2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——推動宇宙探險的技術(shù)創(chuàng)新考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.下列哪種技術(shù)不是當(dāng)前可重復(fù)使用運(yùn)載火箭主要采用的返回方式？A.火箭助推器水平降落B.降落傘減速+著陸架著陸C.火箭垂直升空再起飛D.翼身再入+水平滑跑降落2.在深空探測任務(wù)中，為了克服星際介質(zhì)阻力并節(jié)省燃料，研究者們積極探索的推進(jìn)技術(shù)是？A.氫氧化學(xué)火箭推進(jìn)B.電推進(jìn)（IonThruster）C.固體火箭助推器D.蒸汽噴射推進(jìn)3.航天器在地球軌道或深空運(yùn)行時，其表面材料需要具備的關(guān)鍵性能之一是？A.高導(dǎo)熱率B.高熔點(diǎn)C.良好的太陽輻照吸收/反射控制能力D.良好的水下浮力4.對于長期在軌運(yùn)行或深空探測的航天器，威脅其壽命和任務(wù)成功的主要空間環(huán)境因素是？A.宇宙背景輻射B.微流星體撞擊C.空間天氣事件（如太陽粒子事件）D.軌道共振5.以下哪項不是目前實現(xiàn)航天器自主導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)？A.星載慣性測量單元（IMU）B.太陽敏感器C.地球敏感器D.地球同步軌道激光測距6.載人航天器生命保障系統(tǒng)中，用于為航天員提供呼吸所需氧氣，并去除二氧化碳的關(guān)鍵設(shè)備是？A.空氣循環(huán)系統(tǒng)B.太陽能電池帆板C.救生艙D.軌道機(jī)動發(fā)動機(jī)7.下列關(guān)于空間核電源的說法，錯誤的是？A.核電池（RTG）可以直接將核能轉(zhuǎn)化為電能B.核反應(yīng)堆可以為大型航天器提供持續(xù)動力C.空間核電源的主要優(yōu)勢是功率密度高、壽命長D.空間核電源技術(shù)成熟，已廣泛應(yīng)用于所有深空探測任務(wù)8.小型化、低成本衛(wèi)星（如立方星）在空間探測中日益受到重視，其優(yōu)勢不包括？A.部署靈活，可組成星座實現(xiàn)連續(xù)覆蓋B.成本相對較低，失敗風(fēng)險更容易接受C.采用傳統(tǒng)大型航天器的設(shè)計和制造工藝D.可執(zhí)行快速、靈活的任務(wù)調(diào)整9.太空資源利用（ISRU）中，利用月球或火星資源制造水或氧氣，其最主要的應(yīng)用前景是？A.在軌旅游B.降低未來深空探測任務(wù)的生命保障物資攜帶量C.制造火箭燃料D.提供航天員娛樂設(shè)施10.人工智能技術(shù)在航天領(lǐng)域的應(yīng)用潛力不包括？A.航天器自主故障診斷與修復(fù)B.深空探測目標(biāo)的智能識別與分類C.航天器軌道的自動優(yōu)化與規(guī)劃D.地面測控站的人機(jī)交互界面設(shè)計二、填空題（每空1分，共15分。請將答案填入橫線處）1.火箭發(fā)動機(jī)根據(jù)工質(zhì)是否從外界獲取，可分為______推進(jìn)和______推進(jìn)。2.為了減少航天器與大氣摩擦產(chǎn)生的熱量，通常采用______材料或______結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱防護(hù)。3.通信衛(wèi)星通常工作在地球同步轉(zhuǎn)移軌道（GTO）和地球同步靜止軌道（______）。4.航天器姿態(tài)控制通常使用______飛輪、______噴氣推力器或霍爾效應(yīng)對置等離子體推進(jìn)器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)。5.空間輻射環(huán)境主要分為______輻射和______輻射兩大類。6.目前，人類探月的主要著陸方式是采用帶有緩沖裝置的______著陸。7.“星艦”（Starship）等可重復(fù)使用運(yùn)載系統(tǒng)采用了______（材料）和______（結(jié)構(gòu)）等先進(jìn)技術(shù)。8.深空探測器穿越行星際空間時，主要依靠______進(jìn)行導(dǎo)航和定軌。三、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述運(yùn)載火箭級間分離的常用方式及其原理。2.闡述太陽能電池帆板在航天器能源系統(tǒng)中的作用及其工作原理。3.說明航天器需要進(jìn)行姿態(tài)控制的原因，并列舉三種不同的姿態(tài)控制模式。4.簡述微流星體對航天器的主要威脅，并簡述一種常用的防護(hù)措施。四、計算題（每題10分，共20分。請列出必要的公式和計算步驟）1.假設(shè)某深空探測器質(zhì)量為500kg，采用電推進(jìn)系統(tǒng)進(jìn)行加速。若電推進(jìn)系統(tǒng)的比沖（Isp）為3000s，電源能提供恒定功率P=5kW。請估算該探測器在地面重力加速度下，每消耗1kg推進(jìn)劑能獲得多少比沖（具體計算時，可假設(shè)海平面標(biāo)準(zhǔn)重力加速度為g0=9.8m/s2，真空光速c=3x10?m/s，并說明比沖與推力的關(guān)系）。2.一顆近地軌道衛(wèi)星軌道高度為500km，運(yùn)行周期約為90分鐘。假設(shè)衛(wèi)星需要進(jìn)行一次軌道機(jī)動，使其周期增加至100分鐘。請簡述至少兩種可能的軌道機(jī)動方式（如霍曼轉(zhuǎn)移、非霍曼轉(zhuǎn)移等），并簡要說明選擇該方式的原因或需要考慮的因素。五、論述題（15分。請結(jié)合實例或原理，深入闡述下列問題）當(dāng)前，人類對太陽系外行星（特別是系外行星）的探測主要依賴什么技術(shù)手段？這些技術(shù)手段分別面臨哪些主要的挑戰(zhàn)？未來有哪些技術(shù)創(chuàng)新可能有助于突破這些挑戰(zhàn)，從而更深入地了解系外行星的系統(tǒng)及其宜居潛力？試卷答案一、選擇題1.B2.B3.C4.C5.D6.A7.D8.C9.B10.D二、填空題1.自帶工質(zhì)，外界工質(zhì)2.耐高溫，燒蝕3.地球靜止軌道4.反作用飛輪，冷氣體5.粒子，電磁6.非動力（軟著陸）7.鈦合金，整體承力8.太陽帆板（或光學(xué)/雷達(dá)應(yīng)答器等）三、簡答題1.答案：常用方式有：爆炸螺栓分離、分離火箭推力分離、彈簧/爆炸索分離。解析思路：考察級間分離的基本方式。首先明確火箭是多級結(jié)構(gòu)，級與級之間需要按順序分離以完成任務(wù)。然后列舉常見的物理分離方法：通過爆炸螺栓剪斷連接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)分離；利用小推力火箭反向噴射，利用作用力與反作用力實現(xiàn)分離；利用彈簧彈力或爆炸索產(chǎn)生的拉力/推力實現(xiàn)分離。簡述其基本原理即可。2.答案：作用：為航天器提供主要的太陽能，將其轉(zhuǎn)化為電能供設(shè)備使用。解析思路：考察太陽能電池帆板的功能。核心作用是能量轉(zhuǎn)換，即吸收太陽光能，通過光伏效應(yīng)產(chǎn)生直流電。這是航天器在空間獲取能量的主要方式（除核電源外）?；卮鹱饔眉纯?，原理可略。3.答案：原因：為了精確指向傳感器/執(zhí)行器，保持穩(wěn)定姿態(tài)，確保任務(wù)完成。解析思路：考察姿態(tài)控制的重要性。航天器需要根據(jù)任務(wù)需求（如對地觀測、通信、科學(xué)探測）穩(wěn)定其指向。姿態(tài)不穩(wěn)定會導(dǎo)致無法正常工作或測量數(shù)據(jù)無效。列舉一兩個典型應(yīng)用場景（如指向太陽帆板、天線對準(zhǔn)目標(biāo)、太陽熱控）。然后說明控制模式，如：姿態(tài)穩(wěn)定（保持指向不變）、姿態(tài)機(jī)動（改變指向）、姿態(tài)跟蹤（跟隨目標(biāo)運(yùn)動）。4.答案：威脅：高速撞擊導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損傷、產(chǎn)生碎片威脅其他航天器。解析思路：考察微流星體的危害。主要從物理破壞角度分析：微流星體以極高速度撞擊航天器表面，會產(chǎn)生沖擊波、熱流，導(dǎo)致材料破壞、凹陷、產(chǎn)生裂紋或噴出高速碎片，這些碎片可能威脅自身或其他航天器安全。防護(hù)措施方面，列舉一種典型方法，如：在航天器表面覆蓋防熱瓦或吸收材料，利用其燒蝕效應(yīng)吸收撞擊能量，保護(hù)內(nèi)層結(jié)構(gòu)。四、計算題1.答案：*電推進(jìn)推力T=P/c=5000W/(3x10?m/s)≈1.67x10??N*根據(jù)比沖定義：Isp=(v_e*g0)/Δv，其中Δv是排氣速度v_e在地表重力加速度g0下的等效速度。*因此，v_e=Isp*g0=3000s*9.8m/s2≈29400m/s*每秒消耗的推進(jìn)劑質(zhì)量Δm/s=T/v_e=(1.67x10??N)/(29400m/s)≈5.68x10?1?kg/s*比沖與推力的關(guān)系：比沖是衡量推進(jìn)劑效率的指標(biāo)，表示單位質(zhì)量推進(jìn)劑產(chǎn)生的沖量（以m/s計），與推力大小無直接比例關(guān)系，推力取決于功率和排氣速度。*每消耗1kg推進(jìn)劑獲得的比沖即為v_e，約為29400m/s。解析思路：計算題考察對電推進(jìn)基本參數(shù)和關(guān)系的理解。首先根據(jù)恒定功率和光速計算推力。然后理解比沖的定義，知道在海平面標(biāo)準(zhǔn)重力加速度下，比沖數(shù)值約等于排氣速度。通過推力公式T=P/c和排氣速度公式v_e=Isp*g0，推導(dǎo)出每秒消耗的推進(jìn)劑質(zhì)量。最后強(qiáng)調(diào)比沖與推力的關(guān)系，指出兩者并非簡單的正比關(guān)系。這里簡化了電推進(jìn)的效率（η）和功率分配，直接用P≈T*c進(jìn)行估算。2.答案：*霍曼轉(zhuǎn)移：從低軌道（500km）通過一次變軌機(jī)動進(jìn)入一個橢圓轉(zhuǎn)移軌道，其遠(yuǎn)地點(diǎn)與目標(biāo)高軌道（對應(yīng)100分鐘周期軌道高度更高，如約1500km左右）重合，然后在遠(yuǎn)地點(diǎn)進(jìn)行第二次變軌進(jìn)入目標(biāo)軌道。優(yōu)點(diǎn)是燃料消耗相對較少，是經(jīng)典且常用的方式。缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)移時間較長（數(shù)天到數(shù)周）。*非霍曼轉(zhuǎn)移：如果需要更快地改變軌道周期，可以采用多次變軌，或者直接從低軌道進(jìn)行大角度變軌進(jìn)入一個遠(yuǎn)地點(diǎn)較低或遠(yuǎn)地點(diǎn)不同的橢圓軌道，再進(jìn)行后續(xù)變軌。優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)移時間可以更短。缺點(diǎn)是燃料消耗通常比霍曼轉(zhuǎn)移更大。解析思路：計算題考察軌道機(jī)動的基本原理。首先明確衛(wèi)星周期增加意味著需要進(jìn)入一個更高或更橢圓的軌道。然后給出兩種經(jīng)典的軌道機(jī)動方式：霍曼轉(zhuǎn)移（L1-L2-L3點(diǎn)）和非霍曼轉(zhuǎn)移（直接大角度變軌或多次變軌）。分別闡述每種方式的基本過程、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。指出霍曼轉(zhuǎn)移是燃料效率最高但時間長的標(biāo)準(zhǔn)方法，非霍曼轉(zhuǎn)移則可以更快但通常消耗更多燃料。需要知道近地軌道周期與高度的大致關(guān)系，以便判斷目標(biāo)軌道的大致高度。五、論述題答案：當(dāng)前人類探測系外行星主要技術(shù)手段包括：凌日法（TransitMethod）、徑向速度法（DopplerSpectroscopy）、直接成像法（DirectImaging）和微引力透鏡法（Microlensing）。解析思路：首先需要列出當(dāng)前主流的系外行星探測方法。凌日法通過觀測恒星亮度周期性下降來探測行星；徑向速度法通過探測恒星“紅移”和“藍(lán)移”來判斷是否有行星引力擾動；直接成像法嘗試直接拍攝行星反射或自身發(fā)出的光；微引力透鏡法利用遙遠(yuǎn)背景恒星被前景大質(zhì)量天體（含行星）引力透鏡放大的效應(yīng)來探測。挑戰(zhàn)分析：*凌日法：主要挑戰(zhàn)是只能探測到靠近母恒星的行星（短周期），且無法直接獲取行星物理參數(shù)（大小、質(zhì)量、成分），易受星周盤混淆。*徑向速度法：對儀器精度要求極高，主要探測氣態(tài)巨行星，難以發(fā)現(xiàn)地球大小、低質(zhì)量行星，且易受伴星干擾。*直接成像法：主要挑戰(zhàn)是行星信號極其微弱，淹沒在母恒星強(qiáng)大的光芒中，需要極高分辨率的望遠(yuǎn)鏡和先進(jìn)的coronagraph（光掩星器）或空間望遠(yuǎn)鏡才能實現(xiàn)，目前主要探測到年輕、巨大、離母星遠(yuǎn)的行星。*微引力透鏡法：概率事件，觀測窗口短暫且不可控，且無法直接成像，只能獲得行星質(zhì)量下限和系統(tǒng)參數(shù)限制。技術(shù)創(chuàng)新與展望：*高對比度成像技術(shù)：發(fā)展更先進(jìn)的coronagraph、波前校正技術(shù)（如德意志180）、空間望遠(yuǎn)鏡（如詹姆斯·韋伯）等，提高直接成像能力，探測更小、更近的行星。*精密光譜與大氣分析：結(jié)合光譜技術(shù)，分析凌日行星或直接成