2025-2026学年全国青少年航天创新大赛（知识竞赛）试题解析及核心考点

2025-2026学年全国青少年航天创新大赛（知识竞赛）试题解析及核心考点一、选择题（每题2分，共40分）1.我国首次火星探测任务“天问一号”的探测器，由环绕器、着陆器和哪个部分组成？A.返回器B.巡视器（火星车）C.轨道舱D.推进舱答案：B解析：“天问一号”探测器由环绕器、着陆器和巡视器（即“祝融号”火星车）三部分组成。环绕器负责中继通信和环火科学探测，着陆器负责进入火星大气、下降和着陆，巡视器则在火星表面进行移动和科学探测。返回器是月球采样返回或未来火星采样返回任务中的组成部分，轨道舱和推进舱更多见于载人航天任务。2.在近地轨道运行的航天器，其环绕速度大约为多少？A.3.1km/sB.5.6km/sC.7.9km/sD.11.2km/s答案：C解析：第一宇宙速度，又称环绕速度，是指物体在地面附近绕地球做匀速圆周运动所需的最小发射速度，其值约为7.9km/s。3.1km/s和5.6km/s无特定对应，11.2km/s是第二宇宙速度（脱离地球引力场的最小速度）。3.国际空间站上，航天员进行舱外活动（太空行走）时穿着的舱外航天服，其内部压力通常设置为多少？A.1个标准大气压（101kPa）B.约0.7个标准大气压（70kPa）C.约0.3个标准大气压（30kPa）D.接近真空答案：C解析：为了兼顾航天员的生命保障和航天服关节的灵活性，舱外航天服通常采用低压纯氧环境。国际空间站使用的舱外航天服内部压力设定在约29.6kPa（约0.3个标准大气压），航天员在出舱前需要进行数小时的吸氧排氮，以防止减压病。4.下列哪种现象是航天器在再入返回地球大气层时，通信会暂时中断的主要原因？A.多普勒效应B.等离子体鞘套C.太阳风干扰D.大气折射答案：B解析：航天器以极高速度再入大气层时，与稠密大气剧烈摩擦，使周围空气电离，形成一层高温等离子体，包裹在航天器周围，这就是“等离子体鞘套”。这层等离子体能够吸收和反射无线电波，导致地面与航天器之间的通信暂时中断，这种现象被称为“黑障”。5.我国用于发射“嫦娥”系列月球探测器的运载火箭主要是？A.长征二号FB.长征五号C.长征七号D.长征三号乙答案：B解析：“嫦娥四号”、“嫦娥五号”及后续的“嫦娥六号”等任务，均使用我国目前运载能力最强的火箭——长征五号。长征五号的地月转移轨道运载能力超过8吨，能够满足月球探测器及采样返回任务的发射需求。长征三号乙主要用于发射高轨道卫星，长征二号F用于发射载人飞船，长征七号主要用于发射“天舟”货运飞船。6.在轨运行的卫星，其轨道平面与地球赤道平面的夹角称为？A.近地点幅角B.轨道倾角C.升交点赤经D.偏心率答案：B解析：轨道倾角是描述卫星轨道空间取向的一个重要参数，定义为轨道平面与地球赤道平面之间的夹角。倾角为0度是赤道轨道，90度是极地轨道。近地点幅角、升交点赤经和偏心率是描述轨道形状和方向的另外几个轨道根数。7.航天器姿态控制中，利用高速旋转的飞轮来吸收或产生角动量，从而调整航天器指向的方法，称为？A.冷气推进控制B.反作用飞轮控制C.磁力矩器控制D.重力梯度稳定答案：B解析：反作用飞轮是航天器姿态控制的常用执行机构。通过电机驱动飞轮加速或减速，根据角动量守恒定律，飞轮角动量的变化会产生一个反作用力矩作用在航天器本体上，从而实现对其姿态（指向）的高精度、无工质消耗的调整。8.下列哪项不是“祝融号”火星车在火星表面开展的科学探测任务？A.火星气象监测B.火星土壤结构探测C.寻找火星液态水湖D.火星表面成分分析答案：C解析：“祝融号”火星车携带了多光谱相机、地形相机、火星表面成分探测仪、火星车磁强计、火星气象测量仪、次表层探测雷达等科学载荷，主要进行形貌与地质构造、表面物质成分、土壤结构、大气物理特征及表面环境等探测。寻找火星液态水湖（如地下湖泊）主要依靠环绕器的雷达探测（如欧空局“火星快车”的发现），“祝融号”不具备直接探测深部液态水的能力。9.航天员在空间站长期驻留，身体可能发生的变化不包括？A.肌肉萎缩和骨质流失B.心血管功能减退C.身高暂时增加D.味觉永久性丧失答案：D解析：长期微重力环境下，体液头向分布导致面部浮肿、鼻塞（影响味觉和嗅觉，但通常是暂时的）、肌肉因缺乏负重而萎缩、骨骼因缺乏应力刺激导致钙质流失（骨质流失）、心血管系统调节功能可能减弱。脊柱椎间盘因压力减小而舒展，会导致身高暂时增加2-5厘米。味觉和嗅觉的变化主要是暂时的，回到地球重力环境后可恢复，并非永久性丧失。10.我国建设的全球卫星导航系统是？A.GPSB.GLONASSC.GalileoD.BDS答案：D解析：BDS（BeiDouNavigationSatelliteSystem）即中国北斗卫星导航系统，是我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统。GPS是美国系统，GLONASS是俄罗斯系统，Galileo是欧盟系统。核心考点：本部分重点考察对我国重大航天工程（天问、嫦娥、北斗、空间站）的基本认知、航天基础概念（宇宙速度、轨道参数、姿态控制）、空间环境与生命保障（微重力效应、舱外航天服）、以及航天器工程常识（再入通信中断）。要求参赛者对我国航天成就和航天基本原理有清晰、准确的了解。二、填空题（每空1分，共20分）1.中国空间站的基本构型由______核心舱、______实验舱和______实验舱组成“T”字构型。答案：天和；问天；梦天解析：中国空间站以天和核心舱为控制中心，问天实验舱和梦天实验舱为主要科学实验平台，三舱组合体形成“T”字基本构型，具备长期载人驻留和开展大规模空间科学实验的能力。2.航天器发射窗口是指允许航天器发射的______和______范围。答案：时间；时间段（或“时刻范围”）解析：发射窗口是一个综合性的时间概念，它考虑了任务目标（如轨道交会、行星际转移）、测控条件、光照要求、天气约束、空间环境等多种因素，确定的允许发射的时间区间。3.根据开普勒第三定律，行星公转周期的平方与其轨道半长轴的______成正比。答案：立方解析：开普勒第三定律的数学表达式为=C4.我国首位进入太空的航天员是______，首位执行出舱活动的航天员是______。答案：杨利伟；翟志刚解析：2003年，杨利伟乘坐神舟五号飞船进入太空，成为我国首位航天员。2008年，翟志刚在神舟七号任务中成功完成我国首次空间出舱活动。5.运载火箭的级间分离方式通常有______分离和______分离两种。答案：热；冷（顺序可互换）解析：“热分离”是指上一级发动机尚未关机，下一级发动机就点火，利用下一级的喷流将上一级推开，分离速度快，但干扰大。“冷分离”则是上一级发动机关机后，利用小型分离火箭或弹簧等装置将两级分开，之后下一级再点火，分离过程较平稳。6.月球表面的环形山主要是由______撞击形成的。答案：小天体（或“陨石”、“小行星”等）解析：月球缺乏大气层和地质活动，其表面的古老地貌得以保存。绝大多数环形山（月坑）是由小行星、彗星或流星体高速撞击月表而形成的撞击坑。7.航天器的热控制分为______热控制和______热控制两大类。答案：被动；主动（顺序可互换）解析：被动热控依靠材料的热物理性质（如涂层、多层隔热材料、热管）和航天器结构设计来调节温度，无需消耗能量。主动热控则通过消耗能量的设备（如电加热器、百叶窗、流体循环回路）来主动调节温度。8.在卫星通信中，信号从地面站上传到卫星所使用的频段称为______链路，从卫星下传到地面站称为______链路。答案：上行；下行（顺序不可互换）解析：这是卫星通信的标准术语。上行链路（Uplink）指地面到卫星的传输，下行链路（Downlink）指卫星到地面的传输。两者通常使用不同的频率以避免干扰。9.使物体完全摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小速度，称为______宇宙速度，其值约为______km/s（从地球轨道出发估算）。答案：第三；16.7解析：第三宇宙速度是指从地球表面发射，使物体不仅能摆脱地球引力，还能摆脱太阳引力，飞出太阳系所需的最小初始速度，理论值约为16.7km/s。10.航天器轨道机动中，沿速度方向点火加速会使轨道半长轴变______，轨道能量变______。答案：大；大（或“增加；增加”）解析：根据轨道力学，在轨道某点沿切向（速度方向）施加推力，若为加速，则航天器在该点的总机械能增加，导致轨道半长轴增大（圆轨道则半径增大，椭圆轨道则远地点升高）。核心考点：填空题侧重于考察关键名称、核心概念、基本定律和重要数据。要求准确记忆我国空间站构成、航天英雄、航天基本术语（发射窗口、热控分类、通信链路）、以及基础物理定律（开普勒定律、轨道机动原理）的具体内容。三、判断题（每题1分，共10分）1.所有在轨运行的人造卫星都需要依靠发动机持续点火来维持其轨道高度。（×）解析：在近似真空的太空环境中，卫星在惯性作用下绕地球运行，理论上不需要持续动力即可维持轨道运动（开普勒轨道）。轨道衰减主要是由极稀薄的大气阻力等非保守力引起的，对于高轨道卫星（如地球同步轨道），这种衰减非常缓慢，无需频繁轨道维持。2.月球始终以同一面朝向地球，是因为月球没有自转。（×）解析：月球存在自转，其自转周期与绕地球公转的周期相同，均为约27.3天，这种运动状态称为“同步自转”或“潮汐锁定”，导致我们从地球上只能看到月球的同一面（正面），而无法直接看到背面。3.国际空间站上的航天员处于完全失重状态，是因为他们离地球太远，地球引力已经非常微弱。（×）解析：国际空间站距离地面约400公里，该处的地球引力约为地面引力的90%，仍然非常显著。航天员感受到的“失重”实际上是微重力环境，其原因是空间站及其内部物体都在以约7.66km/s的速度绕地球做圆周运动，其向心力由地球引力提供，表现为持续的“自由落体”状态。4.太阳同步轨道卫星每天在同一地方时经过同一地区上空，有利于对地观测的光照条件保持一致。（√）解析：太阳同步轨道是一种特殊的近极地轨道，其轨道平面进动的角速度与地球绕太阳公转的平动角速度一致。这使得卫星每次飞越同一纬度地区上空的当地时间（太阳高度角）基本相同，从而获得光照条件相似的观测图像，对气象、资源、环境监测卫星至关重要。5.火箭的比冲是衡量火箭发动机燃烧效率的指标。（×）解析：比冲（SpecificImpulse）是衡量火箭发动机推进剂能量利用效率的指标，定义为发动机产生的推力与单位时间内消耗的推进剂重量流量之比。它反映了发动机将推进剂化学能转化为动能的有效性，而非单纯的燃烧效率。燃烧效率是另一个工程参数。6.我国“风云”系列气象卫星均为地球静止轨道卫星。（×）解析：我国“风云”气象卫星系列包含两种轨道类型：“风云二号”和“风云四号”是地球静止轨道（GEO）气象卫星，能对固定区域进行连续观测；“风云一号”、“风云三号”和“风云三号”后续星是极地/太阳同步轨道（LEO）气象卫星，能进行全球覆盖观测，获取更详细的垂直大气数据。7.航天器在深空航行时，可以利用行星的引力进行加速和轨道变更，这被称为“引力弹弓”效应。（√）解析：引力弹弓（或引力助推）是一种利用行星等天体的引力场改变航天器速度和方向的技术。航天器从行星后方接近，借助行星的公转速度，如同被弹弓甩出，可以大幅增加速度（相对于太阳），从而用更少的燃料到达更远的目标，是深空探测的常用技术。8.空间碎片对在轨航天器的最大威胁来自于其极高的温度。（×）解析：空间碎片的威胁主要来自于其极高的相对速度（平均碰撞速度约10km/s），而非温度。在此速度下，即使质量很小的碎片（如1厘米的颗粒），其动能也极大，足以击穿航天器的舱壁或损坏关键设备，造成灾难性后果。9.载人飞船返回舱着陆后，搜救人员应立即打开舱门帮助航天员出舱。（×）解析：返回舱着陆后，航天员需要一段时间进行重力再适应。搜救人员到达后，首先由医监医保人员通过舱外通话确认航天员身体状况。舱门打开后，通常先由航天员自行出舱，或在医监医保人员辅助下出舱，以评估其立位耐力。立即强行拖拽出舱可能对航天员健康不利。10.“拉格朗日点”是宇宙中引力为零的点。（×）解析：拉格朗日点是两个大天体（如地球和太阳）引力与卫星绕转离心力达到平衡的点，在这些点上，小物体可以相对两个大天体保持静止。这些点是引力平衡点，但引力本身并不为零，而是合力与所需的向心力平衡。核心考点：判断题旨在澄清常见误解，深入理解航天现象背后的物理原理。重点包括轨道力学本质（维持轨道的原因、失重原因）、重要轨道特性（太阳同步轨道、地球静止轨道）、关键技术与效应（引力弹弓、比冲）、空间环境威胁（空间碎片），以及航天操作规范（返回后处置）。四、简答题（每题5分，共20分）1.简述我国“嫦娥五号”任务实现月球采样返回的主要过程步骤。答案要点：1.发射与地月转移：由长征五号运载火箭发射，进入地月转移轨道。2.近月制动与环月飞行：探测器抵达月球附近，实施制动进入环月轨道。3.着陆与采样：着陆器与轨道器分离，着陆于月球正面风暴洋地区，通过钻具钻取和机械臂表取两种方式采集月壤和月岩样品。4.月面起飞：上升器携带样品从月面点火起飞，进入环月轨道。5.月球轨道交会对接：上升器与在环月轨道上等待的轨道器（含返回器）完成自动交会对接，并将样品容器转移至返回器内。6.月地转移与再入返回：轨道器携带返回器脱离月球轨道，飞向地球。接近地球时，返回器与轨道器分离，以“半弹道跳跃式”再入大气层，最终着陆于内蒙古四子王旗预定区域。核心考点：考察对我国最复杂航天工程之一——“嫦娥五号”任务全流程的掌握。需清晰记忆“绕、落、回”各阶段的关键动作，特别是“月球轨道无人交会对接”这一世界首次的技术亮点。2.说明为什么在空间站内，水滴会呈现完美的球状？答案要点：在空间站的微重力环境中，作用于水滴上的重力（体积力）极大减弱。此时，决定水滴形状的主要力量是液体的表面张力。表面张力有使液体表面积收缩到最小的趋势。在体积一定的情况下，球体是表面积最小的几何形状。因此，在没有其他外力（如气流、接触固体表面）干扰的情况下，表面张力会使水滴自发收缩成完美的球体。核心考点：将基础物理概念（表面张力、最小势能原理）与空间环境（微重力）相结合进行分析。考察参赛者运用物理原理解释独特空间现象的能力。3.什么是“霍尔电推进系统”？简述其相对于传统化学推进的主要优点和一项缺点。答案要点：霍尔电推进系统是一种先进的航天器推进技术。它利用电场和磁场（霍尔效应）将惰性气体（如氙气）工质电离成等离子体，再用电场将等离子体加速喷出，产生推力。主要优点：比冲高：通常可达化学推进的5-15倍，推进剂利用效率极高，能显著节省燃料质量，延长卫星寿命或增加有效载荷。一项缺点（任选其一）：推力小：产生的推力非常微小（通常为毫牛级），无法用于快速机动或发射起飞，主要用于卫星的轨道维持、位置保持和深空探测器的长期加速。功率依赖大：需要航天器提供较大的电功率，对电源系统要求高。核心考点：考察对航天前沿推进技术的认知。要求掌握电推进的基本原理（等离子体加速），并能从工程角度辩证分析其高比冲优势与小推力局限。4.航天员在长期空间飞行中面临的主要生理挑战有哪些？列举三项并简述其成因。答案要点（任选三项）：1.骨质流失：在微重力下，骨骼缺乏机械负荷（如站立、行走产生的应力），导致破骨细胞活性大于成骨细胞，钙质从骨骼中流失，通过尿液排出，使骨骼密度下降，变得脆弱。2.肌肉萎缩：主要为抗重力肌（如腿部、背部肌肉）因长期不使用而体积缩小、力量减弱。微重力下维持姿势和运动所需的力量大幅减少。3.心血管功能失调：体液因失去重力作用而向头胸部转移，初期导致面部浮肿、鼻塞、腿部变细（“鸟腿