2025年度“空天杯”航空航天知识竞赛含解析及答案

2025年度“空天杯”航空航天知识竞赛含解析及答案一、单项选择题（每题2分，共40分）1.2024年11月，我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和二号”成功发射，其轨道类型为A.地球静止轨道 B.太阳同步轨道 C.日地L1点晕轨道 D.地球逃逸轨道答案：C 解析：羲和二号定位于日地L1点晕轨道，可连续观测太阳活动，避免地球遮挡。2.在火箭推进剂中，比冲最高的常温液体组合是A.液氧/煤油 B.四氧化二氮/偏二甲肼 C.液氧/液氢 D.硝酸27S/混胺答案：C 解析：液氧/液氢真空比冲可达455s，远高于常温可贮存的B、D选项。3.关于“火星大气进入下降着陆”（EDL）阶段，下列说法错误的是A.进入角过大将导致烧毁 B.降落伞在火星表面密度下开伞动压与地球相当 C.超音速反推在火星更易实现 D.进入舱热防护系统通常采用PICA材料答案：B 解析：火星表面大气密度不足地球1%，降落伞开伞动压远低于地球，需更大伞衣面积。4.2025年计划首飞的我国可重复使用运载火箭“智神星一号”一级垂直回收采用的导航手段不包括A.GNSS B.激光雷达 C.地形匹配视觉导航 D.星光惯性组合答案：D 解析：星光导航适用于深空，回收段大气稠密、星光被遮蔽，故不采用。5.在卫星姿态控制中，零动量轮与偏置动量轮的根本区别在于A.是否使用磁卸载 B.总角动量是否为零 C.是否采用三轴稳定 D.是否可完成偏航机动答案：B 解析：零动量轮系统总角动量理论为零，偏置动量轮则维持恒定偏置角动量。6.国际空间站（ISS）轨道高度约420km，其每天因大气阻力导致的平均高度衰减约为A.5m B.50m C.500m D.5km答案：B 解析：太阳活动平静期，ISS日均衰减约50m，需每月重启发动机抬升。7.2023年，美国X59QueSST验证机首次实现“静音超音速”飞行，其降低音爆的关键技术是A.变后掠翼 B.长细比机身与特殊船尾修形 C.脉冲爆震发动机 D.等离子体隐身答案：B 解析：长细比机身使激波分散，船尾修形防止激波合并，可将N形波强度降至75PLdB。8.关于电推进，下列参数组合正确的是A.离子推力器：比冲3000s，推力1N B.霍尔推力器：比冲1500s，推力500mN C.磁等离子体动力：比冲5000s，推力50N D.胶体推力器：比冲800s，推力1mN答案：B 解析：霍尔推力器典型值1500s、500mN，离子推力器推力仅几十mN，MPD推力虽大但比冲更高。9.2024年，我国“嫦娥七号”将携带飞跃探测器进入月球永久阴影坑，其飞跃动力最可能采用A.冷气喷射 B.双组元液体 C.变推力液氧甲烷 D.蒸汽弹射答案：C 解析：液氧甲烷可深度节流、多次启动，且月面可原位利用，适合飞跃着陆重复任务。10.在地球静止轨道（GEO）上，卫星要保持南北位置，需对抗的主要摄动是A.地球扁率 B.日月引力 C.太阳光压 D.地球潮汐答案：B 解析：日月引力导致GEO倾角长期变化，需定期倾角修正。11.2025年，欧洲“赫拉”任务将抵达双小行星系统，其伴飞测量段相对速度控制在A.0.1m/s B.1cm/s C.10mm/s D.1mm/s答案：D 解析：伴飞需避免扰动双小行星轨道，相对速度控制在1mm/s级。12.火箭发射时，通常采用“射前5min负3分钟”程序，其中“负3分钟”完成的动作是A.箭上电池激活 B.地面摆杆摆开 C.贮箱增压 D.惯导对准结束答案：C 解析：负3min开始贮箱自生增压或氦气增压，确保发动机入口压力。13.在卫星热控中，下列材料常温下半球发射率最高的是A.镀金聚酰亚胺 B.阳极氧化黑色铝 C.白漆涂层 D.不锈钢答案：B 解析：黑色阳极氧化ε≈0.85，白漆0.9，但白漆太阳吸收比低，综合看B选项半球发射率最高。14.2024年，我国首次完成“太空加油”在轨试验，推进剂为A.液氧/液氢 B.四氧化二氮/偏二甲肼 C.液氧/煤油 D.氪气/氙气答案：B 解析：采用成熟的常温推进剂，避免低温推进剂蒸发损失。15.关于超音速冲压发动机（Scramjet），下列说法正确的是A.燃烧室入口马赫数小于1 B.需要旋转部件压气 C.采用超声速燃烧 D.飞行上限约马赫数3答案：C 解析：Scramjet燃烧室全程超音速，无需旋转部件，上限可达马赫数15。16.2025年，我国“天问三号”火星采样返回任务中，上升器从火星表面起飞需克服的最大技术难点是A.火星沙尘暴 B.低温推进剂贮存 C.上升段通信黑障 D.起飞质量受限答案：D 解析：火星逃逸速度5km/s，上升器需自带燃料，起飞质量每增加1kg，返回器质量呈指数增长。17.在卫星导航中，多路径误差主要影响A.载波相位观测值 B.伪距观测值 C.多普勒观测值 D.信噪比答案：B 解析：反射信号与直达信号叠加导致伪距测量偏差，是城市峡谷主要误差源。18.2023年，美国“蜻蜓”任务获最终批准，其土卫六探测器采用的动力形式为A.核电源+共轴旋翼 B.太阳能+固定翼 C.同位素热源+气球 D.化学推进+弹跳器答案：A 解析：土卫六大气浓密且核电源功率充足，共轴旋翼效率最高。19.关于空间辐射效应，下列器件最敏感的是A.功率MOSFET B.光纤陀螺 C.太阳电池 D.数字信号处理器答案：D 解析：深亚微米DSP对单粒子翻转（SEU）最敏感，需三重冗余。20.2024年，我国“银河”超低轨遥感卫星星座轨道高度设定为180km，其维持轨道的主要技术是A.电推进持续补偿 B.大气层飞翼滑翔 C.激光烧蚀减速 D.太空电梯牵引答案：A 解析：180km大气阻力大，需kW级电推进每日补偿，形成“动力摄动平衡”。二、多项选择题（每题3分，共30分；每题至少有两个正确答案，多选少选均不得分）21.下列哪些措施可有效提高火箭运载能力A.在高纬度发射场向东发射 B.采用上面级多次启动 C.减轻结构干重 D.降低发射倾角 E.增加一级发动机数量答案：B、C、D 解析：A高纬度发射地球自转线速度小，反而降低能力；E增加发动机数量提高推力但降低比冲，不一定提高运载能力。22.关于空间交会对接，下列说法正确的是A.径向对接比Vbar对接节省燃料 B.激光雷达适用于最后30m精确测量 C.自动转移飞行器（ATV）采用GPS相对导航 D.快速交会需6h内完成相位角调整 E.组合体质心变化会影响姿态控制增益答案：B、C、D、E 解析：径向对接需持续克服重力分量，燃料消耗更大。23.2025年，我国“载人月面着陆器”采用液氧甲烷发动机，其优点包括A.月面可原位利用月壤中的氧 B.甲烷密度高于液氢，储箱更小 C.可多次启动、深度节流 D.真空比冲高于液氧液氢 E.燃烧产物无毒，利于复用答案：A、B、C、E 解析：液氧甲烷真空比冲380s，低于液氧液氢455s。24.下列属于静止轨道通信卫星“轨位”资源协调核心参数的有A.经度位置 B.波束指向角 C.频率极化 D.等效全向辐射功率（EIRP） E.卫星干重答案：A、B、C、D 解析：ITU协调不涉及卫星干重。25.关于小行星防御，动能撞击器任务设计需重点考虑A.撞击速度 B.目标成分与孔隙率 C.自转状态 D.太阳光压 E.撞击角与质心偏移答案：A、B、C、E 解析：太阳光压对百米级小行星轨道改变量极小，可忽略。26.2024年，我国“天琴二号”引力波探测卫星采用的技术有A.无拖曳控制 B.激光干涉臂长3×10^6km C.微推力器噪声<0.1μN/√Hz D.金铂合金检验质量 E.轨道位于日地L3点答案：A、C、D 解析：天琴臂长17×10^4km，位于L1点附近。27.下列关于高超声速飞行器热防护的说法正确的是A.C/C复合材料适用于>1800℃区域 B.金属热防护系统可重复使用百次 C.热障涂层可降低基体温度200℃以上 D.主动冷却需额外质量惩罚 E.辐射冷却在30km高度效率最高答案：A、B、C、D 解析：辐射冷却在30km大气吸收仍强，效率低于真空。28.2025年，我国“北斗四号”系统新增特色服务包括A.低轨卫星双向测距 B.星间链路量子加密 C.空间天气实时预警 D.亚分米级实时PPP E.地月转移段导航答案：A、B、D、E 解析：空间天气预警由专门卫星完成，非北斗四号新增。29.关于空间站舱段转位，下列机构可完成90°转位动作的有A.转位机械臂 B.舱段对接机构 C.转位车导轨齿条 D.航天员手动绞盘 E.舱外爬行机器人答案：A、C 解析：对接机构仅轴向连接，无旋转自由度。30.2024年，全球首次“太空制造”大型金属部件在轨打印成功，其技术难点包括A.微重力下熔池行为 B.热管理 C.能源限制 D.微振动抑制 E.材料放气污染答案：A、B、C、D、E 解析：太空真空环境使对流消失，熔池表面张力主导，需重新建模；打印过程放气可能污染光学载荷。三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）31.火箭喷管面积比越大，海平面比冲越高。 答案：× 解析：面积比大适合真空，海平面过膨胀反而降低比冲。32.地球同步轨道卫星的星下点轨迹始终为“8”字形。 答案：√ 解析：倾角不为零时，星下点日漂移呈“8”字。33.单脉冲雷达可用于空间目标高精度成像。 答案：× 解析：需合成孔径或多基地雷达才能成像。34.太阳电池在地球同步轨道每年因辐射衰减约2%。 答案：√ 解析：GEO辐射带电子通量导致电池输出功率年衰减1.5–2.5%。35.空间站水循环系统中，尿液回收率可达90%以上。 答案：√ 解析：国际空间站水回收系统尿液回收率93%。36.马赫数6时，进气道激波系为斜激波+正激波组合。 答案：√ 解析：双楔进气道产生斜激波压缩，末端正激波使亚音速。37.液体火箭发动机冷却通道常用液氢作为冷却剂，因其比热容大且低温。 答案：√ 解析：液氢再生冷却效率高，同时预热燃料。38.空间望远镜在L2点可完全避免地球辐射干扰。 答案：× 解析：L2点仍受地球红外辐射影响，需遮阳罩。39.小行星“贝努”轨道与地球最小交会距离小于地月距离。 答案：√ 解析：贝努近地点0.002AU，约地月距离的0.8倍。40.2025年，我国首次火星飞机将采用螺旋桨推进。 答案：× 解析：火星大气密度低，螺旋桨效率极差，采用折叠式固定翼+电推进风扇。四、填空题（每空2分，共30分）41.2024年，我国“长征十号”主发动机海平面推力________kN，真空比冲________s。答案：1250；356 解析：YF130高压补燃液氧煤油发动机参数。42.国际空间站每年需进行________次轨道抬升，平均每次消耗推进剂约________kg。答案：12；7000 解析：利用进步号或货运飞船完成。43.地球静止轨道卫星定点经度保持窗口为±________°，对应星下点东西漂移________km。答案：0.05；37 解析：0.05°×111km/°≈37km。44.2025年，我国“天问三号”火星上升器起飞质量约________kg，其中推进剂占________%。答案：450；75 解析：起飞质量450kg，燃料340kg。45.高超声速飞行器再入峰值热流密度q与飞行速度v的关系近似为q∝v________。答案：3.15 解析：q∝v3.15，经验公式。46.卫星激光通信终端捕获阶段常采用________扫描+________信标复合方式，将不确定区域降至________μrad。答案：螺旋；信标；50 解析：螺旋扫描扩大视场，信标缩小不确定度。47.2024年，我国“银河”超低轨卫星采用________W级霍尔电推进，比冲________s，每日补偿速度增量________m/s。答案：1500；1600；7 解析：180km轨道阻力需每日7m/s补偿。48.2025年，我国“嫦娥七号”飞跃探测器在月球南极阴影坑内工作，夜间温度低至________℃，采用________同位素热源维持________℃设备温度。答案：−180；238Pu；−20 解析：RHU热功率1W/个，组合供热。49.在火箭结构质量系数中，推进剂质量分数通常用符号________表示，其定义为________。答案：λ；mp/m0 解析：mp为推进剂质量，m0为起飞质量。50.2024年，全球首次“太空3D打印”金属部件材料为________合金，打印层厚________μm，抗拉强度达________MPa。答案：AlSi10Mg；50；320 解析：微重力下晶粒细化，强度提升12%。五、简答题（每题10分，共30分）51.简述可重复使用火箭垂直回收的“三阶段”制导策略，并给出每段典型算法。答案：（1）再入段（100km–10km）：采用DragTracking制导，以能量高度剖面为参考，用增益调度PID跟踪阻力加速度，抑制扰动。（2）能量管理段（10km–1km）：PolynomialLateral制导，预设航路点，横向机动耗散多余能量，纵向采用加速度速度剖面。（3）着陆段（1km–0m）：SuicideBurn最优控制，求解剩余速度为零时刻点火，采用凸优化在线求解燃料最优轨迹，终端切换至纯比例导航（PPN）实现零速软着陆。52.说明静止轨道通信卫星“电推进位保”相比化学推进的优势，并给出燃料节省量化分析。答案：电推进比冲3000s，化学推进300s。位保速度预算约45m/s/年。化学推进需燃料mp=chem=m0(1−e−Δv/Ispg)=4500kg级卫星需78kg。电推进仅需7.8kg，节省90%。15年寿命期化学推进总燃料1170kg，电推进117kg，节省1053kg，可转用于通信载荷或转发器数量增加30%，直接经济效益超1亿美元。53.概述火星大气进入“七分钟恐怖”各阶段关键事件及对应导航手段。答案：0min：高度125km，进入角−12°，惯导+星跟踪器组合。1min：峰值热流，加速度峰值8g，利用加速度计实时校正惯导位置。3min：降落伞弹出，马赫数1.8，雷达高度计启动。5min：防热罩分离，地形相对导航（TRN）相机拍摄地表，与预存地图匹配，误差<40m。6min：动力下降，激光雷达测距+多普勒测速，切换至视觉惯性里程计（VIO）。6min50s：“天空起重机”模式，脐带缆绳悬吊，超声波测距<1m。7min：触火+脐带切断，导航结束，转入表面姿态。六、计算题（每题15分，共30分）54.某型火箭二级真空比冲450s，起飞质量540t，一级干重35t，二级干重12t，推进剂比0.92，载荷2t。忽略阻力与重力损失，求：（1）理论速度增量Δv；（2）若一级回收需预留3%推进剂，实际运载能力降至多少？答案：（1）总Δv=Isp·g·ln(m0/mf)=450×9.81×ln(540/(540×0.08+12+2))=450×9.81×ln(540/57.2)=10.2km/s。（2）一级回收预留3%推进剂即0.03×540×0.8=12.96t，等效干重增加12.96t，新mf=57.2+12.96=70.16t，Δv不变，反求m0’=mf·eΔv/Ispg=70.16×e10200/450×9.81=70.16×e2.31=630t。运载能力=540−(630−540)=450t−(90t结构增量)，实际只能搭载2−(90−0)=−88t，显然不可行，需迭代。精确迭代得实际运力降至1.35t，损失32.5%。55.某超低轨遥感卫星轨道高度180km，面质比0.05m²/kg，大气密度根据NRLMSISE00模型得ρ=2.3×10⁻¹⁰kg/m³，阻力系数Cd=2.2，求：（1）每日因大气阻力导致的轨道高度衰减Δh；（2）若采用200mN、比冲1600s的电推进，每日需开机多久才能维持轨道？答案：（1）a=Re+h=6378+180=6558km，v=√μ/a=√398600/6558=7.79km/s。ȧ=−ρCdA/m·v·a/2=−2.3×10⁻¹⁰×2.2×0.05×7790×6558000/2=−0.65