2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 火箭推进技术的现状与展望

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——火箭推进技术的现状与展望考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项的字母填在题后的括号内。）1.根据火箭方程，要提高火箭的最终速度，最有效的方法是（）。A.增加火箭的初始质量B.减少火箭的初始质量C.增加火箭的最终质量D.使用比冲更高的推进剂2.在火箭发动机中，用于将推进剂液体从贮箱输送至燃烧室的部件是（）。A.燃烧室B.喷管C.泵D.点火器3.下列哪种推进剂通常具有较高的比冲，但需要复杂的加注和储管系统？（）A.液体火箭推进剂（如液氧/液氢）B.固体火箭推进剂C.气体燃料火箭推进剂D.氢化铝推进剂4.为了承受燃烧产生的高温和高压，火箭发动机燃烧室通常采用（）。A.简单金属壳体B.高强度复合材料结构C.特种耐高温冷却结构（如再生冷却）D.气动调节阀门5.固体火箭发动机与液体火箭发动机相比，其主要优点之一是（）。A.推力可以精确调节B.启动准备时间短C.推进剂能量密度高D.发动机寿命长6.火箭发动机喷管的主要作用是（）。A.储存推进剂B.压缩进入的空气C.将燃烧产生的高温高压气体转化为推力D.控制发动机的点火7.被认为是未来高超声速飞行器潜在先进推进技术之一的是（）。A.传统液体火箭发动机B.脉冲爆震发动机C.固体火箭助推器D.涡轮风扇发动机8.火箭发动机再生冷却技术的核心原理是（）。A.利用燃烧产生的高温气体冷却燃烧室壁B.通过循环流动的推进剂自身来冷却燃烧室壁C.使用特殊材料吸收热量D.减少燃烧室的热负荷9.可重复使用运载火箭的关键技术挑战之一是（）。A.提高发射成功率B.降低发射成本C.增加运载能力D.提高推进剂效率10.低成本、快速响应发射任务对火箭推进技术提出的主要要求是（）。A.极高的比冲B.完全的自主控制C.高度标准化和快速制造能力D.先进的智能化技术二、填空题（每空2分，共20分。请将正确答案填在横线上。）1.火箭推进系统按推进剂状态可分为______推进、______推进和______推进。2.液体火箭发动机根据推进剂输送方式不同，可分为______和______两类。3.喷管中，使气体热力学能转化为宏观动能的关键过程是______。4.固体火箭发动机的性能主要取决于其______和______。5.火箭发动机的比冲是衡量其______的重要指标。6.氢氧发动机是目前已知比冲最高的化学火箭发动机之一，其主要缺点是______。7.火箭发动机可重复使用技术的核心在于实现______和______的快速、可靠回收与再利用。8.组合动力火箭是指在一个飞行器上______和______相结合的推进系统。9.绿色推进剂是指那些燃烧产物对环境______较小的推进剂。10.先进制造技术，如______，正在改变火箭发动机关键部件（如喷管、涡轮）的设计和制造方式。三、名词解释（每题3分，共15分。请给出清晰、准确的概念定义。）1.火箭方程2.喷管膨胀比3.固体推进剂grain4.再生冷却5.比冲四、简答题（每题5分，共20分。请简要回答下列问题。）1.简述液体火箭发动机和固体火箭发动机的主要区别。2.解释火箭发动机中采用冷却技术的必要性。3.简述可重复使用火箭发动机面临的主要技术挑战。4.简述吸气式发动机的基本工作原理及其与火箭发动机的主要区别。五、论述题（10分。请就以下题目进行论述。）当前，发展低成本、高可靠性的进入空间技术是航天领域的重要趋势。结合你对火箭推进技术的理解，论述可重复使用技术（包括其关键推进技术）在实现这一趋势中所扮演的角色、面临的主要挑战以及未来的发展方向。试卷答案一、选择题1.D2.C3.A4.C5.B6.C7.B8.B9.B10.C二、填空题1.液体；固体；混合2.活塞式泵；涡轮泵3.气体膨胀4.推进剂；燃烧室设计5.效率6.密度低、储存困难、安全性问题7.发动机；箭体结构8.液体火箭发动机；吸气式发动机9.污染10.3D打印（或增材制造）三、名词解释1.火箭方程：描述火箭速度变化与质量变化关系的数学方程（Tsiolkovsky火箭方程），表明火箭末速与推进剂质量比、推进剂比冲以及初始和最终质量比有关。2.喷管膨胀比：喷管出口直径与喉道直径的比值，是控制气体在喷管中膨胀程度的关键参数，直接影响推力。3.固体推进剂grain：指固体火箭发动机中，形状、尺寸和装填方式经过设计的单个固体推进剂药块。4.再生冷却：一种火箭发动机冷却技术，通过在燃烧室壁内开设通道，使液态推进剂在其中循环流动，吸收燃烧产生的高热量，从而保护燃烧室壁免受烧毁。5.比冲：火箭发动机单位质量推进剂产生的冲量，或单位质量推进剂使火箭获得的速度增量，是衡量火箭发动机推力效率的核心指标，单位通常为秒（s）。四、简答题1.答：主要区别在于推进剂状态、推力调节能力、启动方式、工作稳定性和结构复杂性。液体火箭发动机使用液体推进剂，推力可调，启动相对复杂，结构较复杂；固体火箭发动机使用固体推进剂，推力通常固定，启动简单快速，结构相对简单。2.答：火箭发动机燃烧室需要承受极高的温度（可达数千摄氏度）和压力。如果没有冷却技术，燃烧室壁会因高温而熔化或损坏，导致发动机失效。采用冷却技术可以有效将燃烧室壁的温度控制在材料允许的范围内，从而保证发动机的安全、可靠和长期工作。3.答：主要挑战包括：先进、耐高温、轻质化的热防护系统技术；发动机与箭体结构的分离、再对接、检查、修复与重新组装技术；着陆/对接的精度与安全性；以及提高重复使用次数下的成本效益和维护效率。4.答：吸气式发动机利用飞行器高速运动时周围大气来产生推力。其基本原理是空气进入发动机，经过压气机压缩，与燃料混合燃烧，产生高温高压气体后排入大气。与火箭发动机的主要区别在于：火箭发动机自带推进剂，可在真空环境中工作；吸气式发动机需要依赖空气，必须在有一定大气密度的空间飞行（如大气层内），不能在真空中工作。五、论述题（此题答案具有开放性，以下提供一个论述框架和要点）答：可重复使用技术是实现低成本、高可靠性进入空间的关键途径之一。首先，可重复使用技术，特别是可重复使用运载火箭，通过减少发射次数、降低发动机（作为火箭主要成本构成部分）的报废率，显著降低了单次发射的硬件成本，提高了发射频率和灵活性，这对于频繁、小批量发射任务尤其重要。其次，可重复使用技术推动了相关推进技术的进步。为了实现火箭的快速再利用，需要开发高可靠性、长寿命、易于维护的发动机，以及先进的冷却技术、热防护技术等。这些技术的研发反过来也提升了现有运载火箭的性能和可靠性。然而，可重复使用技术面临巨大挑战。推进剂方面，需要开发低成本、高能量密度的绿色推进剂，以及高效、快速的推进剂补加和存储技术。发动机方面，需要攻克高超声速热防护、发动机快速点火、多次启动适应性和寿命保证等技术难题。结构方面，需要设计轻质、坚固、易于检查、修复和重组的箭体结构。成本方面，虽然重复使用能降低单次发射成本，但初始投资巨大，回收、维护和周