2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 月球与火星基地建设规划

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——月球与火星基地建设规划考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、名词解释（每题3分，共15分）1.月球表面生存单元（HAB）2.就地资源利用（ISRU）3.轨道交会对接4.闭环生命保障系统5.火星稀薄大气呼吸二、简答题（每题5分，共20分）1.与地球相比，月球表面环境对人类生存的主要威胁有哪些？2.简述火星基地建设的首要能源解决方案及其优势。3.解释建立月球或火星基地进行就地资源利用（ISRU）的主要意义。4.简述进行地外任务规划时，进行风险评估的重要性。三、论述题（每题10分，共30分）1.论述建立月球永久基地与建立火星临时科研前哨在目标、规模、技术重点和面临挑战方面的主要区别。2.分析并比较太阳能和核能技术在深空探测器及未来地外基地能源系统中的应用潜力和局限性。3.结合实际情况，论述建立月球或火星基地面临的主要科学探索机遇。四、方案设计题（15分）假设你需要为一个未来在火星赤道附近设计的小型科学考察站规划其基本的生命支持与活动区域。请简述该考察站应包含哪些核心功能模块，并说明选择这些模块及布局的理由。试卷答案一、名词解释1.月球表面生存单元（HAB）：指在月球表面为宇航员提供长期居住、工作、生活等功能的密闭或半密闭结构，具备生命保障、辐射防护、能源供应等基本功能，是月球基地的核心组成部分。**解析思路*：考察对月球基地基本构成单元的理解。答案需包含其定义、功能（居住、工作、生活）和在月球基地中的核心地位。2.就地资源利用（ISRU）：指在月球或火星等目的地天体上，利用当地存在的资源（如水冰、大气、岩石、土壤等）来生产生命支持所需物质（水、氧气、燃料）、建筑材料或其他有用产品，以减少从地球运输的成本和负担。**解析思路*：考察对ISRU概念核心内涵的理解，即利用当地资源，以及其主要目的（减少地球运输、生产生存必需品）。3.轨道交会对接：指航天器在太空中飞往目标航天器，并与之靠近、导航、锁定、连接的整个技术过程，是实现航天器运输、补给、人员转移、空间组装等任务的关键技术。**解析思路*：考察对航天器之间空间操作基本技术的理解。答案需包含过程（飞往、靠近、导航、锁定、连接）和关键应用（运输、补给、转移、组装）。4.闭环生命保障系统：指能够将宇航员呼吸产生的二氧化碳、代谢废物等排出，并将其转化为可供呼吸的氧气或其他有用物质，实现水、空气等生命必需资源在系统内部循环利用的高度自给自足的系统。**解析思路*：考察对高级生命保障系统特征的理解，强调资源的循环利用和系统的自给自足能力。5.火星稀薄大气呼吸：指利用火星大气（主要成分为二氧化碳）通过特定技术（如MOXIE实验所采用的方法）转化为氧气，供人类呼吸或用于其他目的的技术或过程。**解析思路*：考察对火星资源利用具体技术之一的理解，即利用火星CO2制氧。二、简答题1.与地球相比，月球表面生存单元的主要威胁包括：持续的高强度宇宙射线和太阳粒子事件辐射（缺乏全球性磁场和厚大气层防护）、极端的温度变化（昼夜温差巨大）、月尘（细小、带有静电、具有研磨性和潜在毒性，可能侵入设备、影响密闭环境）、微流星体撞击风险、以及生理和心理上的长期影响（如骨质流失、肌肉萎缩、航天综合症、幽闭恐惧等）。**解析思路*：要求列举并简要说明月球环境对人类生存的主要不利因素，涵盖物理环境（辐射、温度、月尘）和生理心理环境。2.火星基地建设的首要能源解决方案是太阳能，其优势在于：资源丰富、部署相对简单、技术成熟、环境影响小。在火星表面，尤其在日照条件较好的区域，太阳能可以提供足够的基础电力，适用于为基地提供非连续或基础负载的能源支持。**解析思路*：要求说明首选能源及其优势。答案需指出太阳能是首选，并列举其主要优点（资源、部署、技术、环境）。3.建立月球或火星基地进行就地资源利用（ISRU）的主要意义在于：大幅降低从地球运输物资（水、氧气、燃料、建筑材料等）的成本和难度，减轻发射系统的负担；提高基地的生存能力、独立性和可持续性，使其能够支持更长期、更大规模的探测活动；是实现人类在深空进行长期驻留和星际移民的基础技术支撑。**解析思路*：要求阐述ISRU的意义，重点突出其经济性（降低运输成本）、生存性（提高独立性和可持续性）和战略意义（支持长期探测和未来移民）。4.进行地外任务规划时，进行风险评估的重要性体现在：识别和预测任务执行过程中可能遇到的各种潜在风险（技术故障、环境危害、操作失误等），评估这些风险发生的可能性和后果严重性，并据此制定有效的预防和应对措施（mitigationstrategies），从而提高任务成功的概率，保障宇航员的安全，并优化资源分配。**解析思路*：要求说明风险评估的作用。答案需包含风险识别、预测、后果评估以及制定应对措施等环节，并强调其对任务成功和安全的重要性。三、论述题1.建立月球永久基地与建立火星临时科研前哨的主要区别在于：目标不同，月球基地更侧重于作为深空探测的中转站、资源开发的前沿、以及检验长期驻留能力的试验场；规模通常更大，设施更完善，具备长期自给自足能力；技术重点不同，月球基地需重点解决月尘治理、长期生命保障、月面移动交通网络等挑战；面临挑战不同，月球基地面临月尘、强辐射等严峻环境，且需考虑地球与月球的相对近便性带来的后勤支持特点；而火星前哨则更侧重于利用现有技术快速建立，满足短期科学考察需求，主要挑战是火星的远距离、严酷环境（大气稀薄、寒冷、高辐射）、以及复杂的返程问题。两者在基础设施、能源系统、生命保障、任务持续时间、科学目标等方面均有显著差异。**解析思路*：要求从多个维度（目标、规模、技术、挑战）对比月球永久基地和火星临时前哨，突出二者的不同之处，体现对两种基地特点的理解深度。2.太阳能和核能技术在深空探测及未来地外基地能源中的应用潜力和局限性比较如下：*太阳能：潜力巨大，清洁无污染，适用于光照充足的近地空间、月球表面和火星表面（需考虑季节和天气影响）。技术成熟，成本相对较低。但受光照强度随距离平方反比衰减的影响，对于远日行星探测效率低；受昼夜交替影响，需要大容量电池储能；在太阳活动高峰期可能受到粒子辐射干扰；对于需要极高功率或连续不间断运行的基地（如大型生命保障系统、工业生产），太阳能可能难以完全满足需求。*核能：潜力巨大，能量密度高，不受光照条件限制，可提供稳定、强大的电力，特别适用于远日行星任务或对功率需求高的地外基地。可使用核反应堆（热核反应或裂变）或放射性同位素热电发生器（RTG）。但存在技术挑战（如反应堆小型化、散热、辐射屏蔽）、放射性废物处理与安全问题、以及公众接受度问题。RTG效率相对较低，且同位素资源有限。总体而言，核能是深空远距离任务和大型地外基地的必要能源补充或主力能源。**解析思路*：要求分别阐述两种能源的潜力、优势和局限性，并进行直接比较，突出它们在不同场景下的适用性差异，体现对能源技术选择的理解。3.建立月球或火星基地面临的科学探索机遇主要包括：*基础科学研究：在地外真空、弱重力或特殊电磁环境下进行材料科学、生命科学（如细胞生长、生物演化）、物理学（如微重力下的流体力学、等离子体物理）等基础研究，可能带来颠覆性发现；利用基地作为平台，对月球和火星进行更深入、更长期的地质勘探、大气监测、空间环境研究，揭示行星的形成与演化历史、水的分布与循环、生命起源的可能性等。*资源科学：通过基地开展ISRU实践，验证和优化资源利用技术，为未来大规模资源开发提供依据，同时研究行星资源的丰富程度、分布规律和开采价值。*工程技术验证：在地外环境中测试和验证新的空间技术（如先进生命保障、能源系统、机器人技术、人工智能、数字孪生等），为更复杂的深空任务和未来星际旅行积累经验。*人类因素研究：长期驻留基地为研究人类适应地外环境的生理、心理变化提供了独特平台，有助于开发有效的健康维护和心理健康支持策略。*潜在的生命发现：火星基地的钻探取样和现场分析，可能发现过去或现在火星上存在的生命证据，对理解宇宙中生命的普遍性具有划时代意义。**解析思路*：要求从基础科学、资源、技术、人类因素、潜在生命等多个层面，论述地外基地能够带来的重大科学发现和探索价值。四、方案设计题火星小型科学考察站基本功能模块规划与理由：核心功能模块：1.居住舱（HabitationModule）：提供宇航员睡眠、休息、生活、简餐和部分社交的空间。必须具备可靠的辐射防护、生命保障（空气、水、温湿度控制）和应急隔离功能。选择理由：保障宇航员基本生存和安全是首要任务。2.生命保障系统（ECLSS）舱：负责提供洁净空气（氧气生成与二氧化碳去除）、饮用水（水循环再生）和处理废物。选择理由：维持生命是基地运行的基础，闭环系统能提高生存能力和可持续性。3.科学实验舱（ScienceLaboratoryModule）：包含用于进行地质取样、样品分析（如显微镜、光谱仪）、生物实验（如有）等科学仪器的实验室。选择理由：实现基地的科学考察目标，是考察站的核心功能所在。4.能源系统（PowerSystemModule）：安装太阳能电池阵列（或小型核电源）及储能装置，为整个基地提供电力。选择理由：所有功能模块的运行都需要能源支持，是基地的动力心脏。5.通信与导航站（Communication&NavigationStation）：负责与地球或其他火星探测器的数据通信，以及基地自身的导航定位。选择理由：实现远程指挥、数据传输和精确作业是现代科考站必不可少的部分。6.（可选）表面活动与后勤舱/着陆点（SurfaceOperations&Logistics/DockingPoint）：可能包含一个小的气闸舱，用于宇航员出舱活动；或一个简易的货物/设备着陆平台。选择理由：为了支持地面科学探测活动，需要与外部环境的接口。布局理由：*模块化与分离：各个功能模块应相对独立，并通过标准接口连接，便于未来扩展和维护。关键模块（如居住、生命保障）应布置在内部，并加强辐射屏蔽。能源系统（尤其是太阳能阵列或核装置）应布置在开阔、日照良好或有良好散热条件的位置。*安全考虑：模块间应保持安全距离，设置紧急逃生通道。生命保障系统