2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 恒星能源开发与利用技术

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——恒星能源开发与利用技术考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每小题2分，共20分。请将正确选项字母填在题后括号内）1.恒星能量主要来源于（）。A.核裂变反应B.核聚变反应C.化学燃烧D.地球内热2.目前人类研究和开发的可控核聚变主要利用的反应是（）。A.氘氚聚变B.氘氘聚变C.氚氚聚变D.质子质子聚变3.与核裂变相比，核聚变的主要优势之一是（）。A.易于获得原料B.辐射污染小C.能量密度低D.安全风险高4.空间太阳能电站（SEPS）将太阳能转化为电能后，主要通过何种方式将能量传回地球？（）A.导电电缆B.磁场耦合C.激光或微波D.电磁波广播5.磁约束聚变（MCF）技术中，用于约束高温等离子体的主要场是（）。A.电力场B.磁力场C.重力场D.电磁场6.惯性约束聚变（ICF）技术中，描述其基本过程的是（）。A.利用强磁场约束等离子体使其高温高压B.用高能粒子束或激光轰击小型聚变燃料靶丸，使其内爆并发生聚变C.通过不断添加燃料维持聚变反应链D.利用地热能激发核反应7.空间环境对恒星能源系统的主要挑战包括（）。A.微量金属粒子污染B.高能粒子辐射损伤C.大气层对流干扰D.地球磁场屏蔽8.空间太阳能电站地面接收端需要克服的关键技术难题之一是（）。A.大气对激光或微波传输的衰减B.高效的能量存储C.聚变堆燃料的长期储存D.发电单元的微型化9.评估一个恒星能源开发项目经济可行性的关键因素之一是（）。A.聚变反应堆的物理原理B.能源转换效率C.初期建设投资成本D.燃料靶丸的生产速度10.对于空间太阳能电站而言，选择近地轨道（LEO）部署相较于地球同步轨道（GEO）的主要优势是（）。A.轨道维持能量更低B.接收端视场角更小C.更接近聚变发电源D.受地球自转影响更小二、填空题（每空2分，共20分。请将答案填在题后横线上）1.恒星内部通过_________反应产生巨大的能量，维持其长期发光发热。2.磁约束聚变装置中，常用的约束器类型有托卡马克和_________。3.惯性约束聚变中，衡量激光能量对靶丸压缩效果的关键参数是激光能量密度。4.空间太阳能电站系统中，负责将空间侧产生的电能转化为适合传输的形式的设备是_________。5.激光传输能量到地面时，大气中的_________和水蒸气是主要的衰减因素。6.微波传输能量相比激光传输的主要优势之一是具有较好的_________穿透性。7.恒星能源开发面临的技术瓶颈之一是找到能在高温高压环境下工作的_________材料。8.空间太阳能电站的部署和运行需要考虑轨道选择对_________效率的影响。9.从环境影响角度看，核聚变能源相较于化石能源的主要优点是几乎不产生_________。10.恒星能源的未来发展不仅依赖于技术进步，也与_________和社会接受度密切相关。三、名词解释（每小题3分，共15分）1.恒星能源2.空间太阳能电站（SEPS）3.托卡马克4.能量传输效率5.聚变堆四、简答题（每小题5分，共20分）1.简述核聚变能相较于核裂变能的主要优点。2.简述空间太阳能电站（SEPS）系统的主要组成部分。3.简述影响空间太阳能电站能量传输效率的主要因素。4.简述恒星能源开发面临的主要工程挑战。五、论述题（10分）结合当前科技发展水平，论述发展空间太阳能电站的必要性与面临的主要科学、技术、经济及社会挑战。试卷答案一、选择题1.B解析：恒星能量来源于其核心区域发生的核聚变反应。2.A解析：目前人类研究和开发的可控核聚变主要集中于氘和氚的聚变反应。3.B解析：核聚变产物主要是稳定的氦，辐射污染相对较小，这是其相较于核裂变的主要优势之一。4.C解析：空间太阳能电站将产生的电能通过激光或微波束的形式传输回地球。5.B解析：磁约束聚变技术利用强大的磁力场来约束高温等离子体。6.B解析：惯性约束聚变通过高能粒子束或激光轰击燃料靶丸，使其内爆产生聚变反应。7.B解析：空间环境中的高能粒子辐射会对电子设备和材料造成损伤，是主要挑战之一。8.A解析：大气对激光或微波的传输存在显著的衰减效应，是地面接收端需要克服的关键技术难题。9.C解析：初期建设投资成本高昂是评估恒星能源项目经济可行性的关键因素之一。10.A解析：近地轨道（LEO）比地球同步轨道（GEO）距离地球更近，因此轨道维持能量更低。二、填空题1.核聚变解析：恒星内部通过核聚变反应产生能量。2.等离子体圆环解析：等离子体圆环是另一种磁约束聚变装置的概念类型。3.激光能量密度解析：激光能量密度是衡量激光对靶丸压缩效果的关键参数。4.发电单元解析：发电单元负责将空间侧产生的光能或热能转化为电能。5.浓雾解析：大气中的浓雾（包含水滴和冰晶）对激光或微波传输有显著的衰减作用。6.大气解析：微波传输相比激光传输的主要优势之一是能够更好地穿透大气层。7.核聚变解析：核聚变堆需要在极端高温高压环境下工作，需要耐高温高压的核聚变材料。8.能量传输解析：轨道选择直接影响空间侧到地面接收端的能量传输效率。9.温室气体解析：核聚变能源几乎不产生二氧化碳等温室气体，是相对于化石能源的主要优点。10.科学技术解析：恒星能源的未来发展依赖于科技进步，也与科学技术的发展水平密切相关。三、名词解释1.恒星能源：指利用恒星（主要是太阳）通过核聚变反应产生的巨大能量，通过技术手段进行捕获、转换和利用的能源形式。2.空间太阳能电站（SEPS）：一种部署在空间（如近地轨道）收集太阳能，并将产生的电能通过无线方式（激光或微波）传输到地面接收站的能源系统。3.托卡马克：一种利用强大环向磁场和纵向磁场共同约束高温等离子体的磁约束聚变装置，是当前研究最多的聚变堆概念之一。4.能量传输效率：指空间侧产生的电能通过传输方式（激光或微波）到达地面接收端时，接收到的电能与发射的电能之比。5.聚变堆：指能够实现受控核聚变反应并产生净能量的核心装置，是聚变能利用系统的关键组成部分。四、简答题1.简述核聚变能相较于核裂变能的主要优点。解析：核聚变能的优点主要包括：原料来源丰富（氘可以从海水中提取，氚可以通过锂制备），环境友好（几乎不产生长寿命放射性核废料，主要产物是氦），固有安全性高（发生事故时反应会自动终止），能量密度高。2.简述空间太阳能电站（SEPS）系统的主要组成部分。解析：空间太阳能电站系统主要由三部分组成：空间侧（发电单元），负责收集太阳光并将其转化为电能；传输链（激光或微波发射系统），负责将电能以无线方式传输到地面；地面侧（接收站），负责接收传输过来的能量并将其转换成可用电力。3.简述影响空间太阳能电站能量传输效率的主要因素。解析：影响能量传输效率的主要因素包括：大气衰减（激光或微波穿过大气时能量损失），传输损耗（发射和接收天线的效率、传输距离），能量转换损失（地面接收端将传输的能量转换为电能的效率）。4.简述恒星能源开发面临的主要工程挑战。解析：恒星能源开发面临的主要工程挑战包括：实现稳定的、净能量增益的可控核聚变，开发能在极端高温高压辐射环境下工作的材料，建造和发射大型、复杂的空间结构（如聚变堆、传输天线），实现高效、安全的能量无线传输，以及控制建设和运行的高昂成本。五、论述题结合当前科技发展水平，论述发展空间太阳能电站的必要性与面临的主要科学、技术、经济及社会挑战。解析：发展空间太阳能电站具有重要的必要性。首先，它能够提供近乎无限的清洁能源，有助于解决地球能源危机和环境问题。其次，太空环境可以为高功率能源系统提供独特的运行条件，可能推动能源技术的革新。再次，空间部署可以避免地面能源开发对环境的直接影响。然而，发展空间太阳能电站面临严峻挑战。科学上，需要突破高效、稳定的聚变能源产生与约束技术，以及高能量密度、长寿命的空间材料科学。