2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 月球基地与火星城市规划

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——月球基地与火星城市规划考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（请将正确选项的字母填在括号内）1.与月球相比，火星基地建设面临的最大环境挑战之一是（）。A.更高的表面重力B.更强的表面辐射环境C.更丰富的可供呼吸的空气D.更活跃的火山活动2.地外基地生命保障系统（ECLSS）的核心目标是（）。A.实现最大程度的资源自给自足B.提供与地球完全相同的居住环境C.确保人类在极端环境下生存的基本生理需求D.完全封闭，与外部环境完全隔离3.利用月球或火星表面资源就地制造建筑材料或燃料的技术被称为（）。A.空间发射技术B.载人航天技术C.资源就地利用（ISRU）D.生命保障再生技术4.对于需要长期驻留的月球基地，选址时优先考虑的因素是（）。A.离地球最近B.太阳光照最充足C.具备丰富的水冰资源且易于开采D.地形最平坦开阔5.在火星基地设计中，利用火星稀薄大气制造氧气或燃料的主要方法是（）。A.直接加热大气分离B.通过电解水获取C.基于火星土壤（风化层）的反应D.寄生地利用地球带来的设备二、填空题6.月球表面存在严重的表面辐射威胁，主要来源于宇宙射线和__________。7.为应对月球极端的昼夜温差，月球基地的结构设计通常需要具备良好的__________和__________。8.火星大气的主要成分是二氧化碳，利用火星大气制造氧气通常涉及__________反应过程。9.实现地外基地能源自给自足，除了太阳能，核能是重要的补充能源形式，其中放射性同位素热源发生器（RTG）利用的是__________原理。10.火星基地的辐射防护设计，除了结构屏蔽，通常还需要考虑利用__________进行主动或被动防护。三、简答题11.简述建立月球基地与火星城市相比，在规划上面临的主要区别和挑战。12.简述地外生命保障系统（ECLSS）中，水循环再生系统的基本原理和重要性。13.解释什么是资源就地利用（ISRU）？请列举至少三种在月球或火星基地中可以应用的ISRU技术及其目标。14.分析辐射对月球基地和火星基地居民健康的主要威胁，并简述两种主要的辐射防护措施。四、论述题15.论述建立月球基地和火星城市对于人类探索宇宙、发展空间科技以及实现可持续发展的重要意义。请结合当前的技术水平和面临的挑战进行阐述。16.假设你正在为一个潜在的火星永久基地进行初步规划，请从选址、主要功能分区、关键生命支持系统（ECLSS）、能源供应和资源利用等方面，提出你的规划思路和考虑因素。试卷答案一、选择题1.B2.C3.C4.C5.A二、填空题6.太阳粒子事件（SPE）7.保温性能，热惯性8.水热9.放射能衰变释放热能10.磁屏蔽三、简答题11.答：主要区别在于火星大气存在（尽管稀薄但存在），可利用大气资源进行部分生命保障和能源生产；火星有更强的沙尘暴、全球性天气系统等环境挑战；火星重力比月球略大。挑战包括更强的辐射环境（大气对部分宇宙射线有吸收但整体防护更复杂）、更复杂的资源获取（水冰分布、土壤特性）、更长的地火通信延迟对自主性要求高等。12.答：基本原理是通过物理或化学方法，将基地内产生的二氧化碳和水分解，重新制造成可供呼吸的氧气和可饮用的水，并回收废弃物。重要性在于最大限度地减少对地球补给的依赖，提高基地的生存能力和可持续性，是长期驻留的关键技术。13.答：资源就地利用（ISRU）是指利用目的地（如月球、火星）的自然资源来生产必需的物资（如水、氧气、燃料、建筑材料等）。目标是为基地提供能源和物资保障，降低发射成本和风险，实现基地的长期自给自足。应用技术包括：①水冰提取与处理（制氧、制水）；②大气资源利用（如CO2制氧、制甲烷燃料）；③土壤/岩石处理获取建筑材料或金属；④利用太阳能或核能合成所需化学品。14.答：主要威胁包括高能宇宙射线和太阳粒子事件（SPE）对人体的辐射损伤，可能导致细胞死亡、遗传突变、辐射病甚至死亡。防护措施包括：①利用月球/火星表面土壤、岩石或基地结构材料进行屏蔽（被动防护），厚度和材料需根据辐射水平和防护目标计算；②在关键区域（如居住舱）内设置额外的屏蔽层（如水墙、聚乙烯）；③利用磁场或电场进行主动偏转（技术难度大，目前应用有限）；④对宇航员进行剂量监测，合理安排作息以避开高辐射期。四、论述题15.答：建立月球基地和火星城市意义重大。首先，它们是人类探索宇宙、突破地缘限制、拓展生存空间的重要实践，有助于深化对太阳系起源和演化的认识。其次，建设过程将极大地推动空间科学和技术的进步，催生新材料、新能源、人工智能、生物再生等技术突破，并带动相关产业发展。再次，地外资源（如月球氦-3、火星水冰）的开发可能为人类提供新的能源补充，缓解地球资源压力。最后，建立地外人类前哨站，将验证人类长期太空生存的可行性，为未来更遥远的深空探测（如小行星、木星系等）积累经验，并提升人类文明应对地球突发灾难（如小行星撞击、极端气候变化）的韧性，实现真正的可持续发展。16.答：规划思路与考虑因素：*选址：优先考虑水冰资源丰富且易于开采的区域（如火星乌托邦平原北部、阿卡迪亚平原），同时需考虑阳光充足（用于太阳能发电）、地形相对平坦、远离潜在火山或撞击坑辐射区，并有合适的视场用于通信和观测。*主要功能分区：应划分清晰的功能区域，如：科研区（包含实验室、观测站）；生命保障区（ECLSS核心舱、居住舱）；生产区（ISRU工厂、能源设施、建材厂）；发射与着陆区（用于货运和载人飞船对接）；医疗区；指挥控制中心。可能还需设置隔离区用于处理危险品或应急情况。*关键生命支持系统（ECLSS）：必须设计高效可靠的闭环再生系统，涵盖气体（氧气、二氧化碳）循环、水循环、固体废物处理与资源化。需要考虑高效率的植物生长系统（MELISSA等）提供氧气和食物。辐射防护是重中之重，需在舱体和关键区域实现有效屏蔽。*能源供应：采用多元化能源策略。主能源为高效、耐候的太阳能电池阵列，辅以核能（如小型裂变反应堆或高功率RTG）作为稳定能源补充，特别是在夜间或阴天（火