2025年中小学生航空航天科普知识竞赛真题含解析及答案

2025年中小学生航空航天科普知识竞赛练习题含解析及答案1.（单选）2024年11月，我国首颗专用于青少年科普的互动卫星“少年星二号”在酒泉发射升空，其轨道高度约为（）A.160kmB.320kmC.520kmD.780km答案：C解析：低于400km轨道受大气阻力衰减过快，高于600km对中小学生地面测控站天线口径要求增大，520km为兼顾寿命与科普可操作性的最优值。2.（单选）下列哪项不是火箭“冷分离”技术的优点（）A.降低分离冲击B.省掉火工品C.减轻整流罩质量D.提高分离同步性答案：D解析：冷分离依靠弹簧或气压推杆，无爆炸冲击，但推杆响应存在毫秒级分散，同步性反而低于火工品。3.（单选）航天员在轨进行“太空跑台”锻炼时，必须系上弹性束缚带，其主要目的是（）A.防止飘走B.增加骨应力C.降低心率D.减少二氧化碳吸入答案：B解析：失重状态下骨骼缺少重力负荷，弹性束缚带提供轴向压力，刺激成骨细胞，延缓骨质疏松。4.（单选）关于“地月L2点”描述正确的是（）A.位于地球本影内B.绕月周期与月球自转周期相同C.探测器在此永远背对地球D.维持轨道需持续消耗推进剂答案：D解析：地月L2点处于月球背面外侧，非阴影区；虽为动平衡点，但受太阳摄动需定期轨道修正。5.（单选）2025年计划发射的“巡天”空间望远镜，其主镜口径2米，却采用“离轴三反”光路，主要为了（）A.缩小整机体积B.避免中心遮拦C.降低加工难度D.提高主镜刚度答案：B解析：同轴系统次镜遮挡降低成像对比度，离轴结构实现无遮拦，提高暗弱天体观测能力。6.（单选）火箭发射倒计时进入“T0”后，若地面风突增，程序首先会（）A.终止计时B.暂停加注C.启动逃逸塔D.切换至备用窗口答案：A解析：T0后火箭已转内控，地面无法终止加注；风超限触发“hold”指令，计时暂停，等待风速回落或进入下一轮窗口。7.（单选）在火星制氧实验中，MOXIE装置将CO₂分解为O₂与CO，其能量直接来源于（）A.放射性同位素B.太阳能C.燃料电池D.火星风能答案：B解析：MOXIE随“毅力”号着陆，由车顶太阳能板供电，高温电解CO₂，每小时产氧约10克。8.（单选）“北斗三号”卫星采用“星间链路”Ka波段通信，其波长最接近（）A.2.5cmB.2.5mmC.2.5μmD.2.5nm答案：B解析：Ka波段26.5–40GHz，取中心频率35GHz，λ=c/f≈8.6mm，最接近选项B。9.（单选）下列材料最适于制造可重复使用火箭“栅格舵”的是（）A.7075铝B.碳纤维/环氧C.镍基高温合金D.铝锂合金答案：C解析：栅格舵再入需耐受1000℃以上高温燃气冲刷，镍基合金抗氧化、抗蠕变性能最优。10.（单选）“嫦娥六号”月球背面采样返回任务中，上升器与轨道器对接采用“抱爪式”机构，其捕获容差为（）A.±5cm/±0.5°B.±15cm/±1°C.±30cm/±5°D.±50cm/±10°答案：C解析：月背无地面测控，依赖自主相对导航，抱爪式扩大容差，减少对接次数风险。11.（单选）国际空间站每90分钟绕地球一圈，宇航员一天可看到（）次日出。A.8B.12C.16D.24答案：C解析：24h÷1.5h≈16圈，每圈一次日出。12.（单选）“引力弹弓”效应中，探测器从行星背侧飞掠后速度增加，其能量来源于（）A.行星推进器B.行星自转动能C.行星公转动能D.太阳辐射答案：C解析：探测器窃取行星绕太阳公转微量动能，行星速度减小，但质量巨大，变化可忽略。13.（单选）火箭推进剂“液氧甲烷”比冲比“液氧煤油”高约5%，主要因为（）A.甲烷密度大B.燃烧产物分子量小C.甲烷燃烧温度高D.甲烷粘度低答案：B解析：甲烷燃烧主要产物CO₂、H₂O，平均分子量低于煤油产生的CO、CO₂、H₂O混合气，排气速度高。14.（单选）“天问二号”小行星采样返回任务首选目标2016HO₃，其轨道特征为（）A.地球特洛伊B.金星共振C.地月共轨D.火星穿越答案：C解析：2016HO₃与地球共绕太阳，距离地球最近数百万公里，为稳定准卫星。15.（单选）在轨航天器采用“磁力矩器”进行姿态控制，其原理是（）A.与地磁场相互作用产生力矩B.与太阳风相互作用C.与电离层电流作用D.与引力梯度作用答案：A解析：通电线圈在地磁场中受安培力，形成力矩，无需消耗工质。16.（单选）“黑障”区通信中断主要发生在（）A.起飞阶段B.再入段30–80kmC.轨道巡航D.着陆反推答案：B解析：再入高速形成等离子鞘套，反射电磁波，导致通信中断。17.（单选）“腾云工程”两级入轨空天飞机，其一级载机采用“涡轮基压燃冲压”组合循环，其中“压燃”指（）A.柴油压燃B.超音速燃烧C.旋转爆震D.等压燃烧答案：C解析：旋转爆震燃烧室（RDE）在超音速气流中实现连续爆震，热循环效率高。18.（单选）“高分十一号”卫星可实现0.1m分辨率，其光学系统采用（）A.同轴折反B.离轴抛物面C.同轴两反+自适应光学D.离轴三反+自由曲面答案：D解析：自由曲面校正非对称像差，实现宽视场高分辨率。19.（单选）“阿尔忒弥斯协定”要求未来月球基地周围建立“安全区”，其半径暂定为（）A.1kmB.2kmC.5kmD.10km答案：B解析：NASA建议2km，防止月尘扰动与无线电干扰。20.（单选）“鹊桥”中继星携带的“微光相机”能在月夜150℃工作，其探测器材料为（）A.硅CCDB.铟镓砷C.碲镉汞D.氧化钒非制冷答案：C解析：碲镉汞（MCT）可响应0.8–2.5μm近红外，低温下暗电流极低。21.（单选）火箭贮箱“共底”结构上下分别盛放液氧与液氢，中间夹层填充（）A.氦气B.氮气C.聚氨酯泡沫D.真空+多层绝热答案：D解析：真空+多层绝热（MLI）阻断辐射与传导，减少液氢蒸发。22.（单选）“空间太阳能电站”采用微波无线传能，其频率优选2.45GHz，主要考虑（）A.避免与WiFi干扰B.大气衰减窗口C.天线尺寸最小D.生物安全答案：B解析：2.45GHz处于大气水汽弱吸收区，传输效率>85%。23.（单选）“神舟”飞船返回舱再入时，防热大底表面最高温度约（）A.800℃B.1200℃C.1800℃D.2500℃答案：C解析：再入速度7.8km/s，激波层温度可达2000℃，防热层烧蚀带走热量，外表面约1800℃。24.（单选）“蓝色起源”BE4发动机采用“富氧分级燃烧”，其预燃室氧化剂与燃料混合比约为（）A.5:1B.20:1C.50:1D.100:1答案：C解析：富氧预燃室混合比远高于主燃烧室，约50:1，产生高温高压富氧燃气驱动涡轮。25.（单选）“高分七号”激光测高仪单脉冲能量仅0.3mJ，却能测量海面厘米级高度，主要依赖（）A.光子计数技术B.多普勒锐化C.合成孔径D.脉冲压缩答案：A解析：采用单光子雪崩二极管阵列，回波光子个位数即可测时，实现低能量高重频。26.（单选）“立方星”1U标准尺寸为10×10×10cm，质量上限为（）A.1kgB.1.33kgC.2kgD.3kg答案：B解析：CalPoly标准规定1U≤1.33kg，确保PPOD释放器弹簧能量安全。27.（单选）“太阳帆”航天器利用太阳光压加速，其推力与（）成反比。A.日地距离B.帆面积C.帆反射率D.航天器质量答案：A解析：太阳辐射压强∝1/r²，推力与距离平方成反比。28.（单选）“火星直升机”旋翼尖端速度需控制在0.7马赫以内，主要因为（）A.防止激波失速B.节省电能C.避免尘暴D.降低噪声答案：A解析：火星大气稀薄，音速仅240m/s，激波失速提前，限制桨尖速度。29.（单选）“快舟十一号”采用“车载发射”，其发射车为（）A.半挂拖车B.铁路平车C.8轴越野底盘D.船舶甲板答案：C解析：8轴全地形越野底盘，机动至简易场坪，垂直起竖发射。30.（单选）“引力波暴高能电磁对应体全天监测器”（GECAM）卫星定位于（）轨道。A.太阳同步B.地球同步C.低倾角LEOD.大椭圆闪电答案：C解析：600km、倾角29°，避开范艾伦带，实现全天监测。31.（多选）下列哪些措施能有效降低微小卫星“凯斯勒综合征”风险（）A.任务结束后25年内离轨B.采用电推进升轨至“墓地轨道”C.安装被动膨胀式阻力帆D.发射前购买太空保险E.在轨释放镀铝气球增大雷达反射面积答案：A、C解析：B适用于GEO卫星；D为经济手段，不减少碎片；E增加跟踪性但无助于减缓碰撞。32.（多选）关于“旋转火箭”概念，说法正确的是（）A.自旋稳定减少舵面B.离心力可用于推进剂沉底C.旋转会显著降低比冲D.适合微纳火箭E.需解决陀螺耦合问题答案：A、B、D、E解析：旋转不影响发动机热力循环，比冲基本不变。33.（多选）“太空电梯”材料需满足（）A.抗拉强度≥100GPaB.密度≤3g/cm³C.耐紫外辐射D.耐原子氧侵蚀E.临界电流密度高答案：A、B、C、D解析：太空电梯无电流需求，E无关。34.（多选）“月壤3D打印”采用激光烧结方案时，需克服（）A.低重力导致粉末难铺平B.高真空加剧挥发C.月壤高玻璃含量易裂D.昼夜极温差E.静电漂浮污染镜头答案：A、C、D、E解析：真空减少对流，反而利于烧结，B非难题。35.（多选）“可展开式空间辐射器”常用驱动方式（）A.形状记忆合金B.步进电机+丝杠C.扭簧D.充气桁架E.液压缸答案：A、B、C、D解析：空间微重力无需高压液压，泄漏风险大。36.（多选）“深空原子钟”相比地面铯钟优势（）A.质量更轻B.功耗更低C.长期稳定度提高D.无需地面校准E.使用汞离子微波跃迁答案：A、B、D、E解析：深空钟10⁻15级稳定度与地面铯钟相当，但可自主导航，减少地面测控。37.（多选）“空间机械臂”末端执行器可具备（）A.力/力矩传感器B.视觉伺服相机C.电钻D.氩弧焊枪E.超声波无损检测探头答案：A、B、C、E解析：空间禁止明火焊接，氩弧焊需气体环境，不适用。38.（多选）“超音速客机”复飞面临的技术瓶颈（）A.音爆陆地限制B.高空NOx排放C.碳纤维复材耐高温不足D.超音速层流控制E.飞行员黑视答案：A、B、D解析：现代复材已解决2马赫温度；黑视由加速度引起，与超音速巡航无关。39.（多选）“空间数据中继卫星”采用Q/V波段，其优点（）A.波束窄B.雨衰小C.带宽大D.地面终端尺寸小E.抗干扰强答案：A、C、E解析：Q/V波段40/60GHz雨衰严重，需自适应编码，B错误。40.（多选）“火箭回收”垂直着陆段，栅格舵主要作用（）A.调整俯仰B.调整滚转C.降低热流D.增加阻力E.保持航向答案：A、B、E解析：栅格舵为气动控制面，不直接防热；阻力增量有限，主要提供力矩。41.（判断）“霍尔推进器”推力密度通常高于“离子推进器”。（）答案：√解析：霍尔推力器无需栅极提取，束流密度大，推力密度高1个量级。42.（判断）“太阳同步轨道”卫星的轨道面与太阳方向保持固定夹角，因此不会经过地球阴影。（）答案：×解析：晨昏轨道可全年光照，一般太阳同步轨道仍经历阴影，时长随季节变化。43.（判断）“月壤中氦3提取”需加热至600℃以上，因此适合利用月球正午高温，无需额外能量。（）答案：×解析：月面最高120℃，远达不到600℃，仍需聚光或电加热。44.（判断）“超音速燃烧冲压发动机”燃烧室气流速度始终大于当地音速。（）答案：√解析：SupersonicCombustion含义即燃烧在超音速流中完成。45.（判断）“国际空间站”美国舱段ECLSS系统可将尿液回收为饮用水，回收率约98%。（）答案：√解析：NASA2020年升级蒸馏催化氧化组件，回收率由85%提至98%。46.（判断）“火箭发射时看到的白色水雾”主要为燃烧产物水蒸气冷凝。（）答案：×解析：白色水雾80%来自发射台喷水冷却系统汽化，仅少量为燃烧产物。47.（判断）“空间太阳能电站”微波束对电离层影响可忽略不计。（）答案：√解析：2.45GHz波束能量密度≤230W/m²，远低于电离层击穿阈值。48.（判断）“火星大气密度约为地球1%”，因此降落伞减速效率与地球相当。（）答案：×解析：密度低+音速低，需更大伞衣或超音速开伞，效率远低于地球。49.（判断）“立方星”可依靠磁力矩器完成三轴姿态控制，无需任何活动部件。（）答案：×解析：磁力矩器无法提供绕地磁场方向的力矩，需搭配动量轮或被动阻尼。50.（判断）“火箭垂直回收”落点误差小于10m，主要依赖GPSRTK技术。（）答案：√解析：RTK（实时动态差分）定位精度厘米级，结合雷达高度表，实现精准着陆。51.（填空）我国“天和”核心舱机械臂最大延展长度为________米，末端定位精度________毫米。答案：10.2、45解析：臂长10.2m，重复定位精度±45mm，可承载25吨实验舱转位。52.（填空）“隼鸟2号”在小行星“龙宫”表面引爆的铜质“碰撞装置”质量为________kg，形成撞击坑直径约________m。答案：2、10解析：2kg铜弹以2km/s撞击，微重力下形成10m直径坑。53.（填空）“长征五号”芯一级液氢贮箱共底上下温差达________℃，中间采用________层绝热毯。答案：180、120解析：液氢253℃，液氧183℃，温差180℃；多层绝热毯120层镀铝聚酯薄膜。54.（填空）“北斗”卫星星载氢原子钟日稳定度为________×10⁻¹⁵，相当于________万年误差1秒。答案：2、600解析：2×10⁻¹⁵日稳，累积600万年误差1秒。55.（填空）“火星2020”直升机桨叶转速上限为________rpm，对应桨尖线速度________m/s。答案：2800、200解析：火星音速240m/s，0.7马赫对应桨尖200m/s，转速2800rpm。56.（填空）“国际空间站”每年需提升轨道约________km，消耗推进剂约________kg。答案：3、7000解析：大气阻尼导致轨道日衰减约1m，每年3次升轨，每次消耗约2300kg，共7000kg。57.（填空）“空间太阳能电站”若传输功率1GW，地面接收天线面积至少________km²，对应功率密度________W/m²。答案：5、200解析：按国际安全标准≤230W/m²，考虑余量取200，面积≈1×10⁹/200=5×10⁶m²=5km²。58.（填空）“鹊桥”中继星轨道为地月L2点________轨道，振幅约________km。答案：Halo、15000解析：绕L2点Halo轨道，Z方向振幅1.5万公里，保持对地月可见。59.（填空）“立方星”部署器PPOD内部最大允许加速度为________g，释放速度约________m/s。答案：12、0.3解析：CalPoly规范，弹簧推出加速度≤12g，释放相对速度0.3m/s，避免碰撞。60.（填空）“长征八号”芯二级采用“________循环”液氧煤油发动机，真空比冲达________s。答案：闭式膨胀、355解析：YF75D氢氧改型闭式膨胀循环，真空比冲355s，高于开式燃气发生器。61.（简答）说明“火箭回收”中“格栅舵”烧蚀后仍保持气动外形的原因。答案：格栅舵由镍基高温合金薄壁桁架组成，表面等离子喷涂氧化锆涂层，熔点>2400℃；再入时氧化锆逐渐烧蚀带走热量，内部金属温度低于蠕变点，桁架结构保持完整，烧蚀仅损失表面0.2mm，不影响整体外形与升力特性。62.（简答）阐述“月壤原位成型”采用“激光选区烧结”相比“粘结剂喷射”的两项优势与两项劣势。答案：优势：①无需携带有机粘结剂，节省发射质量；②烧结件孔隙率低、抗压强度>50MPa，可直接作为结构件。劣势：①能耗高，单件需电能>1kWh，月夜供电困难；②月壤高玻璃含量在急冷下易开裂，需预热至600℃以上，增加工艺复杂度。63.（简答）解释“超音速燃烧冲压发动机”中“热喉道”概念及其作用。答案：热喉道指燃烧室入口通过放热反应使气流马赫数降至1的虚拟最小截面，作用为：①稳定火焰，降低流速延长驻留时间；②形成热堵塞，调节质量流量，防止燃烧室过压；③通过控制燃料当量比，实现虚拟喉道面积可调，达到无几何节流下的推力调节。64.（简答）说明“空间太阳能电站”微波传输环节“波束锁定”技术的实现方式。答案：在发射天线与接收整流天线分别安装导频信标，地面发射2.45GHz低功率连续波，卫星接收后比较相位差，形成误差信号；卫星姿态控制系统调整天线指向，使主波束始终对准接收站；同时采用相控阵天线，单元相位由FPGA实时校正，补偿大气闪烁与平台振动，实现波束指向误差<0.1°。65.（简答）列举“北斗三号”采用“星间链路”后，地面段可省略的两类设施，并说明原因。答案：可省略海外地面监测站与数据通信卫星。原因：星间链路实现卫星间测距与数据交换，卫星自主定轨，无需境外地面站观测；同时导航电文通过星间链路中继至境内站，无需租用海外通信卫星回传数据，降低系统依赖性与运行成本。66.（综合）阅读材料：2025年，我国启动“觅音计划”，拟在太阳系边际（距太阳100AU）部署探测器，采用“核裂变电推进”+“引力弹弓”联合方案，飞行时间25年。任务需携带20kg科学载荷，通信距离100AU，下行数据率≥1kbps。请计算：（1）若采用X波段（8.4GHz）抛物面天线，星载发射功率40W，地面70m深空站，系统噪声温度20K，要求Eb/N0=2dB，编码增益8dB，需多大天线口径？（2）若改用激光通信，波长1550nm，星载发射功率10W，地面30m光学望远镜，接收灵敏度70dBm，是否满足需求？（3）比较两种方案对探测器姿态控制精度的要求差异。答案与解析：（1）链路预算：自由空间损耗L=20log(4πd/λ)=20log(4π×100×1.496×10¹¹/0.0357)=318dB接收功率Pr=Pt+Gt+GrL=46+10log(πD²/λ²)+77318令Pr=Eb×Rb=kT×Eb/N0×RbRb=1kbps，kT=228.6+13=215.6dBW/HzPr=215.6+2=213.6dBW联立得Gt=3184677213.6=18.6dB即10log(πD²/λ²)=7718.6=58.4dBD=√(10^5.84×λ²/π)=1.8m故星载天线需1.8m口径。（2）激光链路：光子能量E=hc/λ=1.28×10⁻¹⁹J接收光子率n=Pr/E=10⁻⁷/1.28×10⁻¹⁹=7.8×10¹¹photon/s误码率要求10⁻⁶，需每秒约1000photon/bit，故Rb=7.8×10¹¹/1000=7.8×10⁸bps≈780Mbps≫1kbps，满足。（3）X波段：波束宽度约1°，姿态控制±0.1°即可；激光：波束宽度10μrad，对应±0.0005°，需星载高精度星敏+陀螺闭环，姿态稳定度提高两个量级，对微振动抑制要求极高。67.（综合）某中学“立方星”项目设计3U卫星，轨道高度500km，任务寿命1年，需计算：（1）若采用3mm厚铝蜂窝板+0.5mm碳纤维蒙皮，卫星干重2.5kg，搭载0.5kg相机，推进剂0.2kg，求总质量是否满足1U≤1.33kg限制？（2）若不推进，轨道衰减至300km需多少天？（取大气密度ρ=2.2×10⁻¹²kg/m³，Cd=2.2，截面积0.01m²）（3）若采用被动磁力矩器+磁滞棒阻尼，估算滚转角速度降至0.1°/s所需时间（地磁场强度5×10⁻⁵T，磁矩0.1A·m²，转动惯量0.01kg·m²）。答案与解析：（1）总质量=2.5+0.5+0.2=3.2kg，3U上限3×1.33=3.99kg，满足。（2）衰减速率da/dt=ρCdA√(μa)/m积分得Δt≈m/(ρCdA)∫(1/√μa)da从500km到300km，Δa=200km，平均a=6670km，Δt≈3.2×200000/(2.2×10⁻¹²×2.2×0.01×√3.986×10¹⁴/6.67×10⁶)≈3.1×10⁷s≈360天，接近1年寿命。（3）磁滞阻尼力矩τ=mBsinθ≈mB=5×10⁻⁶N·m角加速度α=τ/I=5×10⁻⁴rad/s²由ω=αt，t=0.1°/s×π/180/5×10⁻⁴≈3.5s，实际磁滞损耗非线性，需约1000周期，总时间≈1小时。68.（综合）“火星制氧”MOXIE装置每小时产氧10g，若未来载人任务需为4名航天员提供呼吸氧（每人0.84kg/天）及甲烷燃料发动机氧（甲烷机混合比3.5，需甲烷6吨），求：（1）连续运行需多少台MOXIE同时工作？（2）若采用太阳能供电，火星日照峰值功率300W/m²，光电转换效率30%，系统整体电氧效率0.5kg/kWh，需多大太阳阵面积？（3）说明如何利用火星大气CO₂原位资源减少发射质量。答案与解析：（1）人呼吸氧：4×0.84=3.36kg/天