與安全問題、以及公眾接受度問題。RTG效率相對(duì)較低，且同位素資源有限?？傮w而言，核能是深空遠(yuǎn)距離任務(wù)和大型地外基地的必要能源補(bǔ)充或主力能源。**解析思路*：要求分別闡述兩種能源的潛力、優(yōu)勢(shì)和局限性，并進(jìn)行直接比較，突出它們?cè)诓煌瑘?chǎng)景下的適用性差異，體現(xiàn)對(duì)能源技術(shù)選擇的理解。3.建立月球或火星基地面臨的科學(xué)探索機(jī)遇主要包括：*基礎(chǔ)科學(xué)研究：在地外真空、弱重力或特殊電磁環(huán)境下進(jìn)行材料科學(xué)、生命科學(xué)（如細(xì)胞生長(zhǎng)、生物演化）、物理學(xué)（如微重力下的流體力學(xué)、等離子體物理）等基礎(chǔ)研究，可能帶來(lái)顛覆性發(fā)現(xiàn)；利用基地作為平臺(tái)，對(duì)月球和火星進(jìn)行更深入、更長(zhǎng)期的地質(zhì)勘探、大氣監(jiān)測(cè)、空間環(huán)境研究，揭示行星的形成與演化歷史、水的分布與循環(huán)、生命起源的可能性等。*資源科學(xué)：通過基地開展ISRU實(shí)踐，驗(yàn)證和優(yōu)化資源利用技術(shù)，為未來(lái)大規(guī)模資源開發(fā)提供依據(jù)，同時(shí)研究行星資源的豐富程度、分布規(guī)律和開采價(jià)值。*工程技術(shù)驗(yàn)證：在地外環(huán)境中測(cè)試和驗(yàn)證新的空間技術(shù)（如先進(jìn)生命保障、能源系統(tǒng)、機(jī)器人技術(shù)、人工智能、數(shù)字孿生等），為更復(fù)雜的深空任務(wù)和未來(lái)星際旅行積累經(jīng)驗(yàn)。*人類因素研究：長(zhǎng)期駐留基地為研究人類適應(yīng)地外環(huán)境的生理、心理變化提供了獨(dú)特平臺(tái)，有助于開發(fā)有效的健康維護(hù)和心理健康支持策略。*潛在的生命發(fā)現(xiàn)：火星基地的鉆探取樣和現(xiàn)場(chǎng)分析，可能發(fā)現(xiàn)過去或現(xiàn)在火星上存在的生命證據(jù)，對(duì)理解宇宙中生命的普遍性具有劃時(shí)代意義。**解析思路*：要求從基礎(chǔ)科學(xué)、資源、技術(shù)、人類因素、潛在生命等多個(gè)層面，論述地外基地能夠帶來(lái)的重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)和探索價(jià)值。四、方案設(shè)計(jì)題火星小型科學(xué)考察站基本功能模塊規(guī)劃與理由：核心功能模塊：1.居住艙（HabitationModule）：提供宇航員睡眠、休息、生活、簡(jiǎn)餐和部分社交的空間。必須具備可靠的輻射防護(hù)、生命保障（空氣、水、溫濕度控制）和應(yīng)急隔離功能。選擇理由：保障宇航員基本生存和安全是首要任務(wù)。2.生命保障系統(tǒng)（ECLSS）艙：負(fù)責(zé)提供潔凈空氣（氧氣生成與二氧化碳去除）、飲用水（水循環(huán)再生）和處理廢物。選擇理由：維持生命是基地運(yùn)行的基礎(chǔ)，閉環(huán)系統(tǒng)能提高生存能力和可持續(xù)性。3.科學(xué)實(shí)驗(yàn)艙（ScienceLaboratoryModule）：包含用于進(jìn)行地質(zhì)取樣、樣品分析（如顯微鏡、光譜儀）、生物實(shí)驗(yàn)（如有）等科學(xué)儀器的實(shí)驗(yàn)室。選擇理由：實(shí)現(xiàn)基地的科學(xué)考察目標(biāo)，是考察站的核心功能所在。4.能源系統(tǒng)（PowerSystemModule）：安裝太陽(yáng)能電池陣列（或小型核電源）及儲(chǔ)能裝置，為整個(gè)基地提供電力。選擇理由：所有功能模塊的運(yùn)行都需要能源支持，是基地的動(dòng)力心臟。5.通信與導(dǎo)航站（Communication&NavigationStation）：負(fù)責(zé)與地球或其他火星探測(cè)器的數(shù)據(jù)通信，以及基地自身的導(dǎo)航定位。選擇理由：實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程指揮、數(shù)據(jù)傳輸和精確作業(yè)是現(xiàn)代科考站必不可少的部分。6.（可選）表面活動(dòng)與后勤艙/著陸點(diǎn)（SurfaceOperations&Logistics/DockingPoint）：可能包含一個(gè)小的氣閘艙，用于宇航員出艙活動(dòng)；或一個(gè)簡(jiǎn)易的貨物/設(shè)備著陸平臺(tái)。選擇理由：為了支持地面科學(xué)探測(cè)活動(dòng)，需要與外部環(huán)境的接口。布局理由：*模塊化與分離：各個(gè)功能模塊應(yīng)相對(duì)獨(dú)立，并通過標(biāo)準(zhǔn)接口連接，便于未來(lái)擴(kuò)展和維護(hù)。關(guān)鍵模塊（如居住、生命保障）應(yīng)布置在內(nèi)部，并加強(qiáng)輻射屏蔽。能源系統(tǒng)（尤其是太陽(yáng)能陣列或核裝置）應(yīng)布置在開闊、日照良好或有良好散熱條件的位置。*安全考慮：模塊間應(yīng)保持安全距離，設(shè)置緊急逃生通道。生命保障系統(tǒng)