2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 太空设施与航天器材的发展

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——太空设施与航天器材的发展考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在题后的括号内）1.下列哪一项不属于典型的航天发射场功能分区？A.发射控制中心B.起飞工位C.航天器测试发射中心D.航天员公寓2.全球定位系统（GPS）等导航卫星星座实现全球覆盖，主要依赖其地面段中的哪个关键部分？A.轨道控制中心B.监测站网络C.数据注入站D.用户接收机3.国际空间站（ISS）作为长期在轨人类生存基地，其生命保障系统需要解决的核心问题是？A.轨道维持与机动B.能量供应与管理C.宇航员生理心理保障及环境控制D.航天器姿态精确控制4.下列哪种推进技术主要利用高能电粒子束或等离子体产生推力，具有高比冲的特点？A.化学火箭液体发动机B.固体火箭发动机C.电推进系统D.核热推进系统5.用于运载火箭第一级或上面级的燃料，需要具备高密度、高燃烧效率和良好安全性，以下哪种燃料组合符合这一要求？A.液氧/液氢B.液氧/煤油C.四氧化二氮/偏二甲肼D.液氧/甲烷6.航天器结构材料需要承受发射载荷、空间环境和长期运行的影响，以下哪种材料因质量轻、强度高、耐高温而常被用于航天器主体结构？A.铝合金B.不锈钢C.钛合金D.碳纤维增强复合材料7.能够多次重复使用，显著降低发射成本的运载火箭技术是？A.全液态推进剂火箭技术B.半可重复使用运载火箭技术C.级间分离回收技术D.可重复使用第一级助推器技术8.卫星通信系统实现全球覆盖，除了空间段卫星外，地面段必须建设？A.大量地面终端B.广泛的地面测控网络C.高功率发射站D.高灵敏度接收站9.人类目前建造的规模最大、长期在轨运行的多功能太空设施是？A.欧洲空间局空间站B.美国国家实验室空间站C.中国空间站D.国际空间站10.空间碎片对在轨航天器的主要威胁不包括？A.碰撞导致结构破坏B.引起剧烈振动C.产生电磁干扰D.直接补充航天器燃料二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题中的横线上）1.地面测控站通过______和______与航天器建立并维持通信联络。2.空间站通常采用______和______两种基本轨道。3.运载火箭的运载能力通常用______来衡量，其数值表示火箭能将多重的有效载荷送入预定轨道。4.航天器姿态控制系统的主要功能是使航天器保持或变换预定的______和______。5.碳纤维增强复合材料具有______、______、耐腐蚀等优点，是先进的航天器结构材料。6.空间太阳能电站是将太阳辐射能转换为______，再通过______传回地球的设想设施。7.卫星的有效载荷根据卫星的______不同而具有多种类型和功能。8.航天器的热控制系统需要解决的是在空间极端温差环境下，维持航天器各部件在______范围内的技术。9.可重复使用航天器技术的主要目标是实现航天器的______和降低发射______。10.探测深空目标的测控网络，如NASA的______，需要在全球范围内建立多个测控站。三、名词解释（每小题3分，共15分）1.轨道转移（OrbitTransfer）2.星座（Constellation）3.比冲（SpecificImpulse）4.航天器分系统（SpacecraftSubsystem）5.空间碎片（SpaceDebris）四、简答题（每小题5分，共20分）1.简述运载火箭发射场的主要功能。2.简述空间站的主要组成部分及其功能。3.简述化学火箭推进系统的主要类型及特点。4.简述航天器在轨需要进行姿态控制的原因。五、论述题（10分）结合当前发展现状，论述可重复使用运载火箭技术的重要意义及其面临的主要技术挑战。试卷答案一、选择题1.D解析：航天发射场功能分区主要包括发射控制中心、起飞工位、测试发射控制楼、发射塔架、燃料加注系统、测控系统等，用于执行发射任务。航天员公寓是为发射场工作人员提供住宿的设施，不属于发射场本身的直接功能分区。2.C解析：导航卫星星座需要将导航信号（包括时间、位置、速度等信息）发送给地面用户，这个过程需要地面段对卫星进行精确控制，包括星上注入站将导航电文和轨道参数注入卫星。监测站负责跟踪卫星、测量其轨道和遥测数据，并将这些信息传送给注入站和主控站，但注入站是直接进行数据注入的关键部分。3.C解析：国际空间站作为长期在轨人类生存基地，其核心任务是保障宇航员的生命安全，包括提供可呼吸的空气、适宜的温度和压力、洁净的水源以及防护辐射等，即生理心理保障及环境控制。轨道维持和机动、能量供应、姿态控制都是支持生命保障的基础，但核心问题是环境与生存条件的维持。4.C解析：电推进系统利用电力驱动等离子体产生高速喷流，从而产生推力。它具有比冲高（效率高）、燃料消耗少、可以连续长期工作等优点，特别适用于需要长期变轨、姿态机动或深空探测的航天器。化学火箭发动机、固体火箭发动机和核热推进系统都属于传统的热力发动机，通过燃烧燃料产生推力。5.B解析：液氧（LOX）作为氧化剂，煤油（RP-1）作为燃料，组成的推进剂组合（LOX/煤油）具有密度高（便于运输和储存）、燃烧效率高、安全性相对较好（相比氢或固体推进剂）、且能产生较大推力的特点，是目前主流的重型运载火箭和航天器上面级常用的推进剂组合。液氧/液氢（LOX/LH2）比冲最高但密度小、低温且易挥发；四氧化二氮/偏二甲肼（NTO/UDMH）是自燃推进剂，常用于上面级和姿态控制，但毒性较大。6.D解析：碳纤维增强复合材料（CFRP）是一种先进材料，其密度远低于铝合金、不锈钢和钛合金，但强度高，特别是抗拉强度和比强度（强度/密度）突出，且具有良好的耐高温、耐腐蚀性能，非常适合用于制造需要减轻重量同时又要求足够强度的航天器结构，如航天飞机机翼、火箭箭体等。7.D解析：可重复使用运载火箭技术的主要特点在于其第一级（有时包括上面级）或整个火箭能够发射后返回地面并经过检查、维护后再次发射。这种技术的核心目标是实现航天器的多次重复发射能力，从而显著降低单次发射的成本。8.A解析：卫星通信系统要实现全球覆盖，尤其是无缝隙覆盖，需要部署大量的卫星构成星座。仅仅依靠有限的地面发射站无法实现全球无处不在的覆盖，必须配合广泛分布的地面终端（用户站、关口站等）来接收和发送信号，才能构建覆盖全球的通信网络。9.D解析：国际空间站（ISS）是由美国、俄罗斯、日本、加拿大、欧洲航天局等多个国家共同参与建造和运营的长期在轨太空设施，其规模、复杂程度和参与国家数量是目前人类建造的最大的太空设施。10.D解析：空间碎片（又称轨道垃圾）对在轨航天器的威胁主要是高速碰撞可能造成的结构破坏、表面损伤，产生的碎片或爆炸产生的碎片可能进一步加剧威胁，碎片还会引起剧烈的振动和冲击，高速接近的碎片会干扰航天器的传感器和通信，但碎片本身无法直接与航天器发生作用来补充燃料。二、填空题1.遥测，遥控解析：地面测控站的主要功能是“耳聪目明”，即通过天线接收来自航天器的遥测信号（测量数据、状态信息等），了解航天器情况；同时通过发射机向航天器发送遥控指令，控制航天器执行各种操作。2.倾角轨道，近地轨道解析：空间站通常运行在近地轨道（LEO）上，为了覆盖不同的地理区域或实现特定的任务需求，其轨道会有一定的倾角（与赤道平面的夹角）。此外，为了方便宇航员出舱活动或进行空间科学观测，有时也会进行倾角调整或采用特定的轨道。3.载荷运载能力，运载系数或载荷比解析：运载火箭的运载能力是指火箭能够将有效载荷送达预定轨道（如近地轨道、地球同步转移轨道等）的能力，通常用公斤（kg）或吨（t）来表示。载荷运载能力是衡量运载火箭性能的核心指标。4.轨道，姿态解析：航天器在太空中需要按照预定轨道运行，并保持特定的指向（姿态），以完成其任务。姿态包括指向（对地、对日、对某天体等）和稳定（防止翻滚、摇摆）。姿态轨道控制系统负责精确地控制航天器的轨道位置和姿态状态。5.轻质，高强解析：碳纤维增强复合材料的核心优势在于其在很低的密度下能够提供很高的强度和刚度，即比强度和比模量很高，这对于需要减轻重量的航天器结构至关重要。6.电能，微波或电磁波解析：空间太阳能电站的核心思想是利用部署在太空中的大型太阳能电池阵列将太阳光能直接转换为电能，然后通过高功率微波发射系统或激光发射系统将电能传回地球接收站。7.用途解析：卫星的用途决定了其需要携带什么样的有效载荷。例如，通信卫星需要通信转发器，遥感卫星需要各类传感器（相机、雷达等），导航卫星需要原子钟和信号发射机，科学探测卫星则需要各种科学仪器。8.合适的工作温度解析：太空环境具有极端的温度变化，从阳光直射下的数百摄氏度到阴影区的零下数百摄氏度。航天器的热控制系统必须有效地管理这种巨大的温差，确保航天器上的电子设备、仪器、燃料等都在其设计允许的合适工作温度范围内运行。9.返回，成本解析：可重复使用航天器技术的核心目标是实现航天器的多次任务返回能力，从而极大地降低单次发射的硬件成本，提高发射频率和灵活性。10.深空测控网络（DeepSpaceNetwork,DSN）解析：NASA的DSN是一个全球性的、由大型天线组成的测控网络，分布在美国加州、澳大利亚和西班牙，用于对深空探测任务（如旅行者号、好奇号火星车等）进行通信、测轨和科学数据接收。三、名词解释1.轨道转移：指航天器从一个轨道转移到另一个预定轨道的过程，通常通过发动机点火改变速度实现。2.星座：指在接近同一轨道高度上运行的多颗卫星组成的系统，协同工作以实现全球覆盖或提高特定区域的服务能力。3.比冲：指单位质量推进剂产生的推力所做的功，或单位质量推进剂产生的冲量，是衡量推进系统效率的重要指标，数值越大表示效率越高。4.航天器分系统：指构成航天器总体，并协同工作以完成航天器特定功能的独立单元或子系统，如结构分系统、电源分系统、姿态控制分系统等。5.空间碎片：指在太空中运行的非工作状态的人造物体，包括废弃的航天器、火箭残骸、爆炸产生的碎片等，对在轨航天器构成威胁。四、简答题1.运载火箭发射场的主要功能包括：对运载火箭和有效载荷进行总装、测试和竖立；为火箭加注推进剂；控制火箭发射、飞行跟踪和测控；提供发射后的残骸回收处理设施；为发射场工作人员提供工作生活保障等。2.空间站的主要组成部分及其功能：核心舱（提供基本居住环境、生命保障、控制中心等）、实验舱（用于科学实验和研究）、节点舱（用于连接其他舱段、提供通道和设备接口）、对接舱（用于航天器对接）、服务舱（提供能源、推进、姿态控制等支持功能），以及必要的太阳能电池帆板、天线等外部设备。3.化学火箭推进系统的主要类型及特点：按推进剂状态可分为液体火箭发动机（又分液氧/液氢、液氧/煤油等，特点比冲高、推力可调、可重复使用潜力大）和固体火箭发动机（特点燃烧速度快、准备时间长、推力大、结构简单、不可重复使用）。按燃烧室数量可分为单级、二级、多级火箭，特点是通过级间分离，逐步降低质量，提高运载能力。4.航天器在轨需要进行姿态控制的原因：为了确保航天器的有效载荷（如传感器、通信天线）能够始终对准预定目标（如地球、太阳、观测天体），以获得最佳的工作性能；为了抵抗空间环境（如太阳光压、重力梯度、喷气反作用力）对航天器产生的干扰力矩，保持稳定指向；为了保护航天器免受空间环境（如辐射）的损害，将太阳翼、天线等敏感部件指向安全方向；对于需要精确指向的任务（如科学观测），需要实时精确地调整和控制姿态。五、论述题结合当前发展现状，论述可重复使用运载火箭技术的重要意义及其面临的主要技术挑战。可重复使用运载火箭技术是航天领域的重要发展方向，具有重大的战略意义和经济价值。其重要意义主要体现在以下几个方面：首先，显著降低发射成本。传统运载火箭多为一次性使用，其结构复杂、制造成本高昂。可重复使用火箭通过回收并重复使用第一级（甚至整个火箭），极大地减少了硬件的消耗，从而大幅降低了单次发射的制造成本和发射频率带来的运营成本，使得发射空间进入的成本门槛降低，有利于商业航天、小卫星星座、空间科学探索等领域的蓬勃发展。其次，提高发射灵活性和响应速度。可重复使用火箭由于回收和准备时间相对较短（理想状态下数周甚至数天），能够更快地响应任务需求，增加发射频次，提高了航天任务的灵活性和时效性，对于需要快速部署的军事