2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 新一代太空探索的技术革新

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——新一代太空探索的技术革新考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项不属于新一代太空探索技术革新的主要方向？A.更高效的推进系统B.人工智能与机器人的应用C.地球同步轨道卫星的部署D.太空资源开发利用2.离子推进器相比传统化学火箭推进器的主要优势是？A.推力更大B.燃料消耗更少C.轨道转移效率更高D.技术更成熟3.在深空探测任务中，以下哪种技术对于克服通信延迟问题尤为重要？A.星间激光通信B.自主导航技术C.超级计算机D.高精度传感器4.下列哪一项不是当前太空资源开发利用的主要目标？A.提取月球上的氦-3B.建立空间太阳能电站C.开采小行星上的稀有金属D.大规模商业化发射服务5.以下哪种材料不适合用于制造可重复使用运载火箭的热防护系统？A.碳纤维复合材料B.碳化硅陶瓷C.铝合金D.聚合物基复合材料6.人工智能在太空探索中的主要应用领域不包括？A.航天器自主控制B.地球遥感图像识别C.太空垃圾清理D.地面控制中心的人事管理7.下列哪一项是空间碎片对太空探索活动的主要威胁？A.引起通信干扰B.损坏航天器表面C.导致轨道碰撞D.增加发射成本8.量子通信在太空探索中的潜在优势是？A.实现超远距离通信B.提供更高的通信带宽C.增强通信安全性D.降低通信延迟9.下列哪一项技术对于实现载人火星探测任务至关重要？A.高速飞行器B.可再生生命保障系统C.卫星网络D.全球定位系统10.新一代太空探索强调可持续发展的理念，以下哪一项措施最能体现这一理念？A.增加发射频率B.提高火箭发射效率C.减少太空活动产生的垃圾D.扩大太空资源的开采规模二、填空题（每空1分，共15分）1.________是指航天器在没有火箭推进的情况下，通过释放潜在能量来改变轨道或速度的现象。2.________是指利用人工智能技术使航天器具备自主决策和行动的能力。3.________是指在太空中收集、储存和利用太阳能的技术。4.________是指由多个航天器组成的星座，用于执行特定的空间任务。5.________是指通过激光束进行测距和通信的技术。6.________是指在太空中进行的，旨在获取科学数据的观测活动。7.________是指地球大气层以外的宇宙空间。8.________是指在太空中进行的，旨在开发和利用太空资源的活动。9.________是指在太空中进行的，旨在探索和研究其他天体的活动。10.________是指在太空中进行的，旨在将有效载荷送入预定轨道或着陆到其他天体的活动。三、简答题（每题5分，共20分）1.简述离子推进器的工作原理及其主要优势。2.简述人工智能在航天器自主导航中的应用。3.简述空间太阳能电站的组成及其工作过程。4.简述减少空间碎片产生的主要措施。四、论述题（每题10分，共20分）1.论述可重复使用运载火箭技术对降低太空探索成本的意义。2.论述深空探测面临的挑战以及相应的技术应对策略。五、设计题（15分）假设你需要设计一个无人月球探测任务，用于探测月球南极的火山口。请简述该任务的总体目标、所需的关键技术、航天器的初步设计方案以及任务实施的主要步骤。试卷答案一、选择题1.C2.C3.A4.D5.C6.D7.C8.C9.B10.C二、填空题1.轨道机动2.自主智能3.空间太阳能发电4.航天星座5.激光测距/激光通信6.太空观测7.外太空8.太空资源利用9.深空探测10.载人航天/航天发射三、简答题1.答案：离子推进器通过电离工质（如氙气）产生离子，然后利用高压电场加速这些离子，形成高速度的离子束喷射出去，从而产生推力。其工作原理是利用动量守恒定律。主要优势是比冲（推力/单位质量推进剂）高，燃料消耗少，可以长时间工作，因此轨道转移效率更高。解析思路：考察对离子推进器基本工作原理的理解。需要知道其核心是电离、加速和喷出离子产生推力，以及其相比传统化学火箭的优势在于高比冲和燃料效率。2.答案：人工智能在航天器自主导航中的应用主要体现在：利用机器学习算法处理传感器数据（如星敏感器、惯性测量单元），实现目标识别、轨道确定和自主路径规划；利用强化学习让航天器在轨自主优化飞行策略，应对突发状况；利用自然语言处理技术实现人机自然交互，辅助任务规划和决策。解析思路：考察对人工智能技术在航天器导航领域具体应用场景的理解。需要列举出AI在数据处理、决策制定、路径规划和人机交互等方面的具体作用。3.答案：空间太阳能电站由空间太阳能发电单元、能量转换与存储单元、能量传输单元和地面接收与转换单元组成。工作过程是：空间太阳能发电单元（主要由大面积太阳能电池板组成）在太空中接收太阳辐射并将其转换为电能；能量转换与存储单元将电能进行转换和储存；能量传输单元（通常采用激光或微波束）将电能传输到近地轨道的转换站；地面接收与转换单元接收能量束并将其转换为民用或商用电能。解析思路：考察对空间太阳能电站的基本构成和工作流程的掌握。需要能说出其主要组成部分及其功能，并描述能量如何从太空传输到地面的基本过程。4.答案：减少空间碎片产生的主要措施包括：在发射和操作阶段，采用更安全的发射方式和操作程序，避免产生碎片；设计易于回收和处置的航天器，例如可重复使用运载火箭和航天器；在航天器生命末期，主动进行轨道废弃或受控再入大气层烧毁；建立空间碎片监测、预警和碰撞风险评估系统，并制定相应的规避策略；加强国际合作，制定和遵守空间行为准则，限制高风险空间活动。解析思路：考察对空间碎片减缓措施的了解。需要从航天器设计、发射操作、生命末期处置、监测预警和国际合作等多个方面进行回答。四、论述题1.答案：可重复使用运载火箭技术通过重复利用火箭的主体结构（如箭体、发动机等），显著降低了发射成本。传统运载火箭一次性使用，其高昂的制造成本分摊到单次发射上；而可重复使用火箭只需负担发射和回收的成本，大大降低了单位有效载荷的发射费用。这降低了进入太空的门槛，促进了太空探索、卫星发射、空间商业化等活动的开展，推动了太空经济的繁荣。此外，可重复使用技术也有助于减少空间垃圾的产生。解析思路：考察对可重复使用运载火箭技术经济意义和影响的理解。需要论述其如何通过降低单次发射成本来推动太空活动，并可能带来的其他积极影响。2.答案：深空探测面临的挑战主要包括：巨大的距离导致通信延迟严重，难以实现实时控制；深空环境恶劣，包括高强度辐射、微流星体撞击、极端温度等，对航天器设计和生存构成威胁；深空探测任务周期长、耗资巨大，对任务规划和项目管理提出很高要求；需要开发更可靠、更自主的航天器系统以应对长距离、长周期的运行。相应的技术应对策略包括：发展更高功率、更大带宽的深空通信系统，以及基于人工智能的自主导航、故障诊断和任务决策技术；采用先进的耐辐射、抗冲击材料和技术，加强航天器防护；发展高效、可靠的推进系统和生命保障系统；利用仿真技术和任务模拟进行充分验证；加强国际合作，分担成本和风险。解析思路：考察对深空探测主要挑战及其技术解决方案的全面认识。需要能准确识别挑战，并针对每个挑战提出合理的技术应对措施。五、设计题答案：无人月球探测任务设计（用于探测月球南极火山口）：*总体目标：调查并获取月球南极特定火山口区域的地形地貌、地质构造、岩石类型、元素分布等科学数据，探索火山活动历史和潜在的水冰资源。*所需关键技术：月球轨道设计、低空精细成像与探测技术、极地环境适应性技术（耐低温、强日照温差）、自主导航与避障技术、多谱段遥感与钻探取样技术、地月通信与中继。*航天器初步设计方案：采用着陆巡视器一体式设计。着陆器具备自主着陆能力，可承受极地复杂地形。巡视器（月球车）采用六轮或履带式底盘，保证在松软或岩石地面行驶能力。搭载高分辨率相机、激光雷达、光谱仪、磁力计等遥感探测仪器，用于地表扫描和成分分析。配备钻探取样装置，可采集地下岩石和土壤样本。能源系统采用核电池或高性能太阳能电池板组合，确保极夜或强光照环境下的持续工作。*任务实施主要步骤：航天器发射入轨，经过地月转移抵达月球轨道。在轨道上进行绕月探测和目标区勘察，选择合适的着陆点。着陆器自主着陆至