2025-2025学年全国青少年航天创新大赛云南省选拔赛（青少年航天创新大赛）复习题及答案

2025-2025学年全国青少年航天创新大赛云南省选拔赛（青少年航天创新大赛）复习题及答案一、选择题1.关于我国载人航天工程“三步走”发展战略，下列表述正确的是（）A.第一步，发射无人和载人飞船，将航天员安全送入近地轨道，进行对地观测和科学实验，并使航天员安全返回地面B.第二步，实现航天员出舱活动、空间飞行器的交会对接，发射空间实验室，解决有一定规模的短期有人照料的空间应用问题C.第三步，建造长期有人照料的大型空间站，开展大规模的空间科学实验和技术试验D.以上全部正确2.在近地圆轨道上运行的航天器，其绕地球运行的线速度大小主要取决于（）A.航天器的质量B.航天器的体积C.轨道半径D.发射场的地理纬度3.下列哪项不属于中国探月工程“绕、落、回”三步走规划中的任务？（）A.嫦娥一号实现绕月探测B.嫦娥三号实现月面软着陆和巡视勘察C.嫦娥五号实现月面自动采样返回D.嫦娥七号计划开展月球南极环境与资源勘查4.航天器在轨道上运行时，处于“微重力”环境。关于微重力的成因，以下解释最准确的是（）A.航天器距离地球太远，地球引力变得非常微弱B.航天器处于持续的自由落体状态C.航天器发动机持续工作，抵消了地球引力D.太空是真空，没有重力5.下列关于火箭推进原理的描述，基于牛顿（）A.第一定律B.第二定律C.第三定律D.万有引力定律6.中国空间站“天宫”的基本构型为T字形，由核心舱和两个实验舱组成。其中，作为空间站组合体控制和管理主份舱段的是（）A.天和核心舱B.问天实验舱C.梦天实验舱D.巡天空间望远镜7.为保障航天员在空间站内的长期健康生活，舱内环境控制与生命保障系统需要持续稳定地提供（）A.适宜的氧气浓度、大气压力和温度湿度B.充足的食物和水C.二氧化碳等废气的去除D.以上所有8.通过测量航天器与地面站之间无线电波往返传播的时间，可以精确测定航天器的距离。这一技术称为（）A.遥测技术B.遥控技术C.测距技术D.测速技术9.下列哪颗卫星不属于我国自主建设的北斗卫星导航系统？（）A.北斗地球静止轨道（GEO）卫星B.北斗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星C.北斗中圆地球轨道（MEO）卫星D.北斗太阳同步轨道（SSO）卫星10.当航天器从近地轨道返回地球，再入大气层时，其巨大的动能和势能主要通过哪种方式耗散？（）A.反向推进制动B.与大气摩擦生热C.展开巨大的降落伞D.利用机翼滑翔减速二、填空题1.我国首个火星探测器“天问一号”在一次任务中实现了火星环绕、______和巡视探测三大目标，这是世界航天史上的首次。2.航天器的轨道六要素中，描述轨道平面在空间中方位的参数是______和近地点辐角。3.中国载人飞船的返回舱在再入大气层后，下降到一定高度时会依次打开______伞和主降落伞，以进一步减速。4.在轨航天器为调整姿态或轨道，通常使用推力器或______。后者通过高速旋转的飞轮产生反作用力矩，不消耗推进剂。5.我国用于发射载人飞船的长征二号F运载火箭，顶端设有______系统，可在火箭发生重大故障时确保航天员安全逃逸。6.空间站上开展的许多科学实验利用了微重力环境，例如制备高纯度、高质量的______晶体或特殊合金。7.卫星通信中，负责将地面用户信号转发给卫星，并将卫星信号转发给地面用户的地面设施称为______。8.太阳同步轨道卫星的轨道平面与太阳的夹角保持相对恒定，这使得卫星每次飞越同一地区上空的______条件基本相同。9.航天器热控制系统中，用于在太空中散发热量的常见装置是表面涂有高辐射率涂层的______。10.我国计划实施的载人月球探测工程，将采用______运载火箭发射新一代载人飞船。三、判断题1.国际空间站是当前在轨运行最大的空间平台，由美国、俄罗斯、欧洲、日本、加拿大等航天机构共同建造和运营，中国也是参与国之一。（）2.所有围绕地球运行的卫星的轨道平面都必须经过地心。（）3.“嫦娥四号”探测器实现了人类首次月球背面软着陆和巡视勘察，其与地球的通信需要通过架设在月球轨道上的“鹊桥”中继卫星来实现。（）4.航天员在空间站内处于失重状态，因此他们的骨骼和肌肉不会像在地面上一样受到压力，长期飞行会导致骨质流失和肌肉萎缩。（）5.同步轨道卫星相对于地面是静止的，因此其轨道高度是唯一确定的。（）6.运载火箭的多级设计主要是为了在飞行过程中逐步抛弃已经耗尽燃料的沉重壳体，从而减少后续飞行所需推力，提高最终速度。（）7.航天器的所有设备都需要在发射前进行严格的地面环境模拟试验，包括振动、冲击、真空、高低温等，以确保其能承受严酷的发射和空间环境。（）8.深空探测任务中，航天器距离地球越来越远，无线电信号传输延迟会越来越短。（）9.空间碎片（太空垃圾）运行速度极高，即使很小的碎片撞击航天器也可能造成严重破坏，是载人和无人航天任务都需要应对的重要威胁。（）10.中国的“风云”系列卫星是气象卫星，“海洋”系列卫星是海洋观测卫星，“资源”系列卫星主要用于陆地资源勘查，它们都属于对地观测卫星。（）四、简答题1.简述航天器发射窗口的概念，并说明为什么火星探测任务的发射窗口大约每26个月才出现一次。2.请说明在空间站微重力环境下，液体表面张力效应会变得更加显著，这一特性可以被应用于哪些空间科学实验或技术？3.什么是霍尔电推进技术？与传统化学推进相比，它在深空探测任务中有何主要优势？4.航天员在出舱活动（太空行走）时，为何必须穿着舱外航天服？请列举舱外航天服需要提供的至少三项关键生命保障功能。5.简述遥感卫星的基本工作原理，并列举其在资源环境监测领域的两个具体应用实例。五、计算与分析题1.已知地球半径为R=6371k(1)请推导出在离地面高度为h的圆轨道上运行的航天器的线速度v的表达式。(2)计算我国“天宫”空间站运行在平均高度约h=(3)计算其运行周期T（结果保留整数）。2.某小型科学实验卫星计划发射到太阳同步轨道。已知卫星质量为m=100kg，设计寿命末期需保留的推进剂质量为Δm(1)根据火箭方程，计算该推进器能够产生的总速度增量ΔV（地球表面重力加速度取=(2)若要将卫星轨道倾角调整，假设所需速度增量约为Δ。仅考虑倾角调整这一项任务，理论上推进器需要连续工作多长时间t？(3)与使用比冲为280s的常规化学推进剂相比，完成同样的速度增量，电推进节省的推进剂质量Δ答案与解析一、选择题1.D。我国载人航天工程“三步走”发展战略完整表述即A、B、C三项内容。2.C。对于绕中心天体做匀速圆周运动的物体，其线速度v=，其中M为中心天体质量，r为轨道半径。在M确定的情况下，v只与r3.D。“绕、落、回”三步走对应的是嫦娥一号（绕）、嫦娥三号/四号（落）、嫦娥五号（回）。嫦娥七号是后续探月四期任务，不属于最初的“三步走”。4.B。航天器在轨道上的运动可近似为自由落体运动，其向下的加速度提供了做圆周运动的向心力，航天器内部物体处于完全失重或微重力状态，并非没有引力。5.C。火箭向后高速喷出工质（燃烧产物），工质对火箭产生一个向前的反作用力，推动火箭前进，这直接体现了牛顿第三定律（作用力与反作用力）。6.A。天和核心舱是空间站的管理和控制中心，负责整个组合体的统一管理和控制，以及航天员生活。7.D。环境控制与生命保障系统是一个综合系统，需要同时解决大气（氧气、压力、温湿度、二氧化碳等）、水、食物等所有维持生命和健康的基本条件。8.C。通过测量无线电波往返时间Δt，利用公式s9.D。北斗卫星导航系统的星座由GEO、IGSO和MEO三种轨道卫星构成。太阳同步轨道（SSO）主要用于对地观测卫星，如气象、遥感卫星。10.B。再入过程中，航天器以极高的速度进入稠密大气层，与空气剧烈摩擦产生高达上千度的气动加热，绝大部分能量以此方式转化为热能。二、填空题1.着陆2.轨道倾角3.减速（或引导）4.控制力矩陀螺（或动量轮）5.逃逸塔（或逃逸救生）6.半导体（或蛋白质，或其他特定材料）7.地球站（或地面站）8.太阳光照9.辐射器10.长征十号（或新一代载人运载火箭）三、判断题1.错误。中国不是国际空间站的参与国。2.正确。在中心天体引力支配下的轨道运动，其轨道平面必过中心天体质心。3.正确。月球背面无法直接与地球通信，“鹊桥”中继卫星位于地月拉格朗日L2点晕轨道，负责转发信号。4.正确。这是长期太空飞行面临的主要医学挑战之一，需要通过体育锻炼、药物等方式对抗。5.错误。地球静止轨道是同步轨道的一种特殊形式（倾角为0°，轨道为圆）。同步轨道只要周期等于地球自转周期即可，轨道形状可以是椭圆，倾角也可以不为0，因此高度并非唯一。6.正确。这是多级火箭设计的基本原理，通过“抛掉死重”来有效提高最终的有效载荷速度。7.正确。这是确保航天器可靠性的关键环节，称为环境适应性试验。8.错误。信号以光速传播，距离越远，延迟（时延）越长。例如，地火之间单向通信延迟可达数分钟到二十分钟以上。9.正确。空间碎片平均碰撞速度高达每秒10公里，具有巨大动能。10.正确。这些系列卫星虽然观测重点不同，但都属于利用搭载的遥感器对地球进行观测的卫星。四、简答题1.概念：发射窗口是指适合航天器发射的时间范围。这个时间范围由任务目标、轨道要求、天体运行位置、光照条件、测控通信要求等多种因素共同决定。原因：火星与地球都绕太阳公转，且周期不同（地球约365天，火星约687天）。两者之间的相对位置约每26个月出现一次有利的排列，此时从地球发射探测器前往火星所需的能量最少，飞行时间相对较短。这个时机被称为“火星发射窗口”。2.在微重力环境下，重力引起的对流、沉降、浮力分层等现象极大减弱甚至消失，液体表面张力、毛细作用等次级效应成为主导因素。应用示例：(1)空间材料科学：制备均匀、无缺陷的半导体晶体、光学晶体或特殊合金。地面制备时重力会导致密度不同的组分分层，微重力下可避免。(2)流体物理研究：研究纯表面张力驱动下的流体行为、Marangoni对流（由表面张力梯度驱动）等基础物理现象。(3)生命科学/生物技术：进行蛋白质结晶实验，微重力下生长的晶体可能更大、更有序，便于结构解析；研究细胞和组织在无沉降干扰下的生长行为。(4)在轨流体管理：设计空间站燃料储箱、水回收系统中的液体导向和气液分离装置，需要充分利用毛细力。3.霍尔电推进技术：是一种利用电场和磁场（霍尔效应）来加速电离的工质（如氙气），产生高速等离子体射流，从而产生推力的电推进技术。主要优势（与传统化学推进相比）：(1)比冲极高：通常可达1000-3000秒，甚至更高，比化学推进（~300-450秒）高一个数量级。这意味着消耗相同质量的推进剂，电推进能产生大得多的速度增量。(2)推进剂效率高，携带量少：对于长航时、高速度增量要求的深空探测任务，可以大幅减少推进剂携带量，从而增加有效载荷比重，或延长任务寿命。(3)适合精细控制：推力虽小（毫牛到牛级），但可长时间连续、稳定、精确工作，非常适合卫星的长期轨道保持、位置精调、姿态控制以及深空探测器的星际航行。4.原因：太空是超高真空、极端温度、强辐射、有高速微流星体/空间碎片威胁的恶劣环境。舱外航天服相当于一个穿在身上的小型载人航天器，为航天员提供生存必需的环境保护。关键生命保障功能（任选三项）：(1)提供大气压力与氧气：维持约40kPa（0.4个大气压）的纯氧或适宜氧氮混合气体环境，供航天员呼吸。(2)温度调节：通过液冷通风服和热交换系统，排出人体代谢产热和外部环境传入的热量，维持体温稳定。(3)辐射与微流星体防护：多层结构可屏蔽部分太空离子辐射，并具有一定抗微小颗粒撞击的能力。(4)湿度控制与二氧化碳去除：吸收航天员呼出的水汽和二氧化碳，保持服内空气清新。(5)提供饮水与应急供氧。5.基本工作原理：遥感卫星搭载各种传感器（遥感器），在不直接接触目标的情况下，接收、记录来自地球表面（或大气）的电磁波辐射信息（包括反射、发射或散射的电磁波）。这些信息以数字信号形式传回地面，经过处理、校正和解译，转化为可供分析使用的图像或数据产品。应用实例（任选两个）：(1)森林资源与火灾监测：利用多光谱、高光谱或红外传感器，识别森林类型、评估森林健康、监测森林砍伐，并能通过热红外通道及时发现和跟踪林火热点。(2)水资源与水污染监测：监测湖泊、河流的水体面积变化，利用特定波段反演水体浑浊度、叶绿素浓度、表面温度等，评估水质和富营养化状况。(3)农作物长势监测与估产：通过不同生长阶段植被的光谱特征，分析作物种植面积、长势、干旱或病虫害情况，并预测产量。(4)地质灾害调查：利用合成孔径雷达（SAR）卫星，监测地表微小形变，用于滑坡、地震、地面沉降等地质灾害的预警和评估。(5)大气环境监测：监测全球及区域的PM2.5、臭氧、二氧化硫、二氧化碳等大气成分的浓度和分布。五、计算与分析题1.(1)推导：航天器在圆轨道上，地球引力提供向心力。G其中G为引力常数，M为地球质量，m为航天器质量。由黄金代换式GM=g（忽略h对g代入上式：=解得：v(2)计算线速度：R=6371km=v=≈(3)计算周期：周期TT换算为分钟：5550/2.(1)计算总速度增量ΔV火箭方程（齐奥尔科夫斯基公式）：Δ初始质量=最终质量（推进剂耗尽后）=ΔlΔ(2)计算工作时间t：推力F根据动量定理，速度增量与推力、工作时间、质量的关系为：Δ，