小学《太空垃圾》宇宙环境知识点试卷

小学《太空垃圾》宇宙环境知识点试卷一、填空题（每空2分，共30分）太空垃圾，又称为空间碎片，是指在绕地球轨道上运行，但不具备任何使用价值的人造物体及其碎片。太空垃圾的主要来源包括：废弃的人造卫星、火箭箭体残骸、航天器爆炸或碰撞产生的碎片、航天员的生活垃圾和工具等。按照尺寸大小，太空垃圾可分为三类：大尺寸（直径大于10厘米）、中尺寸（直径1-10厘米）和小尺寸（直径小于1厘米）。其中，大尺寸垃圾可被地面雷达直接跟踪，而小尺寸垃圾数量最多，难以追踪。太空垃圾的主要危害包括：高速撞击威胁航天器和航天员安全、占据宝贵的轨道资源、干扰天文观测、产生二次碎片连锁反应。目前国际上常用的太空垃圾清理技术包括：激光移除、机械臂抓取、网捕、拖拽离轨等。二、选择题（每题3分，共30分）以下哪项不属于太空垃圾的主要来源？（）A.废弃的气象卫星B.陨石碎片C.火箭末级残骸D.航天员遗落的手套答案：B解析：陨石碎片属于自然天体，而非人造物体，因此不属于太空垃圾。太空垃圾的运行速度通常可达每秒多少公里？（）A.1-3公里B.7-8公里C.10-12公里D.15-20公里答案：B解析：近地轨道上的物体运行速度约为7.8公里/秒，相当于子弹速度的10倍以上。1978年，苏联“宇宙954号”核动力卫星坠毁事件中，造成污染的主要原因是？（）A.卫星携带的核反应堆残骸散落B.卫星燃料泄漏C.卫星碎片撞击地面建筑D.卫星电池爆炸答案：A解析：该卫星携带的核反应堆在大气层中未完全烧毁，放射性物质散落加拿大西北部，造成严重污染。以下哪种技术被认为是最具潜力的主动清理手段？（）A.激光烧蚀减速B.太空垃圾收集船C.充气式捕获袋D.以上都是答案：D解析：目前多种技术路线并行发展，激光、机械臂、网捕等均被视为可行方案。国际空间站为应对太空垃圾威胁，采取的主要措施是？（）A.安装防护盾B.定期变轨规避C.配备紧急撤离飞船D.以上都是答案：D解析：国际空间站通过防护盾抵御小碎片撞击，通过轨道机动规避大碎片，并配备联盟号飞船作为紧急撤离手段。以下哪个国家最早提出“太空垃圾清理”概念？（）A.美国B.俄罗斯C.日本D.欧洲航天局答案：A解析：20世纪80年代，美国NASA率先开展空间碎片研究，并提出清理构想。太空垃圾的“凯斯勒综合征”是指？（）A.垃圾数量随时间呈指数级增长B.垃圾之间的碰撞会产生更多碎片C.垃圾会逐渐聚集形成“垃圾带”D.垃圾会干扰地球磁场答案：B解析：由美国科学家唐纳德·凯斯勒提出，指当轨道碎片密度达到临界值时，碰撞连锁反应会使轨道完全无法使用。以下哪种材料最适合用于制造太空垃圾防护盾？（）A.铝合金B.钛合金C.碳纤维复合材料D.蜂窝结构铝面板答案：D解析：蜂窝结构能有效分散撞击能量，国际空间站的防护盾采用这种设计。2009年，美国铱星33号与俄罗斯宇宙2251号卫星相撞事件，产生了多少碎片？（）A.约1000块B.约2000块C.约3000块D.约4000块答案：C解析：此次碰撞产生约2000块可追踪碎片，实际小碎片数量可能超过10万。中国在太空垃圾治理方面采取的措施不包括？（）A.研发“遨龙一号”空间碎片清理飞行器B.建立空间碎片监测系统C.制定卫星离轨标准D.禁止发射近地轨道卫星答案：D解析：中国积极参与太空治理，但并未禁止近地轨道卫星发射，而是通过技术手段减少垃圾产生。三、判断题（每题2分，共20分）太空垃圾只存在于近地轨道。（）答案：×解析：太空垃圾分布在从低地球轨道到地球静止轨道的广阔空间，甚至包括月球轨道。小尺寸太空垃圾（直径小于1厘米）对航天器没有威胁。（）答案：×解析：即使是毫米级的碎片，也能在高速撞击下造成航天器表面损伤，甚至穿透舱壁。所有卫星在寿命结束后都会自动坠入大气层烧毁。（）答案：×解析：只有近地轨道卫星会因大气阻力逐渐降低轨道，而地球静止轨道卫星可能在轨道上停留数百年。太空垃圾清理的主要难点在于技术，而非成本。（）答案：×解析：清理成本极高，例如清理一个大型碎片可能需要数千万美元，经济可行性是主要障碍。国际上已有统一的太空垃圾治理法律。（）答案：×解析：目前主要依靠《外层空间条约》等框架性文件，缺乏强制约束力的国际法律。太空垃圾会吸收太阳光，导致地球温度下降。（）答案：×解析：目前太空垃圾的总量尚未达到影响地球气候的程度。中国的“天宫”空间站也面临太空垃圾的威胁。（）答案：√解析：中国空间站同样需要定期规避危险碎片。太空垃圾的回收利用在技术上是可行的。（）答案：√解析：部分金属碎片可通过太空冶炼技术回收，但目前成本过高。航天员在太空行走时，不需要担心太空垃圾的威胁。（）答案：×解析：航天员出舱活动前，地面控制中心会评估轨道碎片风险，必要时调整出舱时间。随着技术发展，太空垃圾问题将在未来10年内得到解决。（）答案：×解析：太空垃圾治理是长期挑战，需要国际社会共同努力，短期内难以彻底解决。四、简答题（每题10分，共20分）简述太空垃圾对人类空间活动的主要威胁。参考答案：太空垃圾的威胁主要体现在四个方面：航天器损毁：高速撞击可能导致卫星功能失效、空间站舱壁穿孔，甚至引发灾难性事故（如2009年铱星碰撞事件）。航天员安全：威胁出舱活动的航天员生命安全，微小碎片也可能穿透航天服。轨道资源枯竭：大量垃圾占据宝贵的地球静止轨道和近地轨道，限制未来卫星发射。环境污染：携带放射性物质或有毒燃料的卫星坠毁，可能造成地面环境污染（如苏联核卫星坠毁事件）。天文观测干扰：太空垃圾会反射阳光，形成“人造流星”，干扰天文望远镜观测。列举三种当前可行的太空垃圾清理技术，并分析其优缺点。参考答案：|技术类型|优点|缺点||---|---|---||激光移除|非接触式操作，可远程清理多个目标|受大气干扰，能量需求大，可能产生二次碎片||机械臂抓取|精度高，可回收大型碎片|操作复杂，对目标识别要求高||网捕/绳系|成本较低，可一次性捕获多个碎片|捕获后稳定控制难度大||拖拽离轨|适用于大型卫星平台|需要与目标精确对接|解析：不同技术适用于不同类型的垃圾，未来可能采用“组合拳”策略，例如先用激光定位，再用机械臂捕获。五、论述题（20分）题目：结合实例，论述国际社会应如何合作应对太空垃圾危机。参考答案要点：建立全球监测网络：整合美国SpaceTrack、欧洲空间局SpaceDebrisOffice、中国空间碎片监测系统等资源，实现数据共享。例如：国际空间站的轨道规避依赖各国提供的碎片预警信息。制定统一的技术标准：强制要求卫星配备离轨装置（如推进系统），确保寿命结束后在25年内离轨。例如：欧洲航天局规定所有新卫星必须符合“空间碎片减缓标准”。开展联合清理行动：由国际组织牵头，共同研发清理技术，分摊成本。例如：欧洲航天局的“ClearSpace-1”任务计划于2025年清理一枚废弃火箭箭体，这是全球首个主动清理任务。完善国际法律框架：制定具有约束力的《空间碎片治理公约》，明确责任归属和赔偿机制。例如：2009年铱星碰撞事件中，责任划分和赔偿问题至今仍存在争议。推动商业参与：鼓励私营企业参与垃圾清理，例如美国“太空垃圾清理公司”（Astroscale）已开展相关试验。通过政府补贴或碳交易等方式降低商业公司的成本压力。加强公众教育：提高公众对太空垃圾问题的认识，推动绿色航天理念。例如：通过科普纪录片、太空主题展览等形式普及相关知识。结论：太空垃圾问题是全人类面临的共同挑战，需要各国摒弃地缘政治分歧，在技术、法律、资金等层面开展深度合作。只有通过全球协同，才能确保外层空间的可持续利用，为未来的深空探索奠定基础。六、拓展思考题（附加10分）题目：如果让你设计一种新型太空垃圾清理系统，你会采用哪些创新技术？请画出示意图并说明工作原理。（本题为开放性题目，鼓励学生发挥想象力，以下为参考思路）参考设计：“太空清道夫”智能清理系统系统组成：母船：配备大型太阳能板和离子推进器，可长期在轨运行。子探测器群：由数十个小型立方体卫星组成，搭载激光雷达和机械臂。回收舱：用于储存捕获的碎片，最终坠入大气层烧毁。工作流程：探测阶段：子探测器群通过分布式网络扫描轨道碎片，实时更新三维地图。捕获阶段：针对不同尺寸的垃圾采用不同策略：大尺寸垃圾：母船释放机械臂直接抓取。中尺寸垃圾：子探测器发射可降解网绳捕获。小尺寸垃圾：使用高能激光烧蚀减速，使其坠入大气层。回收阶段：捕获的垃圾被送入回收舱，当回收舱装满后，脱离母船，受控坠入南太平洋无人区。创新点：**swarmintelligence（蜂群智能）**：子探测器群自主协同工作，提高清理效率。可降解材料：网绳和回收舱采用可降解聚合物，避免产生新的垃圾。能量循环：利用垃圾中的金属碎片进行太空冶炼，为系统提供部分能源。示意图说明：（此处可绘制母船释放子探测器的场景，标注关键部件：太阳能板、机械臂