2025年大學(xué)《空間科學(xué)與技術(shù)》專業(yè)題庫——火星地表水資源的水質(zhì)分析考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請(qǐng)將正確選項(xiàng)的字母填在括號(hào)內(nèi)）1.根據(jù)現(xiàn)有探測(cè)數(shù)據(jù)，火星地表水（或含水）主要存在于哪里？A.廣泛分布的全球性液態(tài)海洋B.潮汐活動(dòng)引發(fā)的間歇性河流C.隱藏在地下冰層或永凍土層中D.僅存在于赤道地區(qū)的沼澤地帶2.以下哪個(gè)水質(zhì)參數(shù)主要反映了水中溶解性鹽類的總量？A.pH值B.總?cè)芙夤腆w（TDS）C.溶解氧（DO）D.濁度3.在火星極端輻射環(huán)境下，用于原位探測(cè)水質(zhì)的電化學(xué)傳感器面臨的主要挑戰(zhàn)是什么？A.易堵塞B.響應(yīng)速度慢C.信號(hào)漂移和穩(wěn)定性差D.制造成本過高4.若某火星湖泊水體呈現(xiàn)強(qiáng)酸性（pH遠(yuǎn)低于7），最可能的原因?yàn)椋緼.水體蒸發(fā)強(qiáng)烈B.沉積了大量的碳酸鹽礦物C.存在強(qiáng)烈的硫酸鹽還原菌活動(dòng)D.大氣二氧化碳大量溶于水中5.對(duì)于未來火星基地飲用水，以下哪種離子成分的過高可能需要特別關(guān)注并進(jìn)行去除？A.鈉離子（Na?）B.鈣離子（Ca2?）C.氯離子（Cl?）D.鎂離子（Mg2?）6.紅外光譜分析技術(shù)用于火星水質(zhì)分析的主要優(yōu)勢(shì)在于？A.可實(shí)現(xiàn)非接觸式遠(yuǎn)距離探測(cè)B.可提供高分辨率的速度信息C.對(duì)樣品的物理狀態(tài)要求嚴(yán)格D.成本極低且易于小型化7.評(píng)估某區(qū)域火星地表水資源的“宜居性”，以下哪項(xiàng)指標(biāo)通常被認(rèn)為是限制因素？A.水體呈中性（pH≈7）B.水中富含溶解有機(jī)物C.水體存在液態(tài)相D.水體被高濃度硫酸鹽污染8.在設(shè)計(jì)火星基地水再生系統(tǒng)時(shí)，對(duì)回收水的微生物污染檢測(cè)是必不可少的環(huán)節(jié)，這主要是因?yàn)?？A.火星大氣中微生物含量極高B.微生物代謝可能產(chǎn)生有害副產(chǎn)物C.微生物可能損壞水處理設(shè)備D.火星土壤是主要的微生物污染源9.比較地面實(shí)驗(yàn)室分析和火星原位水質(zhì)分析，后者更突出的優(yōu)勢(shì)是？A.可進(jìn)行更復(fù)雜的化學(xué)分析B.可重復(fù)進(jìn)行大量樣品測(cè)試C.無需樣品返回地球即可獲得結(jié)果D.分析精度通常高于實(shí)驗(yàn)室10.火星水的硬度過高（主要指鈣鎂離子濃度高）可能對(duì)火星基地的哪個(gè)方面造成不利影響？A.增加水體蒸發(fā)速率B.堵塞反滲透水處理膜C.降低水的冰點(diǎn)D.提供豐富的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)二、填空題（每空1分，共15分。請(qǐng)將答案填在橫線上）1.火星地表水資源的來源可能包括________、固態(tài)水升華和冷凝以及可能的地下水??升。2.濁度是衡量水中懸浮物含量多少的指標(biāo)，高濁度會(huì)增加后續(xù)水處理工藝（如_______）的負(fù)荷。3.氧化還原電位（ORP）反映了水體的氧化還原能力，對(duì)于判斷水體是否存在_______污染或適宜生命生存具有重要意義。4.在分析高鹽度火星水體時(shí)，選擇合適的_______對(duì)于確保測(cè)量準(zhǔn)確性至關(guān)重要。5.遙感技術(shù)在火星水質(zhì)評(píng)估中可用于_______水體顏色變化、推斷含鹽量或_______潛在污染源分布。6.火星原位水質(zhì)分析儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行需要考慮_______、溫差循環(huán)和_______等因素的影響。7.未來火星基地可能利用_______（填一種水質(zhì)指標(biāo)）的檢測(cè)來判斷水的潛在毒性。8.對(duì)回收水進(jìn)行_______是去除水中病原微生物、保障基地飲用水安全的關(guān)鍵步驟。9.火星水資源的開發(fā)利用必須考慮其對(duì)火星_______環(huán)境的潛在影響。10.將地球上的標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)評(píng)價(jià)方法直接應(yīng)用于火星時(shí)，需要考慮火星環(huán)境的特殊性，如_______、_______等因素。三、簡(jiǎn)答題（每題5分，共20分）1.簡(jiǎn)述電導(dǎo)率（EC）作為水質(zhì)參數(shù)在評(píng)估火星地表水可用性時(shí)的意義。2.簡(jiǎn)要比較兩種不同的火星水質(zhì)原位探測(cè)技術(shù)（如光譜法與電化學(xué)法）在原理和應(yīng)用場(chǎng)景上的主要區(qū)別。3.闡述火星地表水可能存在的幾種主要化學(xué)污染類型及其來源。4.為什么對(duì)火星水源進(jìn)行微生物檢測(cè)特別重要？需要關(guān)注哪些主要的微生物指標(biāo)？四、論述題（每題10分，共30分）1.論述在進(jìn)行火星地表水水質(zhì)分析時(shí)，選擇地面返回樣品分析、遙感數(shù)據(jù)分析與原位探測(cè)分析各自的優(yōu)勢(shì)、局限性以及它們之間如何協(xié)同工作。2.假設(shè)你是一名火星基地水資源主管，請(qǐng)論述在利用某選定地點(diǎn)的地下冰資源作為飲用水源時(shí)，你需要進(jìn)行哪些關(guān)鍵的水質(zhì)分析，并說明每項(xiàng)分析的目的。3.針對(duì)火星環(huán)境中水質(zhì)參數(shù)（如pH、TDS、特定離子濃度）隨時(shí)間可能發(fā)生的變化，你認(rèn)為應(yīng)建立怎樣的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)策略？并說明監(jiān)測(cè)哪些參數(shù)以及選擇何種監(jiān)測(cè)手段的考慮。---試卷答案一、選擇題1.C2.B3.C4.D5.C6.A7.C8.B9.C10.B二、填空題1.地下或間歇性噴泉/溫泉出水2.反滲透/蒸餾/電去離子3.化學(xué)或生物4.測(cè)量電極/傳感器類型5.識(shí)別，監(jiān)測(cè)6.輻射損傷，機(jī)械沖擊7.氯化物/硫酸鹽/重金屬離子8.消毒9.生態(tài)10.極端溫度，強(qiáng)輻射三、簡(jiǎn)答題1.解析思路：首先定義電導(dǎo)率（EC）是水中所有可溶性離子導(dǎo)電能力的總和，與離子濃度和種類有關(guān)。然后說明EC值可以反映水的總礦化度或鹽分含量。接著，結(jié)合火星環(huán)境，指出高鹽度可能意味著水不適合直接飲用或用于某些農(nóng)業(yè)活動(dòng)，需要大量處理。最后，強(qiáng)調(diào)EC是衡量水處理效率（如脫鹽效果）的常用指標(biāo)，也是評(píng)估水資源可用性的初步篩選參數(shù)。2.解析思路：首先選擇兩種技術(shù)，如光譜法（如紅外、拉曼光譜）和電化學(xué)法（如離子選擇性電極）。光譜法通過分析水吸收或散射特定波長(zhǎng)的光來識(shí)別化學(xué)成分和分子結(jié)構(gòu)，原理是基于物質(zhì)與電磁波的相互作用，優(yōu)點(diǎn)是非接觸、可同時(shí)分析多種成分，缺點(diǎn)是易受樣品基質(zhì)和干擾物影響，對(duì)儀器要求高。電化學(xué)法通過測(cè)量電極與水樣間的電信號(hào)（電壓、電流）來檢測(cè)特定離子或氧化還原狀態(tài)，原理是基于離子在電極表面的氧化還原反應(yīng)或選擇性吸附，優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備相對(duì)小型化、可原位實(shí)時(shí)測(cè)量，缺點(diǎn)是通常只能檢測(cè)特定離子，易受電極污染和電位漂移影響。應(yīng)用場(chǎng)景上，光譜法適合成分識(shí)別和遙感，電化學(xué)法適合特定離子快速監(jiān)測(cè)和原位連續(xù)分析。3.解析思路：列舉可能的污染類型，如化學(xué)污染：來自火山活動(dòng)釋放的硫化物、氯化物等形成的酸性水；來自土壤和巖石風(fēng)化的溶解鹽類（高TDS）；來自潛在工業(yè)活動(dòng)或未來基地實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的有毒化學(xué)物質(zhì)（如重金屬、鹵代烴）。生物污染：如果存在過去或現(xiàn)在的微生物活動(dòng)，可能產(chǎn)生有機(jī)污染物或改變水體化學(xué)成分（如硫酸鹽還原）。強(qiáng)調(diào)來源多樣，包括火星內(nèi)生和未來人類活動(dòng)引入。4.解析思路：首先強(qiáng)調(diào)火星環(huán)境雖然目前看似barren，但仍存在生命存在的潛在可能性（過去或現(xiàn)在微生命），且未來基地是密閉環(huán)境，微生物污染可能引發(fā)健康風(fēng)險(xiǎn)。因此，檢測(cè)是為了排除已知有害微生物，確認(rèn)水質(zhì)安全。其次，關(guān)注指標(biāo)應(yīng)包括總大腸菌群、特定病原菌（如果已知存在可能適應(yīng)火星環(huán)境的種類）、以及能指示水體受生物活動(dòng)污染的指標(biāo)（如某些有機(jī)物、特定微生物代謝產(chǎn)物）。四、論述題1.解析思路：*優(yōu)勢(shì)與局限性：*地面返回樣品分析：優(yōu)勢(shì)是精度高、可進(jìn)行全元素分析、不受火星現(xiàn)場(chǎng)條件限制；局限性是成本極高、樣品代表性可能有限、分析周期長(zhǎng)、無法提供實(shí)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)信息。*遙感數(shù)據(jù)分析：優(yōu)勢(shì)是覆蓋范圍廣、可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、成本相對(duì)較低；局限性是精度較低、只能探測(cè)表層的宏觀信息、易受大氣干擾、無法獲取水體的理化性質(zhì)細(xì)節(jié)。*原位探測(cè)分析：優(yōu)勢(shì)是實(shí)時(shí)性強(qiáng)、可深入探測(cè)、成本相對(duì)可控（尤其未來小型化）、可直接獲取特定點(diǎn)位的詳細(xì)數(shù)據(jù)；局限性是通常點(diǎn)位有限、測(cè)量范圍小、易受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響導(dǎo)致儀器漂移、部分復(fù)雜分析手段實(shí)現(xiàn)難度大。*協(xié)同工作：遙感用于初步篩選和圈定重點(diǎn)區(qū)域；原位探測(cè)用于對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)、實(shí)時(shí)的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；地面返回樣品用于對(duì)關(guān)鍵問題進(jìn)行高精度驗(yàn)證和深入的實(shí)驗(yàn)室分析。三者結(jié)合可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，獲得更全面、準(zhǔn)確、及時(shí)的火星水質(zhì)信息。2.解析思路：*關(guān)鍵水質(zhì)分析項(xiàng)目及目的：*物理指標(biāo)：溫度（影響冰融化、處理工藝）、濁度（指示懸浮物，影響過濾和后續(xù)處理）、色度（影響感官和某些處理效果）。*化學(xué)指標(biāo)：pH值（指示酸堿度，影響腐蝕性和處理化學(xué)劑選擇）、TDS（總?cè)芙夤腆w，反映鹽分總量，是脫鹽處理的基礎(chǔ)）、主要離子濃度（Cl?,SO?2?,Na?,K?,Mg2?,Ca2?等，指示水化學(xué)類型，評(píng)估對(duì)管道的腐蝕性、結(jié)垢性，以及是否需要軟化處理）、硬度（與Ca2?,Mg2?相關(guān)，影響結(jié)垢）、溶解氧（DO，對(duì)于某些生命支持系統(tǒng)可能需要）、電導(dǎo)率（EC，TDS的快速表征指標(biāo)）、特定陰離子/陽離子（如NO??,F?,HCO??，可能存在于土壤或冰層中，有毒性或影響人體健康）、重金屬離子（如Pb,Cd,As，來自地質(zhì)背景或處理過程污染）。*論述邏輯：從確保飲用安全（物理、化學(xué)、微生物指標(biāo)）、滿足特定工藝需求（如脫鹽、軟化）、保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施（考慮腐蝕、結(jié)垢）、評(píng)估對(duì)人體健康的長(zhǎng)遠(yuǎn)影響（關(guān)注特定污染物）等多個(gè)角度闡述需要檢測(cè)的項(xiàng)目及其必要性。3.解析思路：*監(jiān)測(cè)策略要素：需要長(zhǎng)期、連續(xù)、多點(diǎn)（如果資源允許）的監(jiān)測(cè)。*監(jiān)測(cè)參數(shù)選擇：核心參數(shù)應(yīng)包括TDS、關(guān)鍵離子濃度（特別是pH和易腐蝕/結(jié)垢離子）、濁度、EC。根據(jù)水源類型和潛在風(fēng)險(xiǎn)，可選擇性監(jiān)測(cè)DO、特定污染物（如NO??）、水溫。微生物指標(biāo)應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行定期或連續(xù)監(jiān)測(cè)。*監(jiān)測(cè)手段選擇：結(jié)合成本、