2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 火星地下城市建设技术研究

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——火星地下城市建设技术研究考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题1.与建造地表城市相比，选择火星地下空间建设定居点最主要的优势之一是能够有效屏蔽来自火星大气和宇宙的高能辐射。2.火星地下城市所需的水资源，最主要的潜在来源是火星地表下的水冰。3.在火星地下环境中，利用就地资源（ISRU）技术生产建筑材料，其核心意义在于减少地面的物资运输负担。4.为了维持适宜的气压和温度，火星地下城市需要建立复杂的环境控制系统，该系统通常需要优先保障能源供应的稳定性和可靠性。5.针对火星地下可能存在的岩层移动或微地震风险，地下城市建筑结构设计需要特别考虑的关键因素是抗震性和长期稳定性。6.目前，探测火星地下水冰最有效的手段之一是利用携带合成孔径雷达的测高卫星进行探测。7.火星地下城市生命保障系统中，氧气生成和二氧化碳去除是相互关联的两个关键环节。8.在低重力环境下，火星地下城市的建筑结构设计和施工方法与地球工程相比，需要考虑的主要差异是结构承重和挖掘稳定性问题。9.火星地下城市中的通信系统，由于地下环境的屏蔽效应，可能比地表城市需要更高频率的信号或更复杂的中继设备。10.国际上关于火星地下城市的研究，目前仍处于概念设计和早期技术探索阶段，尚未有实际的开采和建设活动。二、填空题1.火星地表年平均温度约为零下63摄氏度，而其地下数米深处温度则相对稳定，通常接近冰点。2.利用火星土壤（风化层）作为建筑材料，通常需要解决其______含量高、压缩性大等问题。3.为了防止地球微生物污染火星，进入火星地下城市的人员和物资都必须经过严格的______处理。4.火星地下城市的环境控制系统不仅要维持大气成分和气压，还需要精确调控______和湿度。5.目前被广泛研究用于火星地下城市能源供应的核能形式主要包括______和核反应堆。6.在火星地下城市中，水资源的循环利用系统是实现______的关键技术之一。7.对于需要长期驻留的火星地下城市，建立可靠的______系统对于应对突发状况至关重要。8.利用火星地下冰直接进行______，是实现建筑就地取材和快速建造的一种潜在技术路径。9.火星大气的主要成分是二氧化碳，将其转化为氧气和甲烷等资源，是______技术的核心应用之一。10.地下城市施工中，如果采用钻探和挖掘方法，必须面对岩石破碎、______以及开挖面稳定等技术挑战。三、简答题1.简述火星地下环境相比于地表环境，在辐射防护方面的主要优势。2.简要说明火星地下水资源（水冰）的勘探主要面临哪些技术挑战。3.简述火星地下城市生命保障系统中，大气处理和水循环利用两个子系统之间的联系。4.简述采用3D打印技术建造火星地下建筑的主要优势。5.简述火星地下城市可能面临的地震风险来源及其对城市结构的影响。6.简述建立火星地下城市所必须考虑的主要伦理和社会问题。四、论述题1.论述利用地热能作为火星地下城市主要能源的潜力、技术途径以及可能面临的挑战。2.结合你所了解的火星探测任务和技术发展，论述实现火星地下城市建设的可能性以及需要克服的关键科学和技术难题。---试卷答案一、选择题1.√2.√3.√4.√5.√6.√7.√8.√9.√10.√二、填空题1.水分2.岩石3.消毒4.温度5.核电池6.自给自足7.应急响应8.3D打印9.碳捕获与利用（CCU）10.粉尘三、简答题1.解析思路：对比地表暴露环境与地下环境接受到的辐射类型（宇宙射线、太阳粒子事件、火星表面散射的辐射）和强度。地下环境由于岩层的屏蔽作用，能够有效阻挡大部分穿透地面的高能辐射，特别是宇宙射线和太阳高能粒子，从而提供更安全的辐射防护。2.解析思路：说明火星水冰分布的不确定性、埋藏深度、探测精度要求高、需要克服极端低温和压力环境进行采样或钻探、如何从风化层或冰盖中高效提取水冰等技术挑战。3.解析思路：阐述大气处理系统如何将空气中的二氧化碳转化为水（通过MOXIE等设备）和氧气，这些水再通过水循环系统被收集、净化，一部分用于生命维持，另一部分可以在电解装置中分解产生氧气和氢气，氢气可用于燃料或进一步的生命支持循环。两者形成闭环。4.解析思路：说明3D打印可以直接利用火星上的土壤或风化层作为原料，无需从地球运输大量建筑材料，大大降低发射成本；可以实现复杂结构的快速建造和按需设计；能够适应不规则的地形。5.解析思路：分析火星自身地质活动（如板块运动、核心活动）或大型陨石撞击可能引发的地震波。讨论这些地震对地下结构可能造成的振动冲击、应力集中甚至破坏，强调需要采用隔震、减震设计来提高结构的抗震性能和韧性。6.解析思路：从资源分配（水、能源、空间）、社会结构形成、与地球的联系割裂带来的心理影响、长期驻留可能产生的新文化或社会问题、对火星环境的潜在影响、以及作为地球文明延伸的伦理地位等方面进行阐述。四、论述题1.解析思路：*潜力：阐述火星存在地热资源（如火山活动区、厚冰盖下），其能量相对稳定、可持续，且无需大气或光照条件。*技术途径：讨论利用放射性同位素热源（RTG）或核反应堆作为热源，加热地下岩体或冰盖，通过热交换系统或直接驱动涡轮机发电。*挑战：分析勘探和定位地热资源的难度、将热能高效转化为电能的技术要求、核能在地下环境的安全性设计、核废料处理、以及系统长期可靠运行和维护的挑战。2.解析思路：*可能性：结合火星勘测轨道飞行器（MRO）、好奇号/毅力号探测器获取的地质、环境数据，论证火星存在水冰、适宜的地下环境（辐射防护），以及人类在火星表面生存和进行技术操作的经验积累，说明逐步向地下城市过渡的可能性。*关键科学难题：科学上需要精确探测地下资源分布、理解火星地质活动规律、研究地下极端环境对生命和材料