2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 星际太空旅行与宇宙时间变化

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——星际太空旅行与宇宙时间变化考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分）1.下列哪种推进系统被认为是实现高效星际太空旅行的最有潜力的技术之一？A.槽道式火箭B.核热火箭C.等离子推进器D.脉冲爆震推进器2.根据狭义相对论，高速运动的物体相对于静止观察者的长度会发生收缩，这一现象被称为？A.时间膨胀B.长度收缩C.质量增加D.速度叠加3.宇宙膨胀的证据之一是？A.观测到遥远星系的光谱蓝移B.观测到超新星爆发的频率C.观测到宇宙微波背景辐射D.观测到行星轨道的偏心率4.在星际旅行中，为了维持宇航员的生命，必须解决的关键问题之一是？A.航天器的姿态控制B.航天器的轨道机动C.航天员的食物和水的循环利用D.航天器的通信系统5.下列哪个物理学家提出了广义相对论，该理论对理解引力、时间流逝和宇宙结构具有重要意义？A.爱因斯坦B.牛顿C.伽利略D.普朗克6.旅行者号探测器目前的状态是？A.绕太阳运行B.正在穿越奥尔特云C.已进入星际空间D.已坠毁于某个行星7.会导致时间膨胀效应加剧的因素是？A.恒星的引力场B.宇宙的膨胀C.高速运动D.以上所有8.人类目前探索太阳系外行星的主要方法是？A.直接观测B.射电望远镜C.红外望远镜D.系外行星凌日法9.空间漫游时，宇航员面临的生理挑战之一是？A.重力适应B.微重力环境C.失重导致的肌肉萎缩D.以上所有10.假设宇航员乘坐一艘接近光速的飞船进行星际旅行，根据相对论，地球上的时间相对于宇航员会？A.变慢B.变快C.保持不变D.无法确定二、填空题（每空1分，共20分）1.__________是指航天器在太空中从一个位置移动到另一个位置的过程。2.__________是指在太空中进行舱外活动的宇航员。3.__________是指宇宙空间中存在的、由气体和尘埃组成的云状物质。4.__________是指物体运动速度接近光速时，其质量会随着速度的增加而增加的现象。5.__________是指宇宙空间中存在的、由暗物质和暗能量构成的、看不见的物质。6.__________是指航天器在太空中运行的轨道。7.__________是指利用核反应产生的热能来推动航天器的推进系统。8.__________是指宇宙空间中存在的、由高能带电粒子组成的流。9.__________是指宇宙空间中存在的、由星际气体和尘埃组成的薄雾状物质。10.__________是指航天器在太空中改变自身飞行方向和速度的过程。三、简答题（每题5分，共30分）1.简述狭义相对论中的两个基本假设。2.简述星际旅行面临的几个主要挑战。3.简述宇宙微波背景辐射的意义。4.简述黑洞对周围时空的影响。5.简述空间站的作用。6.简述未来星际旅行可能采用的新技术。四、计算题（每题10分，共20分）1.假设一艘星际飞船以0.8c的速度（c为光速）从地球前往距离为10光年的比邻星，根据狭义相对论，飞船上的时钟相对于地球上的时钟会慢多少？2.假设一艘质量为5000吨的航天器，需要产生10牛的推力才能进入轨道，如果使用化学火箭，其需要的推进剂质量是多少？（假设火箭的比冲为300秒）五、论述题（每题15分，共30分）1.论述时间膨胀效应对星际旅行的影响。2.论述人类探索宇宙的意义。试卷答案一、选择题1.B2.B3.A4.C5.A6.C7.D8.D9.D10.A二、填空题1.轨道机动2.空间行走3.星际云4.质量增加5.暗物质6.轨道7.核热推进8.粒子束9.星际尘埃10.轨道机动三、简答题1.简述狭义相对论中的两个基本假设。解析思路：狭义相对论的两个基本假设是：第一，物理定律在所有惯性参考系中都是相同的；第二，真空中的光速对所有的观察者来说都是相同的，与光源和观察者的相对运动无关。2.简述星际旅行面临的几个主要挑战。解析思路：星际旅行面临的挑战包括：巨大的距离、漫长的时间、宇宙环境的威胁（如辐射、微流星体）、生命保障系统的维持、高速飞行带来的相对论效应、燃料问题等。3.简述宇宙微波背景辐射的意义。解析思路：宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的余晖，它提供了关于早期宇宙的重要信息，支持了宇宙大爆炸理论，并帮助科学家理解了宇宙的起源和演化。4.简述黑洞对周围时空的影响。解析思路：黑洞具有极强的引力，会扭曲周围的时空，产生引力透镜效应，并形成事件视界，一旦物体越过事件视界，就无法逃脱。黑洞还会加速吸积物质，产生高能辐射。5.简述空间站的作用。解析思路：空间站是人类的太空基地，用于进行科学实验、技术验证、太空观测、太空生产等活动，同时也是人类进行长期太空飞行的试验平台。6.简述未来星际旅行可能采用的新技术。解析思路：未来星际旅行可能采用的新技术包括：更高效的推进系统（如核聚变推进、光帆推进）、先进的生命保障系统、人工智能辅助的自主导航、可重复使用的航天器、新型材料等。四、计算题1.假设一艘星际飞船以0.8c的速度（c为光速）从地球前往距离为10光年的比邻星，根据狭义相对论，飞船上的时钟相对于地球上的时钟会慢多少？解析思路：使用时间膨胀公式Δt=Δt₀/√(1-v²/c²)，其中Δt是地球上的时间，Δt₀是飞船上的时间，v是飞船的速度，c是光速。Δt₀=10光年/0.8c=12.5年。Δt=12.5年/√(1-0.64)=25年。时间膨胀量Δt-Δt₀=25年-12.5年=12.5年。2.假设一艘质量为5000吨的航天器，需要产生10牛的推力才能进入轨道，如果使用化学火箭，其需要的推进剂质量是多少？（假设火箭的比冲为300秒）解析思路：使用火箭方程m₀/mᵢ=exp(F∆t/ve)，其中m₀是初始质量，mᵢ是最终质量，F是推力，∆t是burntime，ve是比冲。解出mᵢ=m₀/exp(F∆t/ve)。需要先计算burntime，F=ma，a=ve/∆t，∆t=ve/F=300s*1kg/(10N)=30s。mᵢ=5000吨/exp(10N*30s/(300s*1kg/(10N)))=5000吨/exp(1)=5000吨/e≈1839吨。推进剂质量Δm=m₀-mᵢ=5000吨-1839吨=3161吨。五、论述题1.论述时间膨胀效应对星际旅行的影响。解析思路：时间膨胀效应意味着在高速星际旅行中，宇航员经历的时间会比地球上的时间少。这将大大缩短宇航员的主观旅行时间，使得星际旅行在可接受的时间范围内完成。同时，宇航员到达目的地时，地球上可能已经过去了很多年，甚至经历了