2025年飞向人马座测试题及答案

2025年飞向人马座测试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于人马座α星（半人马座α星）的描述，错误的是：A.由A、B、C三颗恒星组成，其中C星即比邻星B.是距离太阳系最近的恒星系统C.A星和B星为黄矮星，与太阳光谱类型相同D.比邻星表面温度约3000K，属于红矮星2.2025年“远征者-Ⅶ”号星际飞船采用的“磁约束惯性核聚变推进系统”中，主要燃料组合为：A.氕+氘B.氘+氚C.氦-3+氘D.碳-12+氦-43.星际航行中，“时间膨胀效应”对宇航员生理周期的影响主要源于：A.飞船加速度超过地球重力B.飞船速度接近光速时的相对论效应C.深空辐射导致的生物钟紊乱D.封闭环境下的心理压力4.为实现与地球的实时通信，“远征者-Ⅶ”号需采用的关键技术是：A.量子纠缠通信（理论验证阶段）B.高增益Ka波段天线+激光通信复合系统C.中微子通信（穿透性强但能耗高）D.引力波通信（技术未成熟）5.人马座方向星际介质的主要成分是：A.高密度等离子体（电子+质子）B.分子云（H₂为主）C.星际尘埃（硅酸盐+碳颗粒）D.惰性气体（氦+氖）6.飞船生命支持系统中，“生物再生式环控生保”的核心是：A.化学吸收剂（如LiOH）处理CO₂B.藻类/高等植物光合作用循环C.电解水制氧+冷凝回收尿液D.人工光合成技术（模拟植物固碳）7.比邻星b（Proximab）被认为可能存在液态水的关键依据是：A.位于比邻星宜居带（轨道距离0.05AU）B.探测到大气中存在氧气C.地表温度稳定在273-373KD.雷达探测显示存在海洋反射信号8.星际航行中，“微陨石防护”的主要措施是：A.飞船外壳采用凯夫拉+陶瓷复合装甲B.前置磁场偏转带电粒子，机械屏障拦截固体颗粒C.主动规避（依赖提前1小时的微陨石预警）D.加厚铝制蒙皮（厚度≥10cm）9.以下关于“奥伯斯效应”的描述，正确的是：A.飞船在近恒星轨道加速可提升推进效率B.利用行星引力弹弓时需调整轨道倾角C.深空低温环境会降低核聚变反应速率D.相对论效应导致时间测量出现偏差10.飞船“休眠舱”设计需重点解决的问题是：A.长期低温对人体细胞的损伤（如冰晶形成）B.休眠期间的营养供给（静脉注射代替进食）C.心理隔离导致的精神障碍（虚拟现实干预）D.以上均需解决二、填空题（每空1分，共15分）1.人马座α星距离地球约____光年，以0.1c速度飞行需____年抵达。（保留两位小数）2.核聚变推进系统的比冲（单位质量推进剂产生的冲量）约为____s，是化学火箭（比冲约450s）的____倍以上。3.星际尘埃的典型粒径范围是____，其对飞船的主要威胁是____。4.飞船辐射防护的“主动措施”包括____，“被动措施”包括____。5.比邻星b的轨道周期约____天（已知比邻星质量为0.12M☉，轨道半长轴0.05AU，用开普勒第三定律计算）。6.深空通信的“多普勒频移”校正需实时监测飞船的____和____。三、简答题（每题5分，共30分）1.简述“光帆推进”与“核聚变推进”的优缺点对比（从能量来源、加速能力、持续时间、质量限制四方面分析）。2.解释为何红矮星（如比邻星）的宜居带行星可能面临更严峻的恒星活动威胁（需提及耀斑、恒星风、磁场环境）。3.飞船“闭合生态循环系统”需满足哪些物质循环要求？列举至少三种关键物质的循环路径（如碳、氧、水）。4.星际航行中“导航定位”的主要挑战是什么？目前可采用的解决方案有哪些（需涉及脉冲星导航、太阳系天体基准、惯性导航结合）。5.分析“时间膨胀效应”对任务规划的影响（如地球与飞船的时间差、通信延迟累积、宇航员生理年龄与地球同步年龄的差异）。6.简述“微重力环境”对宇航员生理的长期影响及应对措施（需涵盖肌肉萎缩、骨密度流失、心血管功能变化）。四、论述题（每题15分，共30分）1.假设“远征者-Ⅶ”号在飞行至半程（约2光年处）时，核聚变推进器的磁约束装置发生故障，无法维持等离子体confinement。请设计一套应急方案，包括：（1）故障诊断步骤；（2）备用推进系统的选择与启动条件；（3）剩余物资（燃料、水、氧气）的重新分配策略；（4）与地球控制中心的通信协调机制（考虑信号延迟）。2.结合当前系外行星探测技术（如凌日法、径向速度法、直接成像法），论述“远征者-Ⅶ”号抵达人马座α星后，如何开展该恒星系统内宜居行星的详细探测（需涉及设备配置、观测方法、数据验证标准）。五、案例分析题（15分）2025年12月，“远征者-Ⅶ”号在穿越猎户臂与英仙臂之间的星际稀疏区时，遭遇突发的“星际云团”（主要成分为H₂分子，密度约10⁴cm⁻³，温度10K）。飞船传感器显示：（1）前置防护屏温度异常升高（因分子撞击产热）；（2）推进器进气口（用于收集星际物质作为聚变燃料）被冰粒堵塞；（3）飞船导航系统因云团中的中性粒子干扰，与地球的激光通信中断。请分析：（1）云团对飞船的直接威胁有哪些？（2）针对三项异常，应分别采取何种应对措施？（3）若通信中断超过24小时，飞船需启动哪些自主决策机制？答案一、单项选择题1.C（A星为黄矮星，B星为橙矮星，光谱类型不同）2.C（氦-3+氘反应产生质子，便于磁约束引导推进，且中子辐射少）3.B（相对论时间膨胀公式Δt'=Δt/√(1-v²/c²)）4.B（量子通信未实用，中微子能耗高，引力波技术不成熟）5.A（星际介质以电离氢为主，分子云集中在恒星形成区）6.B（生物再生式核心是植物/藻类的光合作用循环）7.A（宜居带定义为可能存在液态水的轨道范围，氧气未确认）8.B（磁场偏转带电粒子，机械屏障拦截固体颗粒是主流方案）9.A（奥伯斯效应指在近恒星处加速，利用引力势能转化为动能）10.D（低温损伤、营养供给、心理问题均需解决）二、填空题1.4.22；42.20（4.22/0.1=42.2）2.10⁵-10⁶；200（化学火箭比冲约450s，核聚变可达百万秒级）3.0.1-10μm；撞击飞船表面导致材料剥蚀（微陨石坑）4.主动措施：磁场/等离子体护盾偏转辐射；被动措施：含氢材料（如水、聚乙烯）吸收中子5.11.2（开普勒第三定律：T²∝a³/M，T=√(0.05³/0.12)×365≈11.2天）6.径向速度；飞行方向（多普勒频移与相对速度相关）三、简答题1.光帆推进：能量来源为恒星/激光阵列（无自身燃料），加速能力弱（依赖光子动量），持续时间长（理论无限），质量限制严格（需超轻薄膜）。核聚变推进：能量来源为自身燃料（氘/氦-3等），加速能力强（推力大），持续时间受燃料限制，质量限制较高（需反应堆+防护装置）。2.红矮星活动更剧烈：耀斑爆发频率是太阳的1000倍以上，释放高能X射线和紫外线；恒星风（带电粒子流）密度是太阳的10-100倍，可能剥离行星大气；红矮星磁场复杂，导致行星磁层被压缩，无法有效屏蔽辐射。3.物质循环要求：碳（CO₂→植物→有机物→呼吸/分解→CO₂）、氧（H₂O→电解/光合作用→O₂→呼吸→H₂O）、水（尿液/汗液→冷凝→净化→饮用/植物灌溉）、氮（蛋白质分解→氨→硝化细菌→硝酸盐→植物吸收）。4.挑战：深空无地标，传统GPS失效；信号延迟长，无法实时校正。解决方案：脉冲星导航（利用X射线脉冲星的周期性信号定位）；以太阳系天体（如太阳、木星）为基准，结合星敏感器观测；惯性导航系统（高精度陀螺仪）实时更新位置，定期用脉冲星数据校准。5.影响：若飞船速度0.9c，地球时间10年对应飞船时间约4.36年（时间膨胀因子√(1-0.81)=0.436）；通信延迟随距离增加累积（4.22光年单程延迟4.22年），导致指令与反馈不同步；宇航员生理年龄增长慢于地球同龄人，可能造成任务交接困难。6.影响：微重力下肌肉无负荷，导致肌纤维萎缩（尤其是下肢）；骨钙流失（每月约1%），易骨折；心血管系统适应低重力，返回时出现体位性低血压。应对措施：抗阻训练（如ARED装置）、人工重力（旋转舱段）、药物干预（双膦酸盐类防骨流失）、心血管功能锻炼（跑步机+弹力带）。四、论述题1.应急方案：（1）故障诊断：首先关闭推进器，检查磁约束线圈电流、等离子体密度传感器数据，确认是线圈短路（硬件故障）还是控制软件错误（软件故障）；通过备用传感器（如红外成像）检测是否有局部过热或结构变形。（2）备用推进：启动光帆推进系统（若已展开）或离子推进器（低推力但持续）；若光帆未展开，可利用剩余燃料启动化学火箭（作为短时间辅助）。（3）物资分配：核聚变燃料优先用于维持生命支持系统（如电解水、供暖），减少非必要设备耗电；水和氧气按最低生存标准分配（每人每天2L水、0.8kg氧气），启动藻类培养舱增产氧气。（4）通信协调：因信号延迟约2年（半程2光年），需提前上传预设应急程序，地球控制中心通过延迟指令发送建议，飞船AI根据实时数据自主决策，重大操作（如变轨）需双确认（飞船确认+地球延迟确认）。2.探测方案：（1）设备配置：携带高分辨率光谱仪（可见光-红外）、行星成像仪（自适应光学系统）、质谱仪（分析大气成分）、雷达测深仪（探测地表下结构）。（2）观测方法：对目标行星（如比邻星b）采用凌日法（测量恒星亮度变化）结合径向速度法（测量恒星摆动）确认轨道参数；直接成像（需飞船靠近至0.1AU内，利用日冕仪遮挡恒星光芒）获取行星图像；光谱分析大气中的H₂O、O₃、CH₄等biomarkers（生命信号）。（3）数据验证：对比多次凌日光谱（排除恒星活动干扰）；分析大气成分是否处于化学非平衡态（如O₂与CH₄共存可能暗示生物活动）；雷达测深仪探测地表是否存在液态水（介电常数差异）；采样返回（若技术允许）分析土壤中的有机分子。五、案例分析题（1）直接威胁：防护屏过热可能导致材料性能下降（如熔化或脆化）；推进器进气口堵塞影响燃料收集（无法补充聚变所需的星际氢）；通信中断导致与地球失联，无法获取指令。（2）应对措施：①降低飞船速度（减少相对撞击速度），启动冷却系统（如液体循环散热