2025年大學《空間科學與技術(shù)》專業(yè)題庫——火星地下城市建設(shè)技術(shù)研究考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題1.與建造地表城市相比，選擇火星地下空間建設(shè)定居點最主要的優(yōu)勢之一是能夠有效屏蔽來自火星大氣和宇宙的高能輻射。2.火星地下城市所需的水資源，最主要的潛在來源是火星地表下的水冰。3.在火星地下環(huán)境中，利用就地資源（ISRU）技術(shù)生產(chǎn)建筑材料，其核心意義在于減少地面的物資運輸負擔。4.為了維持適宜的氣壓和溫度，火星地下城市需要建立復雜的環(huán)境控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常需要優(yōu)先保障能源供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性。5.針對火星地下可能存在的巖層移動或微地震風險，地下城市建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要特別考慮的關(guān)鍵因素是抗震性和長期穩(wěn)定性。6.目前，探測火星地下水冰最有效的手段之一是利用攜帶合成孔徑雷達的測高衛(wèi)星進行探測。7.火星地下城市生命保障系統(tǒng)中，氧氣生成和二氧化碳去除是相互關(guān)聯(lián)的兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。8.在低重力環(huán)境下，火星地下城市的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工方法與地球工程相比，需要考慮的主要差異是結(jié)構(gòu)承重和挖掘穩(wěn)定性問題。9.火星地下城市中的通信系統(tǒng)，由于地下環(huán)境的屏蔽效應(yīng)，可能比地表城市需要更高頻率的信號或更復雜的中繼設(shè)備。10.國際上關(guān)于火星地下城市的研究，目前仍處于概念設(shè)計和早期技術(shù)探索階段，尚未有實際的開采和建設(shè)活動。二、填空題1.火星地表年平均溫度約為零下63攝氏度，而其地下數(shù)米深處溫度則相對穩(wěn)定，通常接近冰點。2.利用火星土壤（風化層）作為建筑材料，通常需要解決其______含量高、壓縮性大等問題。3.為了防止地球微生物污染火星，進入火星地下城市的人員和物資都必須經(jīng)過嚴格的______處理。4.火星地下城市的環(huán)境控制系統(tǒng)不僅要維持大氣成分和氣壓，還需要精確調(diào)控______和濕度。5.目前被廣泛研究用于火星地下城市能源供應(yīng)的核能形式主要包括______和核反應(yīng)堆。6.在火星地下城市中，水資源的循環(huán)利用系統(tǒng)是實現(xiàn)______的關(guān)鍵技術(shù)之一。7.對于需要長期駐留的火星地下城市，建立可靠的______系統(tǒng)對于應(yīng)對突發(fā)狀況至關(guān)重要。8.利用火星地下冰直接進行______，是實現(xiàn)建筑就地取材和快速建造的一種潛在技術(shù)路徑。9.火星大氣的主要成分是二氧化碳，將其轉(zhuǎn)化為氧氣和甲烷等資源，是______技術(shù)的核心應(yīng)用之一。10.地下城市施工中，如果采用鉆探和挖掘方法，必須面對巖石破碎、______以及開挖面穩(wěn)定等技術(shù)挑戰(zhàn)。三、簡答題1.簡述火星地下環(huán)境相比于地表環(huán)境，在輻射防護方面的主要優(yōu)勢。2.簡要說明火星地下水資源（水冰）的勘探主要面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)。3.簡述火星地下城市生命保障系統(tǒng)中，大氣處理和水循環(huán)利用兩個子系統(tǒng)之間的聯(lián)系。4.簡述采用3D打印技術(shù)建造火星地下建筑的主要優(yōu)勢。5.簡述火星地下城市可能面臨的地震風險來源及其對城市結(jié)構(gòu)的影響。6.簡述建立火星地下城市所必須考慮的主要倫理和社會問題。四、論述題1.論述利用地熱能作為火星地下城市主要能源的潛力、技術(shù)途徑以及可能面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合你所了解的火星探測任務(wù)和技術(shù)發(fā)展，論述實現(xiàn)火星地下城市建設(shè)的可能性以及需要克服的關(guān)鍵科學和技術(shù)難題。---試卷答案一、選擇題1.√2.√3.√4.√5.√6.√7.√8.√9.√10.√二、填空題1.水分2.巖石3.消毒4.溫度5.核電池6.自給自足7.應(yīng)急響應(yīng)8.3D打印9.碳捕獲與利用（CCU）10.粉塵三、簡答題1.解析思路：對比地表暴露環(huán)境與地下環(huán)境接受到的輻射類型（宇宙射線、太陽粒子事件、火星表面散射的輻射）和強度。地下環(huán)境由于巖層的屏蔽作用，能夠有效阻擋大部分穿透地面的高能輻射，特別是宇宙射線和太陽高能粒子，從而提供更安全的輻射防護。2.解析思路：說明火星水冰分布的不確定性、埋藏深度、探測精度要求高、需要克服極端低溫和壓力環(huán)境進行采樣或鉆探、如何從風化層或冰蓋中高效提取水冰等技術(shù)挑戰(zhàn)。3.解析思路：闡述大氣處理系統(tǒng)如何將空氣中的二氧化碳轉(zhuǎn)化為水（通過MOXIE等設(shè)備）和氧氣，這些水再通過水循環(huán)系統(tǒng)被收集、凈化，一部分用于生命維持，另一部分可以在電解裝置中分解產(chǎn)生氧氣和氫氣，氫氣可用于燃料或進一步的生命支持循環(huán)。兩者形成閉環(huán)。4.解析思路：說明3D打印可以直接利用火星上的土壤或風化層作為原料，無需從地球運輸大量建筑材料，大大降低發(fā)射成本；可以實現(xiàn)復雜結(jié)構(gòu)的快速建造和按需設(shè)計；能夠適應(yīng)不規(guī)則的地形。5.解析思路：分析火星自身地質(zhì)活動（如板塊運動、核心活動）或大型隕石撞擊可能引發(fā)的地震波。討論這些地震對地下結(jié)構(gòu)可能造成的振動沖擊、應(yīng)力集中甚至破壞，強調(diào)需要采用隔震、減震設(shè)計來提高結(jié)構(gòu)的抗震性能和韌性。6.解析思路：從資源分配（水、能源、空間）、社會結(jié)構(gòu)形成、與地球的聯(lián)系割裂帶來的心理影響、長期駐留可能產(chǎn)生的新文化或社會問題、對火星環(huán)境的潛在影響、以及作為地球文明延伸的倫理地位等方面進行闡述。四、論述題1.解析思路：*潛力：闡述火星存在地熱資源（如火山活動區(qū)、厚冰蓋下），其能量相對穩(wěn)定、可持續(xù)，且無需大氣或光照條件。*技術(shù)途徑：討論利用放射性同位素熱源（RTG）或核反應(yīng)堆作為熱源，加熱地下巖體或冰蓋，通過熱交換系統(tǒng)或直接驅(qū)動渦輪機發(fā)電。*挑戰(zhàn)：分析勘探和定位地熱資源的難度、將熱能高效轉(zhuǎn)化為電能的技術(shù)要求、核能在地下環(huán)境的安全性設(shè)計、核廢料處理、以及系統(tǒng)長期可靠運行和維護的挑戰(zhàn)。2.解析思路：*可能性：結(jié)合火星勘測軌道飛行器（MRO）、好奇號/毅力號探測器獲取的地質(zhì)、環(huán)境數(shù)據(jù)，論證火星存在水冰、適宜的地下環(huán)境（輻射防護），以及人類在火星表面生存和進行技術(shù)操作的經(jīng)驗積累，說明逐步向地下城市過渡的可能性。*關(guān)鍵科學難題：科學上需要精確探測地下資源分布、理解火星地質(zhì)活動規(guī)律、研究地下極端環(huán)境對生命和材料