2025-2026学年全国青少年航天创新大赛（知识竞赛）自测试题及答案解析

2025-2026学年全国青少年航天创新大赛（知识竞赛）自测试题及答案解析一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下关于我国“天问一号”火星探测器的描述，哪一项是正确的？A.“天问一号”由轨道器、着陆器和巡视器（火星车）三部分组成B.“天问一号”是我国首次自主火星探测任务，实现了“绕、落、巡”三大目标C.“天问一号”的着陆器名为“祝融号”D.“天问一号”于2022年成功着陆火星乌托邦平原答案与解析：B。A项错误，“天问一号”由环绕器和着陆巡视器（内含“祝融号”火星车）两部分组成，并非独立的轨道器、着陆器、巡视器三件套。B项正确，这是对我国首次火星探测任务成就的准确概括。C项错误，“祝融号”是火星车的名称，着陆器本身未单独命名。D项错误，“天问一号”着陆巡视器于2021年5月15日成功着陆于火星乌托邦平原南部。2.在太空中，航天员出舱活动（太空行走）时，其舱外航天服内部必须维持一定的气压。国际空间站上，美国舱外航天服的工作气压最接近以下哪个值？A.101千帕（1个标准大气压）B.70千帕C.40千帕D.30千帕答案与解析：D。国际空间站上，美国研制的舱外机动装置（EMU）航天服内部工作气压约为29.6千帕（约4.3psi），这远低于空间站舱内的一个标准大气压（约101千帕）。较低的气压有助于保持航天服的关节灵活性，但需要航天员在出舱前进行长时间的吸氧排氮，以防止减压病。俄罗斯“海鹰”航天服的工作气压约为40千帕。3.航天器在环绕地球的轨道上运行时，其轨道速度主要取决于？A.航天器的质量B.航天器的体积和形状C.轨道的高度D.轨道倾角答案与解析：C。对于环绕中心天体（如地球）的圆轨道或近圆轨道，航天器的运行速度v由公式v=决定，其中G为万有引力常数，M为中心天体质量，r为轨道半径（从地心算起）。因此，轨道高度（决定r4.下列哪一项不是中国“北斗”卫星导航系统独有的特色服务？A.全球短报文通信服务B.国际搜救服务C.星基增强服务D.区域短报文通信服务答案与解析：C。A、D项是北斗系统的特色，特别是短报文通信服务，允许用户在无地面移动通信网络覆盖的区域发送简短信息，其中区域短报文服务于北斗二号和北斗三号区域系统提供，全球短报文服务于北斗三号系统提供。B项，国际搜救服务是北斗三号系统提供的符合国际标准（COSPAS-SARSAT）的服务。C项，星基增强服务（SBAS）并非北斗独有，美国的WAAS、欧洲的EGNOS、日本的MSAS等都提供类似服务，用于提高GPS等系统的精度和完好性，北斗系统也提供此服务（BDSBAS），但它是全球卫星导航系统常见的增强手段之一。5.当一枚运载火箭从地面发射，穿越大气层飞向太空时，其飞行轨迹通常会设计成先垂直上升一段，然后逐渐转向。这种“程序转弯”设计的主要目的是？A.为了避开空中交通航线B.为了节省燃料，更快地进入轨道C.为了利用地球自转的线速度D.为了减少飞行过程中的空气阻力答案与解析：B。火箭垂直起飞是为了尽快穿越稠密大气层，减少空气阻力带来的能量损失。随后进行程序转弯，使速度方向逐渐转向水平，是为了最终获得环绕地球所需的、几乎平行于地面的巨大水平速度。进入轨道所需的能量主要来自水平速度，垂直方向的速度对入轨贡献很小。C项，利用地球自转线速度是通过在赤道附近向东发射实现的，与程序转弯本身的目的不同。D项，减少空气阻力主要通过垂直上升和优化外形实现，转弯本身会增加相对气流的攻角，可能暂时增加阻力。6.在月球表面，航天员观察到地球始终停留在天空的几乎同一位置，只有微小的摆动（天平动）。这种现象产生的主要原因是？A.地球的公转周期与月球的公转周期相同B.月球的自转周期与公转周期相同（潮汐锁定）C.月球没有大气层，视野清晰D.地球的引力对月球产生了强烈的束缚答案与解析：B。月球被地球潮汐锁定，其自转周期与绕地球公转周期相同（约27.3天）。因此，月球总是以同一面朝向地球。从月球正面看地球，地球在天空中的位置基本固定，但由于月球轨道是椭圆以及存在轨道倾角等原因，地球会有周期性的微小摆动，即天平动。7.国际空间站（ISS）上进行的微重力科学实验涵盖了多个领域。以下哪个实验领域通常不能充分利用微重力环境？A.蛋白质晶体生长研究B.流体力学与燃烧基础研究C.材料科学中的合金凝固过程研究D.测量基本物理常数（如重力常数G）答案与解析：D。微重力环境消除了由重力引起的对流、沉降、浮力分层等效应，因此对A（可获得更大、更纯净的蛋白质晶体）、B（研究无浮力对流下的燃烧和流体行为）、C（研究无密度分层下的均匀合金凝固）等研究极为有利。D项，测量基本物理常数如重力常数G，虽然微重力环境下某些测量方法可能减少地球重力的干扰，但这不是微重力环境独有的优势，且在地面高精度实验室中也能进行精密测量，并非“不能充分利用”，但相对而言，它并非微重力环境最核心、最独特的应用领域。本题旨在考察对微重力科学应用特点的理解。8.中国空间站“天宫”的核心舱被命名为？A.问天B.梦天C.天和D.巡天答案与解析：C。中国空间站基本构型包括“天和”核心舱、“问天”实验舱和“梦天”实验舱。“巡天”是中国空间站规划的光学舱，将共轨飞行。9.以下关于“引力弹弓”效应的描述，错误的是？A.航天器可以从行星的轨道运动中获取能量，从而加速B.航天器也可以利用此效应减速C.该效应违背了能量守恒定律D.该效应是航天器进行深空探测时常用的轨道设计技术答案与解析：C。引力弹弓效应本质是航天器与行星之间的动量交换。航天器从行星的运动中获取或失去动量（从而改变速度），而行星的质量极大，其速度变化微乎其微。整个过程遵守动量守恒和能量守恒定律。A、B、D描述均正确。10.太阳系行星中，拥有最显著、最庞大行星环系统的是？A.木星B.土星C.天王星D.海王星答案与解析：B。土星环是太阳系中最显著、最庞大的行星环系统，由无数冰粒和岩石碎块组成，在地球上用小型望远镜即可观测。木星、天王星、海王星也有环，但远比土星环暗弱、稀疏。二、多项选择题（每题3分，共15分。全部选对得3分，选对但不全得1分，有选错得0分）11.以下哪些因素可能导致近地轨道上航天器的轨道高度逐渐衰减，最终再入大气层？A.地球引力场的不均匀性（地球扁率摄动）B.高层大气的微弱阻力C.太阳光压D.月球和太阳的引力摄动（第三体摄动）答案与解析：B、C。A项，地球扁率摄动（J2项摄动）主要引起轨道面旋转（进动）和近地点幅角旋转，并不直接导致轨道高度的长期持续衰减。B项，高层大气虽然极其稀薄，但对在近地轨道（通常指2000公里以下）高速飞行的航天器会产生持续的微小阻力，不断消耗其动能，导致轨道高度缓慢降低，这是导致近地轨道航天器寿命终结的主要原因之一。C项，太阳光压对大型、轻质（面积质量比大）的航天器（如带有大型太阳翼的卫星）会产生持续的微小作用力，其径向分量可能影响轨道半长轴，在某些情况下可能导致轨道衰减，但影响通常比大气阻力小。D项，第三体摄动主要引起轨道参数的周期性变化和长期漂移，但不一定导致轨道高度的单向持续衰减。因此，直接且主要导致近地轨道衰减的因素是B，C在特定条件下也有贡献。12.下列关于中国“嫦娥”系列月球探测任务的成就，描述正确的有？A.“嫦娥一号”和“嫦娥二号”实现了绕月探测B.“嫦娥三号”实现了月面软着陆与巡视勘察，其巡视器名为“玉兔号”C.“嫦娥四号”是人类首个着陆于月球背面的探测器，其着陆点位于冯·卡门撞击坑D.“嫦娥五号”实现了从月球正面采样并返回地球，样品来自风暴洋区域答案与解析：A、B、C。A项正确。B项正确，“嫦娥三号”着陆器与“玉兔号”月球车。C项正确，“嫦娥四号”着陆器与“玉兔二号”月球车着陆于月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑。D项错误，“嫦娥五号”的采样地点位于月球正面风暴洋北部的吕姆克山脉附近，并非整个风暴洋区域，且表述为“风暴洋区域”不够精确。13.航天员在长期太空飞行中可能面临的主要健康风险包括？A.肌肉萎缩和骨质流失B.心血管功能改变（如体液头向转移）C.空间适应综合征（太空晕动病）D.受到银河宇宙射线和太阳粒子事件辐射的风险增加答案与解析：A、B、C、D。所有选项均为长期太空飞行中已确认的主要健康风险。A、B、C主要由微重力环境引起。D是空间辐射环境带来的主要风险。14.以下属于可重复使用航天运载器关键技术的有？A.垂直起降与精准回收控制技术B.高热流密度下的热防护系统技术C.多次起动、深度变推力液体火箭发动机技术D.无损检测与快速周转维护技术答案与解析：A、B、C、D。所有选项都是实现运载器可重复使用所必须攻克和掌握的关键技术领域。A关乎回收方式，B关乎再入大气时的生存能力，C关乎动力系统的适应性，D关乎降低使用成本、提高复用效率。15.人造地球卫星的轨道按倾角分类，可以分为？A.顺行轨道B.逆行轨道C.极地轨道D.地球同步轨道答案与解析：A、B、C。按轨道倾角i分类：i<为顺行轨道（从北极上空看，卫星绕行方向与地球自转方向相同）；i=为极地轨道（经过两极上空）；三、判断题（每题1分，共10分。正确填“√”，错误填“×”）16.火箭发动机的比冲是衡量其效率的重要参数，比冲越高，意味着消耗单位质量的推进剂产生的推力越大。（×）答案与解析：×。比冲（SpecificImpulse）的定义是：消耗单位重量（在地球表面）的推进剂所产生的冲量（推力与作用时间的乘积）。单位通常是秒（s）。比冲越高，意味着推进剂的“能量效率”越高，即产生相同推力（或总冲）所需消耗的推进剂质量越少。题干中“消耗单位质量的推进剂产生的推力越大”表述不准确，推力大小还取决于质量流率。17.哈勃空间望远镜的主要工作波段是可见光，它因为位于大气层之上，完全不受大气湍流影响，从而获得了极高的角分辨率。（√）答案与解析：√。哈勃空间望远镜主要工作在紫外、可见光和近红外波段。由于位于约540公里高的轨道上，完全避开了地球大气的干扰（如湍流、散射、吸收），因此其图像清晰度（角分辨率）远胜于地面光学望远镜，达到了衍射极限。18.所有围绕地球运行的人造卫星，其轨道平面都必然通过地球质心。（√）答案与解析：√。根据开普勒第一定律（在中心力场中的运动规律），在仅受地球中心引力（理想二体问题）作用下，人造卫星的轨道是一个以地球质心为一个焦点的圆锥曲线（椭圆、圆、抛物线或双曲线）。因此，轨道平面必然通过地球质心。在实际中，虽然存在各种摄动力，但中心引力占主导，这一结论在工程近似上成立。19.“旅行者1号”探测器已经飞出了太阳系，这意味着它已经脱离了太阳的引力影响范围。（×）答案与解析：×。“旅行者1号”已经飞出了日球层顶（Heliopause），即太阳风与星际介质压力平衡的边界，这通常被媒体称为“飞出了太阳系”。但从天体引力范围看，太阳的引力影响范围（希尔球）远远超过日球层，半径约1光年。探测器要飞出奥尔特云（太阳系最外围的彗星储库）都需要上万年，更不用说完全脱离太阳引力束缚。因此，它并未脱离太阳的引力影响范围。20.在空间站内，因为处于失重状态，所以无法使用普通的液体钢笔书写，必须使用特制的太空笔。（√）答案与解析：√。普通钢笔依靠重力使墨水流向笔尖，在失重环境下可能无法正常出墨，或墨水会不受控制地漂浮出来。太空笔（如FisherSpacePen）通常采用密封加压的笔芯，通过内部气压将固态或高粘性油墨推向笔尖的碳化钨球珠，从而在失重、极端温度和压力下都能正常书写。21.中国“风云”气象卫星系列中，风云一号、风云三号是极轨气象卫星，风云二号、风云四号是地球静止轨道气象卫星。（√）答案与解析：√。这是我国气象卫星的系列划分。极轨卫星围绕两极飞行，可获取全球数据，但对同一地区观测间隔较长；静止轨道卫星定点于赤道上空，可连续观测同一区域，监测天气系统快速变化。22.航天器在发射上升阶段承受的过载（加速度）通常远大于再入返回大气层时承受的过载。（×）答案与解析：×。对于载人飞船返回舱而言，再入大气层时通过大气阻力减速，会产生巨大的过载，峰值可达4-5g甚至更高（取决于再入角），持续时间较长。而现代运载火箭发射上升阶段的过载通常被控制在3-4g左右，以保护航天员和精密设备。因此，再入过载通常不小于甚至可能超过上升段过载。23.国际空间站上的宇航员每天可以看到大约16次日出和日落。（√）答案与解析：√。国际空间站的轨道高度约400公里，绕地球一周约90分钟。因此，每90分钟就绕地球一圈，会经历一次昼夜交替，24小时内大约经历16个昼夜周期，从而看到16次日出和日落。24.月球表面遍布的月壤，主要是由陨石撞击产生的破碎物质和宇宙尘埃经过亿万年的积累形成的。（√）答案与解析：√。月壤（LunarRegolith）的形成主要归因于陨石和微陨石的持续轰击（机械破碎、熔融、溅射）、太阳风和宇宙射线的辐射损伤以及巨大的昼夜温差导致的热胀冷缩破碎。没有风、水等侵蚀作用，其形成机制与地球土壤截然不同。25.星链（Starlink）等巨型低轨卫星星座的主要科学争议之一，是其卫星反射的太阳光可能对天文观测，特别是光学和近红外巡天观测，造成严重干扰。（√）答案与解析：√。这是国际天文学界普遍关注和担忧的问题。大量低轨卫星在日出前和日落后仍能被太阳照亮，在望远镜图像上留下明亮的轨迹，干扰对暗弱天体的观测，破坏数据的完整性。四、填空题（每空1分，共15分）26.中国将于______年前后实施载人登月任务。（2030）27.航天器姿态控制中，常用一种不消耗推进剂，利用环境力矩（如地磁、重力梯度、太阳光压）进行控制的装置，称为______控制力矩陀螺。（被动姿态控制/无源姿态控制，但标准答案常指“磁力矩器”或“重力梯度杆”等具体装置。本题更常见的考点是“利用高速旋转的飞轮储存角动量来抵抗干扰力矩”的装置，即“控制力矩陀螺(CMG)”或“反作用飞轮”。原题表述有歧义。若强调“不消耗推进剂”和“利用环境力矩”，则典型答案是“磁力矩器”。为符合常见考题，此处可填“磁力矩器”。）答案与解析：磁力矩器。磁力矩器通过与地球磁场相互作用产生力矩，用于消耗航天器的多余角动量（卸载动量轮）或进行姿态调整，不消耗推进剂。28.在航天任务中，______窗口是指由于天体运行规律和任务约束（如轨道交会、光照条件）所决定的、最适合发射的一段有限时间。（发射）29.航天器热控制系统中，将仪器设备产生的废热辐射到宇宙空间的关键部件是______。（辐射器/热辐射器）30.中国第一颗人造地球卫星是______，于______年发射成功。（东方红一号，1970）31.在描述行星际探测轨迹时，常用于表示从地球发射到其他行星所需能量大小的概念是______，其数值越小，表示所需能量越少。（发射能量/特征能量，C3）答案与解析：C3（特征能量）。C3=，其中是航天器脱离地球引力影响范围后的剩余双曲线超速。C3值直接反映了任务所需的能量大小。32.航天员在空间站内通过锻炼器械（如跑步机、自行车功量计）进行锻炼，主要目的是对抗微重力环境引起的______和______。（肌肉萎缩，骨质流失）33.太阳系中已知最高的山是火星的______，它是一座盾状火山。（奥林帕斯山/奥林匹斯山）34.用于发射中国空间站舱段和载人飞船的主力运载火箭是______系列火箭。（长征五号B）35.航天器与空间站进行交会对接时，最终阶段的平移和姿态精细控制通常由航天员手动操作或由______系统自动完成。（交会对接控制/GNC）五、简答题（每题5分，共20分）36.简述航天器太阳能电池阵（太阳翼）在轨运行时，为何需要定期进行“对日定向”驱动？答案与解析：太阳能电池阵将太阳光能转化为电能。为了获得最大的发电效率，其光电转换面需要尽可能垂直对准太阳光线方向（即“对日定向”）。由于航天器在轨道上运行，其相对于太阳的方向不断变化（因航天器绕地球公转、地球绕太阳公转以及航天器自身的姿态机动），固定安装的太阳翼无法始终获得最佳光照角。因此，需要通过驱动机构（通常是太阳翼驱动机构SADA）带动太阳翼绕轴旋转，使其法线方向跟踪太阳，以维持高功率输出。此外，在某些任务阶段（如发射、变轨、对接），为了减少干扰力矩或避免碰撞，也可能需要将太阳翼驱动到特定安全位置并锁定。37.什么是“黑障”现象？它主要发生在航天任务的哪个阶段？对通信有何影响？答案与解析：“黑障”现象是指当航天器（如载人飞船返回舱）以高速再入地球大气层时，其前端与大气剧烈摩擦压缩，产生高温等离子体鞘套，包裹住航天器。这个等离子体层能够吸收和反射特定频段的无线电波，导致地面与航天器之间的无线电通信暂时中断。它主要发生在再入返回大气层的中段（大约在海拔100公里到40公里之间）。黑障期间，遥测、语音、数据传输均会中断，直到航天器速度进一步下降，气动加热减弱，等离子体鞘套消失后，通信才能恢复。这是载人返回任务中的一个关键阶段，需要重点考虑飞行安全。38.列举中国“神舟”载人飞船的三个主要舱段名称及其基本功能。答案与解析：（1）轨道舱：位于飞船前部。为航天员提供在轨期间的工作和生活空间，装有进行科学实验的仪器设备。在任务结束后，轨道舱可留轨继续运行，作为一颗科学卫星进行对地观测或技术试验。（2）返回舱：位于飞船中部。是飞船的指挥控制中心，也是航天员发射升空和返回地球时的乘坐舱段。它是唯一需要返回地面的部分，具有防热大底和降落伞等再入回收系统，保证航天员安全着陆。（3）推进舱：位于飞船后部。装有推进系统（发动机、燃料）、电源系统（太阳翼、蓄电池）、环境控制与生命保障系统等部分设备。为飞船提供动力、电力和其他支持，在返回前与返回舱分离，在大气层中烧毁。39.解释“地球静止轨道”卫星的特点。至少说明两点。答案与解析：（1）轨道周期与地球自转周期相同：约为23小时56分04秒（一个恒星日），因此从地球上看，卫星在天空中的位置