航天器控制系统设计2026年考试及答案

航天器控制系统设计2026年考试及答案考试时长：120分钟满分：100分航天器控制系统设计2026年考试及答案考核对象：航天工程专业本科生、研究生及行业从业者题型分值分布：-判断题（20分）-单选题（20分）-多选题（20分）-案例分析（18分）-论述题（22分）总分：100分---一、判断题（每题2分，共20分）1.航天器控制系统的核心功能是保持航天器的姿态稳定。2.惯性测量单元（IMU）主要用于测量航天器的角速度和加速度。3.星上计算机的实时操作系统（RTOS）不需要考虑任务优先级管理。4.航天器轨道机动通常采用脉冲发动机进行快速调整。5.控制系统的鲁棒性是指系统在参数变化时的适应性。6.太阳帆板作为能源系统，可以直接为控制系统提供直流电源。7.航天器热控制系统的主要目的是防止过热或过冷。8.星间激光通信系统属于航天器控制系统的一部分。9.控制系统的故障诊断通常依赖地面测控站的数据。10.航天器姿态控制律的设计需要考虑动力学约束。答案：1.√2.√3.×4.×5.√6.√7.√8.√9.×10.√---二、单选题（每题2分，共20分）1.以下哪项不是航天器姿态控制的主要方法？A.反作用飞轮控制B.磁力矩器控制C.星上计算机控制D.星间激光导航2.航天器轨道机动时，通常采用哪种推进方式？A.固体火箭发动机B.液体火箭发动机C.电推进系统D.太阳帆3.控制系统的实时性要求主要体现在以下哪方面？A.数据传输速率B.任务响应时间C.能源消耗效率D.系统可靠性4.航天器热控制系统的主要设计原则是？A.保持温度恒定B.最大化散热效率C.最小化能源消耗D.以上都是5.星上计算机的操作系统通常采用？A.WindowsB.LinuxC.实时操作系统（RTOS）D.Android6.航天器控制系统的鲁棒性设计主要针对？A.外部干扰B.内部故障C.环境变化D.以上都是7.惯性测量单元（IMU）的主要输出是？A.角速度和加速度B.温度和压力C.电压和电流D.光学信号8.航天器轨道机动的主要目的是？A.改变轨道高度B.调整姿态方向C.增加能源消耗D.以上都是9.控制系统的故障诊断通常采用？A.逻辑分析B.仿真模拟C.数据监测D.以上都是10.航天器姿态控制律的设计需要考虑？A.动力学约束B.控制精度C.能源效率D.以上都是答案：1.D2.B3.B4.D5.C6.D7.A8.D9.D10.D---三、多选题（每题2分，共20分）1.航天器控制系统的组成部分包括？A.星上计算机B.惯性测量单元（IMU）C.推进系统D.热控制系统2.航天器姿态控制的主要方法包括？A.反作用飞轮控制B.磁力矩器控制C.星上计算机控制D.星间激光导航3.航天器轨道机动的主要方式包括？A.火箭发动机推力调整B.反作用飞轮控制C.电推进系统调整D.太阳帆调整4.控制系统的实时性要求主要体现在？A.数据传输速率B.任务响应时间C.能源消耗效率D.系统可靠性5.航天器热控制系统的主要设计原则包括？A.保持温度恒定B.最大化散热效率C.最小化能源消耗D.以上都是6.星上计算机的操作系统通常采用？A.WindowsB.LinuxC.实时操作系统（RTOS）D.Android7.航天器控制系统的鲁棒性设计主要针对？A.外部干扰B.内部故障C.环境变化D.以上都是8.惯性测量单元（IMU）的主要输出包括？A.角速度和加速度B.温度和压力C.电压和电流D.光学信号9.航天器轨道机动的主要目的是？A.改变轨道高度B.调整姿态方向C.增加能源消耗D.以上都是10.航天器姿态控制律的设计需要考虑？A.动力学约束B.控制精度C.能源效率D.以上都是答案：1.ABCD2.ABC3.ACD4.AB5.ABCD6.C7.ABCD8.A9.AB10.ABCD---四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某航天器在地球轨道运行时，由于外部干扰导致姿态偏离预定方向，控制系统需要快速调整姿态。请简述姿态控制系统的设计步骤及关键参数。解答要点：1.姿态检测：通过IMU、太阳敏感器等传感器检测当前姿态。2.误差计算：将检测到的姿态与预定姿态进行对比，计算误差角。3.控制律设计：采用比例-积分-微分（PID）控制或自适应控制律，生成控制指令。4.执行机构控制：通过反作用飞轮或磁力矩器调整姿态。5.反馈调节：实时监测姿态变化，动态调整控制指令。关键参数包括：误差角阈值、控制律增益、执行机构响应时间等。评分标准：-姿态检测（2分）-误差计算（2分）-控制律设计（2分）案例2：某航天器在深空探测任务中，由于推进系统故障导致轨道偏离，需要通过电推进系统进行轨道修正。请简述轨道机动的设计步骤及关键参数。解答要点：1.轨道分析：计算当前轨道与目标轨道的偏差。2.机动策略设计：采用脉冲或连续电推进，计算推进时间及方向。3.推进剂消耗计算：根据推进剂质量及比冲，确定推进剂消耗量。4.执行机构控制：通过推进系统进行轨道调整。5.轨道验证：修正后验证轨道偏差是否在允许范围内。关键参数包括：轨道偏差、推进时间、推进剂质量、比冲等。评分标准：-轨道分析（2分）-机动策略设计（2分）-推进剂消耗计算（2分）案例3：某航天器在地球同步轨道运行时，由于太阳活动导致温度过高，热控制系统出现故障。请简述热控制系统的设计步骤及关键参数。解答要点：1.温度监测：通过温度传感器监测关键部件的温度。2.热平衡计算：计算当前热平衡状态，确定热量来源。3.散热策略设计：通过散热器、热管等设备进行热量转移。4.执行机构控制：通过散热器开关、热管流量调节等控制热量转移。5.温度验证：修正后验证温度是否在允许范围内。关键参数包括：温度阈值、散热效率、热管流量、散热器响应时间等。评分标准：-温度监测（2分）-热平衡计算（2分）-散热策略设计（2分）---五、论述题（每题11分，共22分）论述题1：请论述航天器控制系统设计中的实时性要求及其对系统设计的影响。解答要点：1.实时性要求：航天器控制系统需要快速响应外部干扰或内部故障，确保航天器安全运行。实时性要求主要体现在任务响应时间、数据传输速率等方面。2.系统设计影响：-硬件选择：需要采用高速处理器、低延迟传感器等硬件设备。-软件设计：采用实时操作系统（RTOS），优化任务调度算法。-控制律设计：采用快速响应的控制律，如PID控制或自适应控制。-冗余设计：通过冗余备份提高系统可靠性，确保实时性要求。评分标准：-实时性要求（3分）-硬件选择（3分）-软件设计（3分）-冗余设计（2分）论述题2：请论述航天器控制系统设计中的鲁棒性要求及其对系统设计的影响。解答要点：1.鲁棒性要求：航天器控制系统需要在外部干扰、内部故障或环境变化时仍能保持稳定运行。鲁棒性要求主要体现在系统对参数变化的适应性和抗干扰能力。2.系统设计影响：-控制律设计：采用自适应控制或鲁棒控制律，提高系统抗干扰能力。-传感器设计：采用高精度、高可靠性的传感器，减少误差影响。-冗余设计：通过冗余备份提高系统可靠性，确保鲁棒性要求。-故障诊断：设计故障诊断机制，及时发现并处理故障。评分标准：-鲁棒性要求（3分）-控制律设计（3分）-传感器设计（3分）-故障诊断（2分）---标准答案及解析一、判断题1.√航天器控制系统的核心功能是保持航天器的姿态稳定。2.√惯性测量单元（IMU）主要用于测量航天器的角速度和加速度。3.×星上计算机的实时操作系统（RTOS）需要考虑任务优先级管理。4.×航天器轨道机动通常采用液体火箭发动机进行快速调整。5.√控制系统的鲁棒性是指系统在参数变化时的适应性。6.√太阳帆板作为能源系统，可以直接为控制系统提供直流电源。7.√航天器热控制系统的主要目的是防止过热或过冷。8.√星间激光通信系统属于航天器控制系统的一部分。9.×航天器控制系统的故障诊断通常依赖星上自主诊断，而非地面测控站。10.√航天器姿态控制律的设计需要考虑动力学约束。解析：-3.×实时操作系统（RTOS）需要考虑任务优先级管理，以确保实时性要求。-4.×航天器轨道机动通常采用液体火箭发动机，因为其比冲高、推力可调。-9.×航天器控制系统的故障诊断通常依赖星上自主诊断，地面测控站主要用于数据传输和远程指令。二、单选题1.D反作用飞轮控制、磁力矩器控制和星上计算机控制都是姿态控制方法，星间激光导航属于通信系统。2.B航天器轨道机动通常采用液体火箭发动机，因为其比冲高、推力可调。3.B控制系统的实时性要求主要体现在任务响应时间，即系统对指令的快速响应能力。4.D航天器热控制系统的主要设计原则是保持温度恒定、最大化散热效率、最小化能源消耗。5.C星上计算机的操作系统通常采用实时操作系统（RTOS），以确保实时性要求。6.D航天器控制系统的鲁棒性设计主要针对外部干扰、内部故障和环境变化。7.A惯性测量单元（IMU）的主要输出是角速度和加速度。8.D航天器轨道机动的主要目的是改变轨道高度、调整姿态方向和增加能源消耗。9.D控制系统的故障诊断通常采用逻辑分析、仿真模拟和数据监测。10.D航天器姿态控制律的设计需要考虑动力学约束、控制精度和能源效率。解析：-1.D星间激光导航属于通信系统，不属于姿态控制方法。-2.B液体火箭发动机比冲高、推力可调，适合轨道机动。-3.B实时性要求主要体现在任务响应时间，即系统对指令的快速响应能力。-4.D热控制系统需要综合考虑温度恒定、散热效率和能源消耗。-5.C星上计算机需要实时操作系统（RTOS）以确保实时性要求。三、多选题1.ABCD星上计算机、惯性测量单元（IMU）、推进系统和热控制系统都是航天器控制系统的组成部分。2.ABC航天器姿态控制的主要方法包括反作用飞轮控制、磁力矩器控制和星上计算机控制。3.ACD航天器轨道机动的主要方式包括火箭发动机推力调整、电推进系统调整和太阳帆调整。4.AB控制系统的实时性要求主要体现在数据传输速率和任务响应时间。5.ABCD航天器热控制系统的主要设计原则包括保持温度恒定、最大化散热效率、最小化能源消耗。6.C星上计算机的操作系统通常采用实时操作系统（RTOS）。7.ABCD航天器控制系统的鲁棒性设计主要针对外部干扰、内部故障和环境变化。8.A惯性测量单元（IMU）的主要输出是角速度和加速度。9.AB航天器轨道机动的主要目的是改变轨道高度和调整姿态方向。10.ABCD航天器姿态控制律的设计需要考虑动力学约束、控制精度和能源效率。解析：-1.ABCD所有选项都是航天器控制系统的组成部分。-2.ABC星间激光导航不属于姿态控制方法。-3.ACD太阳帆主要用于能源系统，不直接用于轨道机动。-4.AB实时性要求主要体现在数据传输速率和任务响应时间。-6.C星上计算机需要实时操作系统（RTOS）以确保实时性要求。四、案例分析案例1：-姿态检测：通过IMU、太阳敏感器等传感器检测当前姿态。-误差计算：将检测到的姿态与预定姿态进行对比，计算误差角。-控制律设计：采用比例-积分-微分（PID）控制或自适应控制律，生成控制指令。-执行机构控制：通过反作用飞轮或磁力矩器调整姿态。-反馈调节：实时监测姿态变化，动态调整控制指令。关键参数包括：误差角阈值、控制律增益、执行机构响应时间等。案例2：-轨道分析：计算当前轨道与目标轨道的偏差。-机动策略设计：采用脉冲或连续电推进，计算推进时间及方向。-推进剂消耗计算：根据推进剂质量及比冲，确定推进剂消耗量。-执行机构控制：通过推进系统进行轨道调整。-轨道验证：修正后验证轨道偏差是否在允许范围内。关键参数包括：轨道偏差、推