2025年大學《空間科學與技術(shù)》專業(yè)題庫——太空資源與能源利用探討考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分。請將正確選項的字母填在括號內(nèi)。）1.下列哪種資源主要存在于月球表面土壤（ILS）中，被認為是未來核聚變的重要潛在燃料？A.氦-3B.氫C.鈦D.氧2.與從地球運送物資相比，利用小行星資源的主要優(yōu)勢之一是？A.資源種類更單一B.運輸成本可能更低C.探測難度更大D.資源儲量更不豐富3.目前在近地軌道和深空探測中應(yīng)用最廣泛的太空核能裝置是？A.太陽能電池板陣列B.核裂變反應(yīng)堆C.放射性同位素熱電發(fā)生器（RTG）D.磁流體發(fā)電裝置4.軌道太陽能電站（OBS）面臨的主要技術(shù)挑戰(zhàn)之一是？A.太陽能電池轉(zhuǎn)換效率低B.軌道維持成本過高C.地球大氣對太陽能的衰減D.無線能量傳輸?shù)闹赶蚓群桶踩?.“原位資源利用”（ISRU）在太空任務(wù)中的核心意義在于？A.減少地球發(fā)射負擔B.提高資源開采效率C.增加太空任務(wù)風險D.替代所有地球制造技術(shù)6.開采小行星資源可能帶來的主要環(huán)境風險之一是？A.產(chǎn)生大量空間碎片B.引發(fā)小行星撞擊地球C.釋放有毒氣體污染空間環(huán)境D.影響地球臭氧層7.太空核反應(yīng)堆（如SMR）相比RTG的主要優(yōu)勢通常在于？A.體積更小、重量更輕B.能量輸出功率更高、更穩(wěn)定C.安全性更低、易發(fā)生事故D.對空間輻射環(huán)境要求更低8.將太空產(chǎn)生的電力通過無線方式（如激光或微波）傳回地球，這種方式最主要的工程難題是？A.能量轉(zhuǎn)換效率難以保證B.接收端設(shè)備成本過高C.傳輸過程中的能量損失和衰減D.地球大氣對能量束的散射和吸收9.支持月球基地建設(shè)和長期駐留，太空資源利用最直接和重要的應(yīng)用領(lǐng)域是？A.生產(chǎn)昂貴的空間科學儀器B.提供生活所需的氧氣和水C.礦產(chǎn)資源出口到地球D.進行大規(guī)模太空旅游10.中國空間站目前利用的主要能源來源是？A.太陽能電池板B.從地球帶來的燃料C.核電池D.地球電網(wǎng)無線傳輸二、簡答題（每小題5分，共25分。請簡要回答下列問題。）1.簡述太空太陽能和太空核能各自的主要優(yōu)缺點。2.簡述“ISRU”技術(shù)對于深空探測任務(wù)的意義。3.簡述實現(xiàn)太空能源無線傳輸?shù)闹饕夹g(shù)路徑及其面臨的核心挑戰(zhàn)。4.簡述月球表面存在水冰的主要證據(jù)及其潛在的應(yīng)用價值。5.簡述太空資源開發(fā)利用活動可能對空間環(huán)境造成哪些主要影響。三、論述題（每小題10分，共30分。請圍繞下列問題展開論述。）1.論述發(fā)展月球太陽能電站的必要性和面臨的主要技術(shù)、經(jīng)濟挑戰(zhàn)。2.結(jié)合當前航天技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，論述太空資源（如月球氦-3、小行星金屬）對地月經(jīng)濟體系形成的可能貢獻。3.從資源可持續(xù)利用和環(huán)境安全的角度，論述在開發(fā)太空資源過程中應(yīng)如何兼顧經(jīng)濟效益與發(fā)展責任。四、方案設(shè)計題（15分。）假設(shè)未來需要為一個長期駐留的月球科研前哨站設(shè)計一套能源供應(yīng)方案。請簡述該方案應(yīng)考慮的關(guān)鍵因素，并比較太陽能方案和核能方案（如RTG或小型核反應(yīng)堆）在該場景下的適用性及優(yōu)缺點。試卷答案一、選擇題（每小題2分，共20分。）1.A*解析思路：氦-3是一種輕核元素，被認為是未來聚變反應(yīng)的理想燃料，主要富集在月球土壤中。2.B*解析思路：小行星資源相對容易接近，且可能富含地球稀缺的金屬，理論上相比從地球運送成本更低。3.C*解析思路：RTG利用放射性同位素衰變產(chǎn)生的熱電效應(yīng)發(fā)電，技術(shù)成熟，可靠性高，已廣泛應(yīng)用于深空探測器（如旅行者號、好奇號），適用于長壽命、遠離太陽的任務(wù)。4.D*解析思路：無線能量傳輸（激光或微波）需要極高的指向精度和功率密度，如何確保能量束安全、準確地到達地面接收站，并避免對地面環(huán)境和航空交通造成干擾是核心挑戰(zhàn)。5.A*解析思路：ISRU旨在利用太空當?shù)氐馁Y源來減少對地球發(fā)射物資的依賴，從而大幅降低深空探測任務(wù)的發(fā)射成本和風險。6.A*解析思路：大規(guī)模開采小行星可能產(chǎn)生大量碎石或碎片云，對近地空間或其他航天器構(gòu)成碰撞威脅，是主要的環(huán)境風險。7.B*解析思路：核反應(yīng)堆可以通過核裂變產(chǎn)生大量熱能，進而驅(qū)動發(fā)電系統(tǒng)，理論功率遠高于RTG，能夠滿足更大功率太空應(yīng)用的需求。8.C*解析思路：能量以電磁波形式在真空中傳播時，會因距離增加而按平方反比定律衰減，同時需要克服地球大氣的吸收和散射，導(dǎo)致能量到達地面時強度大大降低，效率問題顯著。9.B*解析思路：月球基地需要持續(xù)獲得生命支持必需品——氧氣和水，就地資源利用（ISRU）是生產(chǎn)這些物資最直接、最可持續(xù)的方式。10.A*解析思路：中國空間站位于近地軌道，主要依靠安裝在艙體外部的太陽能電池板陣列獲取太陽能發(fā)電，為艙內(nèi)設(shè)備提供電力。二、簡答題（每小題5分，共25分。）1.太陽能優(yōu)點：資源豐富、清潔無污染、技術(shù)相對成熟。缺點：受晝夜交替、天氣、軌道位置影響，能量密度相對較低，需要大面積電池板，大型電站部署復(fù)雜。*解析思路：回答需涵蓋太陽能的基本特性和局限性。優(yōu)點在于其普遍性、環(huán)保性和現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)。缺點則涉及其波動性、能量密度小導(dǎo)致對面積需求大以及大規(guī)模部署的工程難度。*解析思路：回答需突出ISRU的核心目的——減少地緣依賴和成本，并解釋其對任務(wù)可行性和持續(xù)性的提升作用，如延長任務(wù)壽命、降低發(fā)射重量等。2.太陽能路徑：主要依賴大功率太陽能電池板陣列，可能結(jié)合聚光裝置提高效率。核心挑戰(zhàn)：能量傳輸效率（大氣吸收損耗）、地面/空間接收端的安全性（高功率密度）、指向精度與穩(wěn)定性、地面電網(wǎng)接入或能量儲存問題。*解析思路：回答需明確兩種主要技術(shù)路徑（激光/微波），并分別指出各自面臨的關(guān)鍵工程難題，特別是與大氣、能量控制和安全相關(guān)的挑戰(zhàn)。3.月球水冰證據(jù)：月壤中的氫同位素豐度異常、月球極地永久陰影區(qū)（PSRs）雷達探測到的強反射信號。應(yīng)用價值：可提供宇航員呼吸所需的氧氣、火箭推進劑所需的水，并可用于飲用和農(nóng)業(yè)種植，是實現(xiàn)月球基地自給自足的關(guān)鍵。*解析思路：回答需列出可靠的證據(jù)類型（如科學探測數(shù)據(jù)），并闡述水冰具體能應(yīng)用的方面（氧氣、燃料、生活用水），強調(diào)其對于月球基地生存的重要性。4.主要影響：產(chǎn)生空間碎片（碰撞風險）、發(fā)射活動和著陸/開采過程可能釋放污染物（如燃料燃燒產(chǎn)物、開采粉塵）、改變小行星或月球的表面物質(zhì)組成或狀態(tài)、對空間觀測造成干擾。*解析思路：回答需從物理、化學和功能三個層面思考，覆蓋對近地/深空環(huán)境、空間天氣、以及未來空間活動可能產(chǎn)生的間接或長遠影響。三、論述題（每小題10分，共30分。）1.必要性：滿足月球基地長期運行和人類活動所需的巨大能源需求，實現(xiàn)能源就地保障，降低對地球的依賴，是建立月球基地、開展深空探測的基礎(chǔ)支撐。*解析思路：從戰(zhàn)略需求（基地生存、任務(wù)持續(xù)性）、經(jīng)濟性（長期成本效益）和技術(shù)挑戰(zhàn)（現(xiàn)有能源方案不足）角度論證其必要性。挑戰(zhàn)可包括極端環(huán)境適應(yīng)性、大功率轉(zhuǎn)換傳輸、安全性與可靠性等。2.貢獻可能體現(xiàn)在：為月球資源開采、加工、制造提供電力，支持月球旅游、科研、醫(yī)療等產(chǎn)業(yè)發(fā)展，形成地月資源循環(huán)利用的經(jīng)濟閉環(huán)，帶動相關(guān)高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提升地月經(jīng)濟體系的活力和韌性。*解析思路：需將太空資源開發(fā)利用與具體的經(jīng)濟活動（開采、制造、旅游等）聯(lián)系起來，闡述其對產(chǎn)業(yè)形成、價值鏈構(gòu)建、技術(shù)進步和經(jīng)濟增長的潛在推動作用。3.兼顧方式：建立健全太空資源開發(fā)利用的國際法律框架和規(guī)范，加強環(huán)境風險評估與監(jiān)測，推廣清潔開采和資源回收技術(shù)，設(shè)立空間環(huán)境保護基金，推動國際合作與信息共享，平衡短期經(jīng)濟利益與長期可持續(xù)發(fā)展目標。*解析思路：提出具體的政策、技術(shù)、法律和國際合作層面的措施，強調(diào)預(yù)防為主、評估先行、責任共擔、利益共享的原則，確保太空資源利用在滿足人類需求的同時，最大限度減少對空間環(huán)境的負面影響。四、方案設(shè)計題（15分。）關(guān)鍵因素：能源需求量（功率等級）、任務(wù)持續(xù)時間、月球著陸點位置與環(huán)境（光照、溫度、輻射）、可靠性要求、成本預(yù)算、技術(shù)成熟度、安全性考量（核安全vs.太陽能板部署風險）。*解析思路：應(yīng)從任務(wù)本身（需求、環(huán)境）和系統(tǒng)設(shè)計（技術(shù)、成本、安全）等多個維度列出影響能源方案選擇的要素。*太陽能方案適用性：優(yōu)點是清潔、技術(shù)成熟、無長期運行風險。缺點是在月球極地永久陰影區(qū)或極端天氣條件下無法工作，對電池板面積和防塵要求高，初期投資可能較大。*解析思路：