广西桂航杯航天知识竞赛试题及答案

广西桂航杯航天知识竞赛试题及答案1.【单选】“桂航杯”赛事用火箭模型采用的三级分离顺序，下列哪一项符合广西低纬度发射的能量最优原则？A.一级熄火后立即分离二级，二级点火延迟3sB.一级熄火后延迟1.2s分离，二级点火延迟0.8sC.一级熄火与二级点火同步，无延迟D.一级熄火前2s提前分离，二级点火延迟5s答案：B解析：低纬度地球自转线速度大，火箭可利用较大初速度减少推进剂消耗。一级熄火后1.2s分离可利用剩余推力克服阻力，二级0.8s延迟点火确保动压下降，兼顾重力损失与结构安全，能量最优。2.【单选】2022年广西参与研制的“桂微一号”卫星运行在轨道高度535km、倾角97.4°的轨道，该轨道类型属于：A.地球静止轨道B.太阳同步回归轨道C.临界倾角轨道D.地球同步转移轨道答案：B解析：97.4°接近98°，为典型太阳同步轨道，配合535km高度可实现地面地方时正午成像，回归周期通过半长轴与地球扁率耦合设计，保证全球覆盖。3.【单选】长征八号遥二任务中，助推器采用液氧煤油发动机YF-100，其比冲在海平面约为：A.255sB.286sC.301sD.342s答案：C解析：YF-100海平面比冲301s，真空比冲335s，富氧预燃分级燃烧循环提高燃烧效率，煤油冷却再生喷管降低损失。4.【单选】在月球背面软着陆时，探测器无法直接接收地球测控信号，中继卫星必须部署在：A.地月L1点晕轨道B.地月L2点晕轨道C.月球极地轨道D.地球同步轨道答案：B解析：地月L2点位于月球背面外侧约6.5万km，晕轨道周期14天，可连续视场覆盖月球背面与地球，实现信号转发。5.【单选】某型固体火箭发动机壳体材料为T800碳纤维/环氧复合材料，其典型环向拉伸强度约为：A.1.2GPaB.2.1GPaC.3.5GPaD.5.8GPa答案：C解析：T800纤维拉伸强度5.8GPa，但壳体采用±20°缠绕，纤维利用率约60%，复合后环向强度3.5GPa，兼顾轻量与爆破安全裕度。6.【单选】“嫦娥五号”返回器再入速度约11km/s，采用“半弹道跳跃式”再入，第二次再入点距第一次约：A.300kmB.800kmC.1500kmD.2500km答案：C解析：第一次再入减速至7.5km/s后跃起，弹道系数降低，第二次再入点水平距离约1500km，利用大气层边缘滑行耗散能量，降低过载峰值至4g。7.【单选】在火箭推进剂质量分数λ=0.91、比冲Isp=310s、速度增量ΔV=7200m/s的条件下，根据齐奥尔科夫斯基公式，结构系数φ约为：A.0.06B.0.08C.0.10D.0.12答案：B解析：ΔV=Isp·g0·ln[(1+λ)/(φ+λ)]，代入得φ≈0.08，表明贮箱与壳体需采用铝锂合金与复合材料轻量化。8.【单选】北斗三号卫星采用铷钟与氢钟组合，氢钟短期稳定度（1sAllan方差）典型值：A.1×10⁻¹⁰B.1×10⁻¹²C.1×10⁻¹⁴D.1×10⁻¹⁶答案：C解析：被动型氢钟1sAllan方差1×10⁻¹⁴，优于铷钟两个量级，提高系统定位精度至厘米级。9.【单选】在广西文昌发射场，地球自转带来的向东发射初速度约为：A.288m/sB.410m/sC.465m/sD.520m/s答案：B解析：文昌纬度19.6°，地球自转线速度V=ω·R·cosφ=7.292×10⁻⁵×6378×10³×cos19.6°≈410m/s，较酒泉提升约200m/s。10.【单选】“天问一号”进入火星捕获轨道时，相对火星的速度需从5.6km/s降至4.4km/s，主要减速手段为：A.气动捕获B.化学制动C.电推进减速D.大气刹车答案：B解析：近火点300km处3000N发动机点火15min，消耗约1t燃料，ΔV1.2km/s，直接进入大椭圆捕获轨道，气动与大气刹车风险高未采用。11.【单选】火箭级间分离常用的“爆炸螺栓+弹簧推杆”方案，爆炸螺栓典型临界断裂时间散布：A.0.1msB.0.5msC.1.2msD.2.0ms答案：C解析：起爆器桥丝发火至螺栓断裂1.2ms，散布±0.2ms，需与后级发动机点火时序匹配，避免碰撞。12.【单选】在卫星热控中，广西湿热环境导致多层隔热材料（MLI）边缘易受潮，地面贮存需控制相对湿度低于：A.40%B.50%C.60%D.70%答案：B解析：镀铝聚酯膜受潮后太阳吸收比αs由0.08升至0.25，导致在轨过热，地面贮存≤50%RH并充氮密封。13.【单选】“桂航杯”模型火箭采用碳纤维复合材料舵面，其颤振临界速度估算使用：A.活塞理论B.偶极子格网法C.非定常CFD/CSM耦合D.准定速Theodorsen法答案：C解析：大攻角跨音速舵面需耦合Navier-Stokes方程与结构模态，准确预测极限环颤振，传统线性方法误差>20%。14.【单选】月球极区永久阴影坑内水冰探测，最可靠的遥感手段为：A.可见光成像B.中子谱仪C.激光高度计D.微波辐射计答案：B解析：中子谱仪可探测氢原子，能量0.1–1000eV中子计数下降指示水冰含量，月船1号与LRO均验证。15.【单选】火箭垂直回收时，发动机关机后残余推进剂蒸发导致质心偏移，抑制晃动的常用装置为：A.环形隔板B.弹性膜袋C.径向防晃板D.海绵状金属泡沫答案：C解析：径向防晃板利用表面张力与黏滞阻尼，降低低重力下slosh力矩，质量代价<1%，膜袋易破裂未采用。16.【单选】“鹊桥”中继卫星对地链路采用X波段，下行码速率最高1.2Gbps，其信道编码方式为：A.RS(255,223)B.LDPC(8160,7136)C.Turbo(1784,1/2)D.BCH(127,92)答案：B解析：深空LDPC码长8160，码率0.875，较RS增益2.5dB，降低地面站天线口径需求。17.【单选】在火星表面，利用大气CO₂与H₂制备甲烷，萨巴蒂尔反应器最佳催化剂为：A.Fe-NiB.Ru-Al₂O₃C.Cu-ZnOD.Pt-CeO₂答案：B解析：Ru/Al₂O₃在350°C、3MPa下CO₂转化率>99%，CH₄选择性>97%，抗积碳，MOXIE实验采用。18.【单选】火箭低温贮箱采用“共底”结构，中间真空夹层的支柱材料常选：A.304不锈钢B.Ti-6Al-4VC.GFRPD.高硅氧酚醛答案：B解析：钛合金比强度高，线膨胀系数与复材匹配，热导率仅为不锈钢1/6，降低漏热。19.【单选】“高分十二号”卫星采用敏捷机动成像，其控制力矩陀螺（CMG）角动量容量：A.15N·m·sB.50N·m·sC.150N·m·sD.500N·m·s答案：C解析：150N·m·s双平行构型，可在25s内实现30°侧摆，满足对地分辨率0.5m的推扫成像。20.【单选】在轨卫星太阳电池阵输出功率衰减模型中，广西地区辐射带质子通量较低，GaAs/Ge电池年衰减率约：A.1.5%B.2.3%C.3.8%D.5.1%答案：B解析：内辐射带质子通量<10⁹cm⁻²·s⁻¹，年衰减2.3%，较地球同步轨道低1%，寿命15年仍可保持70%功率。21.【单选】火箭飞行中，跨音速段动压最大，其出现马赫数区间：A.0.4–0.7B.0.8–1.2C.1.5–2.0D.2.5–3.0答案：B解析：0.8–1.2马赫激波与附面层干扰导致动压峰值，结构载荷设计以此工况为基准。22.【单选】“嫦娥四号”月面生物实验，棉花种子发芽所需最低光照强度：A.10lxB.50lxC.200lxD.1000lx答案：B解析：密闭微环境CO₂浓度高，50lxLED红光即可触发光形态建成，实验持续212h。23.【单选】在火箭回收着陆腿中，采用铝蜂窝缓冲，其名义压溃应力：A.0.5MPaB.1.8MPaC.3.5MPaD.7.0MPa答案：B解析：5052铝蜂窝密度80kg/m³，压溃应力1.8MPa，吸能稳定，质量效率>90%。24.【单选】“天链一号”中继卫星对低轨用户星采用S波段单址链路，其EIRP值：A.20dBWB.34dBWC.48dBWD.60dBW答案：B解析：2m抛物面天线增益34dBi，行波管功放10W，EIRP=10log10(10)+34≈44dBW，考虑损耗实测34dBW。25.【单选】火箭液氧涡轮泵诱导轮汽蚀系数σ典型值：A.0.02B.0.05C.0.08D.0.12答案：B解析：σ=0.05对应NPSH15m，诱导轮扬程系数1.2，可抑制主叶轮汽蚀，提高转速至30000rpm。26.【单选】“张衡一号”电磁监测卫星载荷量程0–1MHz，其磁场分辨率：A.1pT/√HzB.10pT/√HzC.0.1nT/√HzD.1nT/√Hz答案：B解析：磁通门与感应线圈组合，10pT/√Hz@1kHz，可捕捉地震前兆ULF波。27.【单选】火箭整流罩过顶冲击噪声最大频率：A.20HzB.63HzC.200HzD.1000Hz答案：B解析：边界层湍流脉动主导63Hz，声压级145dB，卫星需避开整星基频。28.【单选】“祝融号”火星车采用“蝶形”四翼太阳翼，其电池片覆盖率：A.60%C.80%D.95%答案：B解析：翼面布置CIC组件，80%覆盖率兼顾散热与防尘，火星尘埃遮挡年均衰减5%。29.【单选】在火箭姿态控制中，采用“加速度计+陀螺”组合，陀螺零偏不稳定性要求：A.0.01°/hB.0.1°/hC.1°/hD.10°/h答案：B解析：战术级光纤陀螺0.1°/h，满足500s飞行累积误差<0.05°，成本与精度平衡。30.【单选】“谷神星一号”固体火箭采用石墨环氧复合材料壳体，其爆破系数（P_b·R/t）典型值：A.30MPaB.45MPaC.60MPaD.80MPa答案：B解析：T800/环氧爆破系数45MPa，安全系数1.4，工作压强10MPa，壳体质量比0.88。31.【多选】下列哪些措施可降低火箭上面级在轨爆炸风险？A.推进剂钝化排放B.贮箱超压爆破膜C.锂-ion电池完全断电D.太阳翼展开锁定答案：A、B、C解析：排放剩余液氧与液氢、设置爆破膜避免压力升高、电池断电防止热失控，太阳翼展开无关。32.【多选】关于“嫦娥五号”月面起飞，下列说法正确的是：A.起飞初始姿态由着陆平台水平仪提供B.上升器主发动机为7500N变推力液发C.起飞质量约500kgD.进入15×180km环月轨道需ΔV1.7km/s答案：B、C、D解析：7500N发动机节流20–100%，起飞质量508kg，ΔV1.68km/s，姿态由惯导+星敏，非平台水平仪。33.【多选】火箭回收格栅舵材料需满足：A.高温抗氧化B.高比刚度C.焊接性能D.低密度答案：A、B、D解析：格栅舵再入温度800°C，需Inconel625增材制造，高比刚度防颤振，焊接非必须。34.【多选】“北斗”星间链路Ka波段测距精度受限于：A.电离色散B.设备时延标校C.卫星钟差D.多路径答案：B、C解析：Ka波段电离层影响<1cm，设备群时延标校残差3cm，钟差通过双向比对消除，多路径空间negligible。35.【多选】在火星EDL阶段，“天问一号”进入角偏差±0.2°将导致：A.开伞高度±2kmB.峰值过载±0.5gC.着陆椭圆长短轴±20kmD.进入走廊宽度±0.7°答案：A、B、C解析：进入角±0.2°对应航程±20km，开伞高度±2km，过载±0.5g，走廊宽度仅±0.7°，需轨道修正。36.【多选】卫星锂离子蓄电池组在广西高湿热环境地面贮存需：A.荷电状态30–50%B.温度15–25°CC.每3月补电一次D.充放电循环激活答案：A、B、C解析：高湿热加速自放电，SOC40%降低铜溶解，15–25°C抑制SEI膜增厚，每3月补电避免过放，循环激活非必要。37.【多选】火箭低温输送软管采用金属波纹管，其疲劳寿命取决于：A.波纹数B.壁厚C.层间摩擦D.内压幅值答案：A、B、C、D解析：低周疲劳寿命N∝(δ)^-3，波纹数多、壁厚薄、层间干摩擦大、内压幅值高均降低寿命。38.【多选】“高分七号”激光测高仪系统误差来源：A.大气折射B.海况偏差C.指向角误差D.计时jitter答案：A、C、D解析：陆地无海况，大气折射残差5cm，指向角误差1″对应地面3.5m，计时jitter100ps对应1.5cm。39.【多选】火箭上面级钝化时，液氧排放最佳方向：A.沿速度方向B.反速度方向C.径向向外D.自旋轴向答案：B、C解析：反速度方向降低轨道寿命，径向向外避免碰撞本体，速度方向会抬高轨道。40.【多选】“鹊桥”中继卫星晕轨道保持年ΔV预算包括：A.太阳辐射压B.月球非球形J₂C.地球引力摄动D.卫星干重变化答案：A、B、C解析：L2晕轨道不稳定，需每7天一次站保持，年ΔV≈45m/s，干重变化对轨道无直接摄动。41.【判断】“嫦娥五号”返回器再入过载峰值大于“神舟”飞船返回舱。答案：错误解析：嫦娥五号跳跃式再入最大过载4g，神舟弹道式再入峰值4.5–5g，前者更低。42.【判断】火箭液氧煤油发动机燃气发生器循环比补燃循环比冲更高。答案：错误解析：补燃循环全部推进剂经主燃烧室，比冲提高5–7%，燃气发生器存在溢流损失。43.【判断】在火星表面，利用CO₂与H₂制氧，每生产1kgO₂需消耗CO₂约2.5kg。答案：正确解析：2CO₂→2CO+O₂，摩尔质量88→32，理论比2.75，考虑转化率实际2.5kg。44.【判断】广西地区地磁场倾角约30°，对低轨卫星磁控力矩无显著影响。答案：错误解析：倾角30°导致磁矩与地磁场夹角变化，磁控需实时解耦，影响显著。45.【判断】火箭整流罩分离火工品钝感药剂HMX临界冲击能量高于RDX。答案：正确解析：HMX冲击感度7J，RDX4J，HMX更钝感，适合航天火工。46.【判断】“天问一号”中继星“鹊桥”对地通信采用S波段，雨衰可忽略。答案：正确解析：S波段2GHz，雨衰<0.1dB，远低于Ka波段，可忽略。47.【判断】卫星太阳电池阵采用MPPT控制器，比直接能量传输效率提升约30%。答案：错误解析：MPPT提升10–15%，30%夸大，受温度系数限制。48.【判断】火箭回收支腿铝蜂窝缓冲器可重复使用10次而不更换。答案：错误解析：蜂窝为一次性压溃，回收后需更换，不可重复。49.【判断】“北斗”三号卫星氢钟物理部分真空度需优于1×10⁻⁷Pa。答案：正确解析：真空度<10⁻⁷Pa减少碰撞频移，保证1×10⁻¹⁵稳定度。50.【判断】在轨卫星CMG角动量饱和后，可用磁卸载或喷气卸载。答案：正确解析：磁卸载利用地磁场，喷气使用肼推力器，均为常用手段。51.【填空】“桂航杯”模型火箭采用碳纤维缠绕壳体，纵向缠绕角度为____°，环向角度为____°。答案：±15，90解析：±15°提供轴向强度，90°承受环向压力，经典网络理论最优。52.【填空】长征八号液氧煤油发动机YF-100燃烧室压强为____MPa，混合比____。答案：18，2.6解析：高压补燃循环，混合比2.6保证富氧燃气驱动涡轮后进入主室。53.【填空】“嫦娥五号”月面起飞上升器主发动机工作时间____s，关机速度____m/s。答案：360，1720解析：360s内从0加速至1720m/s，进入15×180km轨道，平均推力6000N。54.【填空】火箭跨音速脉动压力功率谱峰值频率f_p与直径D关系经验公式f_p≈____·U/D。答案：0.2解析：斯特劳哈尔数0.2，U为飞行速度，用于整流罩声学设计。55.【填空】“鹊桥”中继卫星L2晕轨道振幅A_z约____km，周期____天。答案：13000，14解析：z方向振幅13000km，14天周期，与月球公转同步。56.【填空】火星制氧MOXIE实验，每小时产氧____g，功耗____W。答案：6，300解析：6g/hO₂，电解ZrO₂电池300W，未来放大至2kg/h支持载人。57.【填空】卫星锂离子蓄电池DOD30%循环寿命可达____次，容量保持率____%。答案：8000，80解析：18650型电池，低DOD延长寿命，满足15年任务。58.【填空】火箭回收格栅舵铰链力矩系数C_h在Mach0.8时约____，需电机扭矩____N·m。答案：0.05，150解析：0.05×q×S×c，动压25kPa，面积0.3m²，弦长0.4m，得150N·m。59.【填空】“天问一号”中继通信X波段上行频率____GHz，下行____GHz。答案：7.2，8.4解析：深空标准，7.2GHz上行指令，8.4GHz下行遥测。60.【填空】广西参与研制的微小卫星热控涂层α_s/ε_h比值需小于____，以控制在温。答案：0.4解析：低吸收高发射，α_s/ε_h<0.4，确保在±80°C范围。61.【简答】说明火箭回收支腿铝蜂窝缓冲器设计步骤，并给出压溃行程计算公式。答案：1)根据着陆质量m与允许过载n，求总吸能E=mg(n-1)h，h为压缩行程；2)选择蜂窝名义压溃应力σ_d，则所需截面积A=E/(σ_d·s)，s为行程；3)行程s取支腿长10–15%，s=βL，β=0.12；4)校核稳定性，长细比<15；5)公式：s=(mv²)/(2σ_dA)，其中v为触地速度。62.【简答】阐述“嫦娥五号”月面起飞无塔架导航方案，并给出初始姿态误差分配。答案：采用惯导+视觉地形匹配，着陆器提供基准坐标，上升器IMU零偏0.02°/h，星敏姿态误差±0.05°，地形匹配修正±0.3°，总初始姿态误差±0.35°，在发动机摆角±5°范围内，满足制导精度。63.【简答】说明固体火箭发动机复合材料壳体爆破系数与安全系数关系，并给出计算例。答案：爆破系数K_b=P_b·R/t，工作压强P_w=K_b/1.4，例：R=0.4m，t=2mm，K_b=45MPa，则P_w=32MPa，安全系数1.4符合国军标。64.【简答】描述火星EDL阶段“天问一号”降落伞开伞条件，并给出动压阈值。答案：马赫数<2.0，动压q=400–600Pa，高度11km，伞舱弹射速度30m/s，伞绳张力<18kN，确保盘缝带伞充气稳定。65.【简答】说明卫星锂离子蓄电池组在广西高湿热环境长期贮存的三项关键控制指标。答案：1)SOC40±5%，降低铜集流体溶解；2)温度20±5°C，避免SEI膜过度生长；3)相对湿度<50%，防止铝塑膜层间水解。66.【计算】某型火箭二级液氧贮箱直径3m，长度6m，壁板采用铝锂2195，密度2700kg/m³，屈服强度455MPa，安全系数1.5，贮箱内压0.35MPa，求最小壁厚与贮箱结构质量。答案：环向应力σ=PR/t，t=PR/σ_allow=0.35×1.5×10⁶/(455×10⁶/1.5)=0.00173m=1.73mm；取2mm，质量m=ρ·πDL·t=2700×π×3×6×0.002=305kg。67.【计算】“鹊桥”中继卫星L2晕轨道保持，假设太阳辐射压加速度a=1.2×10⁻⁷m/s²，面积质量比A/m=0.05m²/kg，求年累积ΔV。答案：a持续作用，年ΔV=a·T=1.2×10⁻⁷×3.15×10⁷=3.78m/s，与月球摄动共同构成45m/s预算的一部分。68.【计算】火箭回收支腿触地速度2m/s，质量2000kg，允许过载5g，铝蜂窝σ_d=1.8MPa，求缓冲行程与截面积。答案：E=½mv²=4000J，吸能E=m(n-1)gs=2000×4×9.81×s，得s=0.051m；A=E/(σ_d·s)=4000/(1.8×10⁶×0.051)=0.0435m²=435cm²。69.【计算】火星表面制氧，2CO₂→2CO+O₂，电解功率300W，电压1.5V，求每小时产氧质量与电流。答案：I=P/U=200A，每摩尔O₂需4mole⁻，n=200×3600/(4×96485)=1.87mol，m=1.87×32=60g，考虑效率10%，实际6g，电流200A。70.【计算】卫星太阳翼面积10m²，效率30%，太阳常数1367W/m²，寿命15年衰减25%，求末期功率。答案：P=1367×10×0.3×0.75=3075W，末期功率3.1kW。71.【综合】设计一款用于“桂航杯”的二级模型火箭，要求最大高度8km，起飞质量≤20kg，给出推进剂选型、级间分离时序、回收方案，并计算速度增量与最大动压。答案：1)推进剂：一级采用AP/HTPB复合固体，Isp260s，二级采用N₂O/HTPB混合，Isp250s；2)质量分配：一级12kg含8kg推进剂，二级6kg含4kg推进剂，载荷2kg；3)ΔV：一级ΔV=260×9.81×ln(20/12)=1300m/s，二级ΔV=250×9.81×ln(8/4)=1715m/s，总3015m/s，考虑损失2500m/s，可达8km；4)分离：一级熄火后0.5s火工分离，二级点火延迟0.3s；5)回收：一级伞降，二级滑翔翼伞，落区椭圆长轴2km；6)最大动压：q_max=½ρV²，在Mach0.8，高度5km，ρ=0.736kg/m³，V=270m/s，q=26.8kPa。72.【综合】“广西一号”遥感卫星运行在535kmSSO，要求地面分辨率1m，相机焦距f=3.5m，探测器像元尺寸a=5μm，求轨道高度是否满足，并给出幅宽与卫星平台稳定度要求。答案：地面采样距离GSD=a·H/f，H=535km，GSD=5×10⁻⁶×535×10³/3.5=0.764m<1m，满足；幅宽=像元数×GSD，探测器6000像元，幅宽4.6km；稳定度要求：像移<0.3像元，积分2ms，角稳定度<0.3×GSD/(V·t)=0.3×0.764/(7.5×10³×0.002)=0.015°，需微振动抑制<10μg/√Hz。73.【综合】火星EDL通信“黑障”持续约100s，提出一种中继方案降低中断，给出链路预算。答案：采用两艘中继飞行器：一艘在火星同步轨道，一艘在椭圆大椭圆轨道，利用UHF400MHz穿透等离子体，衰减<5dB；发射功率10W，天线增益0dBi，距离3500km，自由空间损耗L=20log(4πR/λ)=157dB，接收天线3m，增益20dBi，系统噪声-130dBm，所需Eb/N0=5dB，码率1kbps，链路余量=10log(10×1/10⁻¹³)-157+20-5=8dB，满足。74.【综合】计算广西文昌发射场发射地球同步转移轨道卫星，利用地球自转可节省的推进剂百分比，给出推导。答案：地球自转线速度ΔV=410m/s，GTO所需ΔV≈2500m/s，节省比例=410/2500=16.4%；考虑重力损失与比冲310s，推进剂节省百分比=1-exp(-ΔV/(Isp·g0))=1-exp(-410/3038)=13%。75.【综合】设计一款立方星6U热控系统，运行在535kmSSO，功耗30W，轨道周期95min，阴影35min，求散热面面积与涂层选择，并给出被动热控稳态方程。答案：阴影期需蓄电池供电，废热Q=30×2100=63kJ；稳态方程：εσAT⁴=Q/t，t=2100s，ε=0.8，σ=5.67×10⁻⁸，ΔT=30K，A=√(Q/(εσΔT⁴))=0.12m²；采用OSR涂层α_s=0.08，ε=0.8，散热面0.12m²，安装于对地面，满足-10–40°C。76.【综合】“桂航杯”火箭采用碳纤维复合材料压力容器，设计爆破压力8MPa，直径200mm，求纤维用量与缠绕层数，已知T800纤维强度5.8GPa，树脂体积分数40%，纤维利用率60%。答案：环向力平衡：N_θ=PR=8×0.1=0.8MN/m