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）练习题及答案

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）练习题及答案一、选择题1.关于我国航天发射场，下列说法错误的是：A.文昌航天发射场是我国纬度最低的发射场，有利于发射地球同步轨道卫星。B.酒泉卫星发射中心是我国创建最早、规模最大的综合型导弹、卫星发射中心。C.太原卫星发射中心主要承担太阳同步轨道和极地轨道航天器发射任务。D.西昌卫星发射中心是我国目前唯一进行载人航天发射的场地。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.航天器的发射速度C.地球的质量和轨道半径D.太阳的引力和轨道半径3.航天员在空间站内处于失重状态，但仍能感受到微弱的重力影响，这主要是由于：A.空间站运行速度过快B.空间站内空气阻力的存在C.空间站轨道并非完美的圆形，以及空间站尺寸导致的潮汐力D.太阳辐射压力4.下列哪项不属于“北斗”卫星导航系统的主要功能？A.定位B.授时C.短报文通信D.深空探测5.关于火箭的多级设计原理，其主要目的是：A.增加火箭的稳定性B.降低火箭的制造成本C.减少空气阻力D.抛掉已经耗尽燃料的结构质量，提高最终有效载荷的速度6.假设一颗小行星绕太阳做椭圆轨道运动，其轨道半长轴为地球轨道半长轴的4倍。根据开普勒第三定律，该小行星的公转周期约为地球年的多少倍？A.2倍B.4倍C.8倍D.16倍7.在月球表面，已知月球质量约为地球质量的，月球半径约为地球半径的。一个在地球上重量为600N的物体，在月球表面的重量约为：A.约100NB.约600NC.约3600ND.约60N8.中国空间站“天宫”的基本构型是“T”字形，由核心舱和两个实验舱组成。下列哪个舱段是空间站的管理和控制中心？A.问天实验舱B.梦天实验舱C.天和核心舱D.天舟货运飞船9.当航天器需要从较低的圆轨道变轨到较高的圆轨道时，通常采用的策略是：A.在初始轨道远地点加速B.在初始轨道近地点加速C.在初始轨道任意点减速D.在目标轨道近地点加速10.以下关于“嫦娥”系列月球探测任务的描述，正确的是：A.“嫦娥一号”实现了月面软着陆和巡视勘察。B.“嫦娥四号”是人类首个在月球背面软着陆并开展巡视探测的航天器。C.“嫦娥五号”的主要任务是验证月地高速再入返回技术。D.“嫦娥六号”计划从月球南极采集样本并返回地球。二、填空题1.中国首次火星探测任务“天问一号”搭载的巡视器被命名为“______”。2.航天器热控系统中，通过物质相变吸收或释放大量热量的装置称为______。3.根据牛顿万有引力定律，两质点间的引力大小与它们质量的乘积成______比，与它们之间距离的平方成______比。4.中国用于发射载人飞船的运载火箭是“______”系列运载火箭。5.国际空间站上，航天员进行舱外活动时穿着的航天服，其内部压力通常______（高于/等于/低于）空间站舱内压力。6.为了使通信卫星相对于地面保持静止，其轨道必须位于赤道上空约______公里高度的______轨道上。7.航天器姿态控制中，利用高速旋转的飞轮来吸收或释放角动量，从而调整航天器姿态的方法属于______控制。8.中国计划建设的近地轨道巨型星座系统，旨在提供全球宽带互联网服务，其名称是“______”星座。9.在轨服务技术中，能够为在轨卫星补充燃料，延长其工作寿命的航天器被称为______。10.航天器再入大气层时，其巨大的动能和势能主要通过______方式耗散。三、判断题1.火箭发动机的比冲是衡量其效率的重要参数，比冲越高，意味着消耗相同质量的推进剂产生的冲量越大。（）2.所有围绕地球运行的人造卫星都必须达到第一宇宙速度（7.9km/s）。（）3.在空间站微重力环境下，蜡烛火焰呈球形，且燃烧不充分，颜色偏蓝。（）4.“长征五号”运载火箭因其箭体颜色而被昵称为“冰箭”，其芯一级使用的推进剂是液氧和液氢。（）5.航天器的轨道倾角是指轨道平面与地球赤道平面的夹角，倾角为0度的轨道是极地轨道。（）6.太阳同步轨道的特点是轨道平面与太阳的连线方向保持固定的夹角，使得卫星每天在相同的地方时经过同一地区上空。（）7.航天员在空间站长期驻留，由于失重导致体液重新分布，面部会显得浮肿，腿部肌肉会萎缩。（）8.航天器的“黑障”现象发生在再入大气层初期，是由于高温等离子体鞘层导致无线电信号中断。（）9.中国的“风云”系列卫星属于通信卫星，主要用于电视广播和电话通信。（）10.小行星带位于火星轨道和木星轨道之间。（）四、简答题1.简述航天器发射窗口的概念，并说明为什么发射火星探测器需要特定的发射窗口（即“窗口期”）？2.请解释什么是“引力弹弓”效应（或“重力助推”），并说明其在深空探测任务中的作用。3.航天食品需要满足哪些特殊要求？（至少列出四点）4.空间站上的航天员如何解决饮用水问题？请描述其主要来源和处理方式。5.什么是“太空垃圾”（空间碎片）？它主要来源于哪些方面？对在轨航天器构成什么威胁？五、计算与分析题1.轨道速度计算：已知地球质量为M=5.97×kg(1)请推导出在距地球表面高度为h的圆轨道上运行的航天器，其运行速度v的表达式。(2)计算国际空间站（轨道高度约h=2.任务规划分析：假设你正在规划一项月球南极探测任务。已知月球半径=1.74×m(1)计算在月球表面附近（忽略高度）的环绕速度（即月球的第一宇宙速度）。(2)探测器计划在月球南极一个永久阴影坑附近着陆，该区域可能存在水冰。请分析在着陆点选址和探测器设计时，需要考虑哪些特殊的工程挑战？（至少列出两项并简要说明）答案与解析一、选择题1.D。解析：我国目前进行载人航天发射的场地是酒泉卫星发射中心。西昌卫星发射中心主要用于发射地球同步轨道卫星。2.C。解析：由万有引力提供向心力G=m，可得v=，其中M为地球质量，r3.C。解析：空间站通常运行在近圆轨道，但微小的椭圆度会导致重力有微小变化。更重要的是，由于空间站本身有一定尺寸，其各部分到地心的距离略有差异，所受地球引力大小不同，这种差异表现为微弱的“潮汐力”或“重力梯度”，是航天员能感受到的极其微弱的重力效应来源。A、B、D项的影响在常规情况下远小于此效应。4.D。解析：“北斗”系统具备导航（定位、测速、授时）和短报文通信两大特色功能。深空探测并非其主要功能。5.D。解析：多级火箭的核心优势在于可以逐级抛掉已经无用的死重（空燃料箱、发动机等），使剩余部分获得更高的速度增量，从而能够将有效载荷送入更高或更快的轨道。6.C。解析：开普勒第三定律：=k（常数）。设地球轨道半长轴，周期=1年；小行星=4。则==7.A。解析：重力F=G，月球表面重力加速度=G，地球表面=G。所以8.C。解析：天和核心舱是空间站的主控舱段，负责整个空间站的统一管理和控制，以及航天员生活。9.B。解析：根据霍曼转移轨道原理，从低轨到高轨，需要在低轨的近地点加速，进入一个椭圆转移轨道，该轨道的远地点与目标高轨相切；然后在椭圆轨道的远地点再次加速，进入目标圆轨道。10.B。解析：A错误，“嫦娥一号”是绕月探测器；C错误，“嫦娥五号”实现了月面采样返回；D错误，“嫦娥六号”计划从月球背面采样返回，南极采样是未来任务目标。B正确。二、填空题1.祝融号。2.相变储热装置或热管（热管利用工质相变传热，但严格说“相变储热装置”更贴合描述）。3.正，反。4.长征二号F。5.低于。解析：舱外航天服内部压力通常约为40kPa（约0.4个大气压），低于空间站标准大气压（约101kPa），以兼顾活动灵活性和防止减压病。6.35786，地球静止。7.动量轮或反作用飞轮。8.GW（“国网”星座，或称“中国卫星互联网”星座）。9.在轨加注服务航天器或太空燃料补给船。10.气动加热（或与大气摩擦生热）。三、判断题1.√。解析：比冲定义为单位质量推进剂产生的冲量，是火箭发动机效率的核心指标。2.×。解析：第一宇宙速度是环绕地球表面做圆周运动的速度。卫星轨道高于地面，所需环绕速度小于第一宇宙速度。3.×。解析：在微重力下，火焰因缺乏对流呈球形，但燃烧不充分，火焰温度较低，颜色偏黄或暗淡，而不是偏蓝（蓝色火焰通常意味着充分燃烧）。4.√。解析：“长征五号”芯一级使用液氧液氢低温推进剂，箭体表面凝结大量水冰，故称“冰箭”。5.×。解析：轨道倾角为0度的轨道是赤道轨道。倾角为90度（或接近90度）的轨道是极地轨道。6.√。解析：这是太阳同步轨道的定义和特点，对遥感卫星（尤其是对地观测）非常重要。7.√。解析：失重导致体液头向转移，面部浮肿；腿部承重需求消失，肌肉和骨骼会流失、萎缩。8.×。解析：“黑障”发生在再入大气层的中段（约40-100公里高度），此时空气密度增大，航天器与空气剧烈摩擦产生高温等离子体鞘层，屏蔽电磁波。9.×。解析：“风云”系列是气象卫星，属于对地观测卫星，主要用于气象预报、气候监测等。10.√。解析：这是太阳系内小行星带的主要分布位置。四、简答题1.发射窗口：指适合航天器发射的时间范围。对于火星探测器，发射窗口（约26个月出现一次）之所以特定，是因为需要利用霍曼转移轨道原理。此时地球和火星在太阳系中的相对位置，使得探测器从地球轨道出发，沿着一条与两者轨道都相切的椭圆轨道飞行时，消耗的能量最少（即“能量最优窗口”）。错过此窗口，则需要更多燃料和更长时间，甚至任务无法实现。2.引力弹弓效应：指航天器在飞行途中，借助行星（或其他大天体）的引力场改变其速度和方向的技术。航天器以特定角度接近行星，被行星引力“甩”出去，从而获得相对于太阳的动能增量（来源于行星轨道运动的微小损失）。作用：①节省燃料：无需自身携带大量燃料进行加速，是深空探测任务实现长距离飞行的关键节能技术。②改变轨道：可以大幅改变航天器的飞行方向和速度，访问多个目标（如“旅行者”号）。3.航天食品特殊要求：①高营养、易吸收：满足航天员在特殊环境下的能量和营养需求。②体积小、重量轻、残渣少：节省宝贵的发射载荷和舱内空间，减少排泄物处理压力。③食用方便、安全：多为即食或简单复水食品，包装可靠，防止碎屑漂浮污染舱内环境（微重力下碎屑可能进入仪器或呼吸道）。④长期储存稳定性好：能耐受发射振动、太空辐射，并在长期任务中保持品质。4.饮用水解决方案：主要来源是水循环利用系统。①来源：包括航天员呼出的水汽、尿液、汗液等代谢废水，以及洗漱、卫生用水。②处理方式：采用多层物理化学处理工艺，如过滤、催化氧化、离子交换、蒸馏（如采用蒸气压缩蒸馏技术）等，最终经过严格杀菌消毒，达到饮用水标准。此外，货运飞船也会从地面运送部分补给水。5.太空垃圾：指环绕地球轨道运行的一切失效的人造物体，包括废弃的卫星、火箭上面级、任务相关的碎片（如螺栓、罩盖）、以及碰撞或爆炸产生的碎片。威胁：①高速撞击：即使很小的碎片（如油漆斑点），由于相对速度极高（可达每秒数公里），也具有巨大的动能，能严重损坏甚至击穿航天器舱壁、太阳能电池板或关键设备。②连锁反应风险（凯斯勒综合征）：碰撞产生更多碎片，增加后续碰撞概率，可能威胁到整个轨道区域的安全。③迫使航天器进行规避机动，消耗燃料，缩短寿命。五、计算与分析题1.(1)推导：航天器绕地球做匀速圆周运动，万有引力提供向心力：G两边消去m并整理，得到运行速度表达式：v(2)计算：已知：M=5.97×kg轨道半径r=代入公式：vv所以，国际空间站的运行速度约为7.67km/s。2.(1)计算月球第一宇宙速度：在月球表面附近，重力提供向心力：G=得=。代入数据：G=6.67×，==≈1.678月球的第一宇宙速度约为1.68km/s。(2)工程挑战分析：①极端低温与热控：永久阴影区温度极低（接近-230°C甚至更低），探测器必须配备强大的保温系统和特殊材料，防止仪器和设备冻裂失效，同时又要保证探测器在进入阴影区前和任务期间其他部分的温度控制。②能源供应