2025年大学《空间科学与技术》专业题库- 深入理解太空技术的发展

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——深入理解太空技术的发展考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分）1.下列哪一项不是公认的太空时代开启的标志性事件？A.苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星“伴侣号”B.美国宇航员阿姆斯特朗成为第一个踏上月球表面的人C.美国发射了“水手4号”探测器，首次传回火星表面的近距离照片D.中国成功发射了“东方红一号”卫星，成为世界上第五个独立发射人造卫星的国家2.人类进行深空探测的主要挑战之一是通信延迟，其根本原因是？A.信号在太空中传播速度低于光速B.探测器与地球之间的距离极其遥远C.深空环境存在强烈的电磁干扰D.深空探测器自身的信号发射功率不足3.卫星遥感技术获取信息的主要方式不包括？A.光学成像B.红外探测C.伽马射线测量D.微波雷达探测4.目前全球最大的在轨空间设施是？A.国际空间站（ISS）B.美国的“哈勃”太空望远镜C.中国的空间站“天宫”D.欧洲空间局的“韦伯”太空望远镜5.商业航天发展浪潮中，最具颠覆性的商业模式之一是？A.将空间旅游价格降低到普通人可承受范围B.通过发射小型卫星满足多样化商业需求C.建立可重复使用的运载火箭，大幅降低发射成本D.开发太空资源（如采矿）的商业化途径6.空间碎片对在轨航天器的主要威胁不包括？A.碎片撞击造成表面材料损伤或开孔B.碎片导致航天器结构疲劳和老化加速C.碎片干扰航天器的正常通信和导航D.大型碎片直接碰撞导致航天器解体7.以下哪项技术不属于空间生命保障技术的研究范畴？A.在轨乘员的水资源再生技术B.航天器内的空气净化与二氧化碳去除技术C.空间craft的姿态稳定与轨道控制技术D.航天员长期太空飞行的医学监控与防护技术8.地球同步轨道（GEO）卫星的主要应用领域是？A.深空探测与科学实验B.全球导航与定位服务C.广播电视与通信覆盖D.对地高分辨率观测9.推动人类探索火星的主要动机和潜在价值不包括？A.火星作为地外生命存在的潜在可能性B.火星丰富的矿产资源开发潜力C.作为人类进行深空探测的跳板，验证长期太空飞行的可行性D.火星拥有发达的文明社会，可以进行文化交流10.空间技术发展所引发的伦理争议主要涉及？A.如何公平分配有限的太空资源B.太空军事化的风险与军备竞赛的威胁C.外星生命接触的潜在后果与责任归属D.所有以上选项二、名词解释（每题3分，共15分）1.轨道衰减2.星间激光通信3.空间天气4.火星样本返回5.太空资源商业化三、简答题（每题5分，共20分）1.简述多级运载火箭相比于单级运载火箭的主要优势。2.阐述卫星姿态控制技术在卫星运行中的重要性。3.简述商业航天发展对传统政府主导航天模式的挑战。4.分析空间碎片产生的主要来源及其对太空环境构成的主要威胁。四、论述题（每题10分，共30分）1.试论太空技术发展对人类社会进步的推动作用。2.结合具体实例，论述当前深空探测面临的主要技术挑战及其可能的解决方案。3.从科学探索、国家利益、经济价值等多个角度，探讨太空资源开发利用的必要性与潜在风险。试卷答案一、选择题1.C2.B3.C4.A5.C6.D7.C8.C9.D10.D二、名词解释1.轨道衰减：指在轨航天器由于受到大气阻力（低轨道）、太阳辐射压、地球非球形引力等因素的影响，其轨道高度逐渐降低，周期缩短的现象。**解析思路：*本题考察对航天器轨道动力学基础概念的理解。轨道衰减是低轨道卫星普遍面临的问题，主要由大气阻力等非保守力引起，导致轨道能量损失。需要解释清楚原因和结果。2.星间激光通信：指利用激光束作为信息载体，在空间中的两个或多个航天器之间进行数据传输的通信方式。**解析思路：*考察对前沿通信技术的了解。需要定义该技术，并指出其与无线电通信的区别（如带宽高、方向性好等潜在优点，虽然题目只要求解释）。关键在于点明是激光和空间节点间的通信。3.空间天气：指太阳活动引起的、能够影响地球空间环境和地球大气层顶部以及近地空间航天器的各种物理现象的总称。**解析思路：*考察对空间科学概念的理解。需要解释清楚空间天气的成因（太阳活动）、影响范围（地球空间环境、大气层、近地航天器）以及其包含的现象（如太阳风、耀斑、地磁暴等）。4.火星样本返回：指将采集自火星表面的岩石、土壤或大气样本，通过火星着陆器采集，再由火星探测任务携带返回器送回地球进行详细分析的科学计划。**解析思路：*考察对深空探测具体任务的了解。需要解释清楚任务的目标（带回火星样本）、实施主体（着陆器、返回器）、最终目的（地球实验室分析）。这是当前火星探测的重要科学目标。5.太空资源商业化：指将太空中的资源（如月球或小行星上的矿产、空间位置资源、太阳能等）通过市场机制进行开采、加工、利用并获取经济回报的活动或过程。**解析思路：*考察对新兴经济模式的认知。需要解释清楚核心概念（太空资源、市场化、开采利用、经济回报）。这是商业航天发展的一个重要方向，涉及法律、技术和经济等多个层面。三、简答题1.多级运载火箭相比于单级运载火箭的主要优势：a.有效载荷更大：多级火箭通过逐级抛弃空壳，能够将更多的推进剂携带到更高能量轨道，从而将更大质量的有效载荷送入预定轨道或空间。b.发射效率更高：各级火箭发动机可以在最佳工作状态下启动和关机，整体能量利用效率高于单级火箭需要携带大量结构支撑整个飞行过程。c.适应性强：不同级数和类型的发动机组合，可以灵活适应不同轨道、不同有效载荷的发射任务需求。d.技术成熟度：对于人类航天活动而言，多级运载火箭是当前实现近地轨道、月球轨道乃至深空探测任务的技术基础。**解析思路：*本题考察对火箭工程基础知识的理解。需要从有效载荷、能量效率、任务适应性、技术成熟度等几个关键方面比较多级与单级火箭的优劣。重点突出多级火箭在载荷能力和效率上的显著优势。2.阐述卫星姿态控制技术在卫星运行中的重要性：a.确保有效载荷指向：对于遥感卫星，需要精确控制传感器指向目标区域；对于通信卫星，需要保持天线指向地面用户；对于科学卫星，需要使观测仪器对准特定天体。b.优化能源利用：通过调整姿态，可以利用太阳帆板获得最佳光照，或使天线始终指向地球，最大化能源收集和通信效率。c.维持稳定运行：需要抵抗环境干扰（如太阳辐射压、地球引力梯度、航天器自身振动），保持航天器在设计姿态稳定运行，避免失控。d.保障安全：在发射、交会对接、着陆等关键阶段，以及应对空间环境突发事件时，姿态控制是确保航天器安全完成任务的必要手段。**解析思路：*考察对卫星工程关键技术的理解。需要说明姿态控制对于实现卫星核心功能（载荷指向）、能源管理、稳定运行和安全保障等方面的不可或缺的作用。可以从功能、效率、稳定、安全等多个维度论述。3.简述商业航天发展对传统政府主导航天模式的挑战：a.运营模式挑战：商业航天通常追求高频率、低成本、标准化的服务，强调市场化和商业回报，这与政府航天项目周期长、风险高、目标多元的特点形成对比。b.资金来源挑战：商业航天主要依靠社会资本和市场需求融资，而传统模式主要依赖政府财政拨款，资金来源结构发生变化。c.技术路径挑战：商业公司为追求效率和成本，可能采用更快速、非传统的研发和验证路径，有时会挑战传统航天领域严格的可靠性要求和冗余设计。d.市场竞争挑战：商业航天公司进入传统由政府垄断或主导的市场（如发射服务、卫星运营），加剧了市场竞争，迫使政府主导模式提高效率或寻找新的定位。**解析思路：*考察对航天产业生态变化的认知。需要从运营效率、资金机制、技术发展模式、市场竞争等角度，分析商业航天如何冲击和改变以政府为主导的航天活动格局。4.分析空间碎片产生的主要来源及其对太空环境构成的主要威胁：a.主要来源：i.运载火箭和航天器发射、操作、废弃过程中产生的分离物、爆炸产生的碎片。ii.在轨碰撞：功能耗尽的航天器之间或与其他碎片发生碰撞，产生大量细小碎片。iii.空间垃圾：未按规定处理的功能性航天器或部件。b.主要威胁：i.对在轨航天器造成物理损伤：碎片撞击航天器表面，导致材料疲劳、开孔、天线失灵、传感器失效等，严重时可能危及航天器生存。ii.增加航天器运行风险：大量碎片的存在使得在轨航天器难以精确预测轨道，增加了与碎片碰撞的概率，威胁任务安全。iii.限制未来航天活动：碎片密度过高可能导致特定轨道区域无法使用，严重制约发射窗口，甚至威胁人类太空活动的可持续发展。**解析思路：*本题考察对空间环境问题的理解。需要首先列举出空间碎片的三大主要来源（发射、碰撞、垃圾）。然后重点分析这些碎片对现有航天活动的具体威胁，即对航天器的物理破坏和运行风险的增加，并指出其对未来太空活动发展的潜在限制。四、论述题1.试论太空技术发展对人类社会进步的推动作用：太空技术的发展作为人类探索自然、认识宇宙的重要活动，以及现代高科技的集中体现，对人类社会进步产生了广泛而深远的推动作用。a.拓展认知边界，激发科学创新：太空探索活动（如月球探测、深空探测）极大地拓展了人类对宇宙起源、演化、生命起源等基本问题的认知，推动了天文学、物理学、材料学、生命科学等众多基础科学领域的发展。同时，为了满足太空环境的严苛要求，催生了许多新材料、新工艺、新设备，促进了科技创新。b.提升对地观测与管理能力：卫星遥感技术已成为资源勘查、环境监测、灾害评估、气象预报、农业管理、城市规划等国民经济和社会发展诸多领域不可或缺的技术支撑，提高了人类认识和改造自身生存环境的能力。c.改善全球通信与导航：通信卫星实现了全球范围内的电视广播、电话、数据传输和互联网覆盖，极大地促进了信息交流。导航卫星系统（如GPS、北斗）为全球海陆空交通提供了高精度的定位、导航和授时服务，深刻改变了交通运输、军事行动、精准农业等。d.促进国际合作与和平利用：以国际空间站、月球探测、全球卫星导航系统等为代表的大型太空合作项目，展示了人类在共同挑战面前的协作能力和对和平利用太空的共识，为国际关系注入了积极因素。e.孕育新的经济增长点：商业航天的发展正在创造新的产业链条，如可重复使用火箭、卫星制造与服务、太空旅游、太空资源开发等，为经济发展注入新的活力，并可能带来革命性的变革。综上所述，太空技术的发展不仅是科学探索的胜利，更是推动人类知识进步、改善生活质量、促进全球合作和驱动经济发展的强大引擎。**解析思路：*本题要求全面论述太空技术发展的积极影响。需要从科学认知、对地应用（遥感、通信、导航）、国际合作、经济驱动等多个维度展开，结合具体实例（如ISS、北斗、商业火箭）来支撑论点，最后进行总结升华，强调其对人类社会进步的综合性推动作用。2.结合具体实例，论述当前深空探测面临的主要技术挑战及其可能的解决方案：深空探测（通常指离开地球引力影响，前往月球、火星及更远天体）是探索宇宙的重要前沿领域，但也面临诸多严峻的技术挑战。a.主要技术挑战：i.巨大的能量需求与长距离通信：深空探测任务需要克服巨大的能量势垒，将探测器发射到极高速度，消耗巨大燃料。同时，探测器与地球之间的距离极其遥远，导致通信延迟（几分钟到数小时不等），实时控制困难，数据传输速率低。ii.极端恶劣的空间环境适应性：探测器需要承受长期的宇宙辐射（高能粒子、伽马射线）、极端温度变化（阳光直射与阴影区温差巨大）、微流星体撞击、真空环境等，对材料、结构、电子元器件、生命保障系统（若涉及载人）提出了极高要求。iii.自主性与智能化要求高：由于通信延迟，无法实现实时遥控，必须赋予探测器高度的自主决策和故障诊断能力，包括路径规划、目标识别、异常处理等，以确保任务顺利进行。iv.着陆与移动的精度与稳定性：在引力微弱或环境复杂的星球表面（如火星、小行星）进行精确软着陆，以及设计能够在崎岖地形上稳定移动的探测车（Rover），技术难度极大。b.可能的解决方案：i.推进技术突破：研发更高比冲（燃料效率更高）的推进系统，如电推进、核热推进、光帆推进等，以减少燃料需求。发展可重复使用运载火箭，降低发射成本。ii.先进防护与冗余设计：采用耐辐射材料、开发加固的电子元器件设计、增加系统冗余度，提高探测器在空间环境中的生存能力和可靠性。利用太阳帆板、放射性同位素热源等高效能源。iii.人工智能与机器学习赋能：应用AI技术提升探测器的自主感知、决策和操作能力，实现更智能的路径规划和故障应对，减少对地面指令的依赖。iv.精确导航与控制技术：发展基于星光导航、惯性测量单元（IMU）、地形相对导航等技术的精确自主导航方法，结合先进的着陆控制系统（如缓冲吸能装置、多级减速），提高着陆精度和安全性。设计具备越障、避碰能力的移动平台。v.国际合作与标准化：通过国际合作分摊成本、共享资源、分担风险，并推动探测器、载荷、数据传输等环节的标准化，提高任务效率。**解析思路：*本题要求分析挑战并提出对策。首先需要准确识别深空探测面临的核心技术难题，如能量、通信、环境、自主、着陆移动等。然后针对每个挑战，提出具有前瞻性或创新性的技术解决方案或策略，可以涉及具体的技术类型（如电推进、AI）或方法（如自主导航、冗余设计）。需要有理有据，体现对技术问题的思考。3.从科学探索、国家利益、经济价值等多个角度，探讨太空资源开发利用的必要性与潜在风险。太空资源的开发利用（如月球、小行星的矿产开采，空间位置资源的利用等）已成为全球关注的焦点，其必要性与潜在风险需要从多个角度进行审慎评估。a.必要性（驱动因素）：i.科学探索需求：获取地外原始物质样本，可以揭示太阳系形成演化的奥秘，推动天文学、地质学等基础科学研究。ii.国家安全与地缘政治需求：掌握太空资源开发利用能力，有助于提升国家在太空领域的战略地位和自主可控能力，保障能源安全，增强国际影响力。iii.经济价值与未来发展潜力：太空资源（如氦-3、稀土、水冰）可能蕴含巨大经济价值。开发空间制造、太空旅游、近地空间资源利用等，有望创造新的经济增长点和产业