青少年航天知识竞赛试题及答案

青少年航天知识竞赛试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填在括号内）1.我国第一颗人造地球卫星“东方红一号”成功发射的年份是（）A.1964年  B.1970年  C.1975年  D.1981年答案：B2.下列哪一项不是地球静止轨道卫星的特点（）A.轨道倾角为0°  B.运行周期约24小时  C.星下点轨迹呈“8”字形  D.高度约35786km答案：C3.火箭发射时产生的“白烟”主要成分是（）A.二氧化碳  B.水蒸气冷凝小水滴  C.液氧  D.煤油蒸气答案：B4.国际空间站（ISS）平均轨道高度约为（）A.200km  B.340km  C.408km  D.550km答案：C5.我国“天问一号”火星探测器首次实施近火制动的日期是（）A.2020年7月23日  B.2021年2月10日  C.2021年5月15日  D.2021年9月20日答案：B6.下列关于月相的说法正确的是（）A.上弦月出现在农历初一  B.满月一定出现在农历十五  C.下弦月出现在农历廿二、廿三  D.新月整夜可见答案：C7.在太空中，航天员使用的中性笔书写流利的根本原因是（）A.墨水加压  B.微重力环境  C.笔尖特殊合金  D.纸张表面涂层答案：A8.火箭比冲（Isp）的国际单位是（）A.N  B.m/s  C.s  D.kg·m/s答案：C9.关于太阳同步轨道，下列说法正确的是（）A.轨道面与太阳方向保持固定夹角  B.高度必须大于地球静止轨道  C.周期为12小时  D.倾角一定小于30°答案：A10.我国“嫦娥五号”返回器携带月球样品安全着陆的地点是（）A.内蒙古四子王旗  B.甘肃酒泉  C.四川西昌  D.海南文昌答案：A二、多项选择题（每题3分，共15分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）11.下列属于载人飞船必须具有的子系统有（）A.环境控制与生命保障  B.轨道机动  C.再入防热  D.交会对接雷达  E.着陆回收答案：A、C、E12.关于火箭推进剂，下列组合中属于常温液体推进剂的有（）A.液氧/煤油  B.四氧化二氮/偏二甲肼  C.液氢/液氧  D.硝酸-27S/混胺  E.液氧/甲烷答案：B、D13.下列现象与地球自转直接相关的有（）A.昼夜交替  B.科里奥利力导致台风旋转  C.地球扁率  D.岁差  E.自由落体偏东答案：A、B、E14.关于火星，下列说法正确的有（）A.平均温度低于地球  B.一天时长与地球接近  C.大气主要成分为氮气  D.存在全球性磁场  E.拥有两颗天然卫星答案：A、B、E15.下列属于我国“北斗三号”系统特色服务的有（）A.全球短报文  B.星基增强  C.精密单点定位  D.国际搜救返向链路  E.室内定位答案：A、B、C、D三、填空题（每空1分，共20分）16.地球第一宇宙速度的大小为________km/s，第二宇宙速度的大小为________km/s。答案：7.9；11.217.我国现役直径最大的运载火箭是________，其芯级直径为________米。答案：长征五号；518.国际空间站核心舱“曙光”号由________（国家）研制，发射日期为________年11月20日。答案：俄罗斯；199819.一颗卫星的轨道半长轴为地球半径的6.6倍，则其轨道周期约为________小时。（已知地球半径R=6371km，开普勒第三定律常数GM⊕=3.986×10^14m^3/s^2）答案：2420.航天员在舱外活动（EVA）时，所穿舱外航天服内保持的绝对压力约为________kPa，约为地球海平面大气压的________倍。答案：30；0.321.月球表面的重力加速度约为地球表面的________%，因此60kg的航天员在月球上称重显示约为________kg（指质量）。答案：16.5；6022.太阳活动周期平均为________年，当前第25活动周期开始于________年。答案：11；202023.火箭发射时，通常采用“________”发射方式，使初始段飞越海上，降低落区人口密度。答案：海上24.我国“天链”系列卫星属于________轨道卫星，主要为________提供中继服务。答案：地球静止；载人航天器25.空间碎片数量最多的尺寸区间是________cm，其对在轨航天器的主要威胁形式为________。答案：1–10；撞击穿孔四、判断题（每题1分，共10分。正确打“√”，错误打“×”）26.地球静止轨道上运行的卫星相对于地面观测者始终位于正南方。（）答案：×27.火箭的级数越多，其理论运载效率一定越高。（）答案：×28.航天员在失重环境中会出现面部浮肿、下肢萎缩等体液重新分布现象。（）答案：√29.月球背面永远看不见地球，因此无法与地球直接通信。（）答案：√30.太阳同步轨道卫星可以在每天相同的地方时飞过地球同一地点上空。（）答案：√31.液体火箭发动机可以多次启动，而固体火箭发动机一旦点燃无法关机。（）答案：√32.我国“嫦娥四号”是人类首次在月球背面实现软着陆和巡视探测。（）答案：√33.火箭发射窗口仅与目标轨道参数有关，与气象条件无关。（）答案：×34.在太空中，火焰呈球形且温度通常低于地面同种燃料火焰。（）答案：√35.火星冲日发生时，地球位于火星与太阳之间。（）答案：×五、简答题（封闭型，每题5分，共15分）36.简述火箭采用多级结构的主要技术原因。答案：（1）减少死重：每级工作结束后抛掉无用结构质量，降低后续加速质量；（2）提高比冲匹配：不同级可针对不同外界气压选用不同喷管扩张比，优化推力；（3）任务灵活：可按需增减助推器或上面级，适应不同轨道与载荷；（4）提升速度增量：多级串联使最终速度增量近似等于各级速度增量之和，更易达到宇宙速度。37.说明地球静止轨道卫星必须满足的轨道六要素条件。答案：（1）半长轴a≈42164km；（2）偏心率e≈0，轨道为正圆；（3）倾角i≈0°，轨道面与赤道面重合；（4）升交点赤经Ω可任取；（5）近地点幅角ω≈0°；（6）真近点角f根据定点经度确定。38.列举舱外航天服必须具备的五大功能。答案：（1）供氧调压：维持30kPa纯氧环境；（2）温湿度控制：±65℃外热流变化下保持舒适；（3）微流星/辐射防护：多层织物与铝膜；（4）关节活动：轴承与波纹管保证弯曲力矩<0.5N·m；（5）通信与信息显示：内置天线和头戴显示。六、简答题（开放型，每题10分，共20分）39.2021年12月，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）发射。请结合轨道力学，说明其选择日地第二拉格朗日点（L2）halo轨道的科学优势与轨道保持挑战，并提出两种可行的轨道维持策略。答案：科学优势：（1）热环境稳定：太阳—地球—望远镜夹角恒定，遮阳板可始终背对太阳，降低红外本底；（2）连续观测：远离地球阴影，全年可观测天区>95%；（3）低微振动：距地1.5×10^6km，地球引力梯度小，姿态扰动低。轨道保持挑战：halo轨道为不稳定流形，无控条件下15–30天偏离可达10^5km；太阳辐射压、月球摄动导致动量累积。维持策略：（1）化学推进：携带>150kg联氨，每21天点火Δv≈0.5m/s，总任务Δv预算≈150m/s；（2）太阳帆辅助：利用10m×10m太阳帆产生0.05N推力，年Δv≈45m/s，可减少化学燃料40%。40.假设你是一名深空探测器设计师，目标为木卫二（Europa）着陆任务。请从轨道设计、能源、通信、防辐射四方面阐述关键技术难点，并给出对应解决思路。答案：（1）轨道设计：木星Δv需求高（≈9km/s），采用地球—火星—地球—木星（EMEJ）借力序列，节省Δv≈1.2km/s；利用木星轨道插入（JOI）后多圈共振，降低捕获Δv至≈400m/s。（2）能源：木星轨道太阳强度仅地球4%，太阳能电池阵面积需>60m^2，质量>600kg；改用NASAMMRTG5组，总电功率900W，质量<200kg，寿命17年。（3）通信：木星—地球最大距约6.3AU，自由空间损耗比火星高26dB；采用70m深空网DSN+10m高增益X/Ka阵列，配合Turbo码1/6，数据率可达32kbps。（4）防辐射：木卫二轨道辐射剂量≈5400rad/天，采用10mm铝等效+本地冰层5cm屏蔽，总剂量<100krad；关键电子器件选用抗辐射SOI工艺，总剂量耐受300krad。七、计算题（共30分）41.（8分）某遥感卫星采用太阳同步轨道，轨道高度H=535km，地球半径R=6371km，GM⊕=3.986×10^14m^3/s^2。求：（1）轨道周期T；（2）每天绕地球圈数n；（3）若降交点地方时为10:30，求第15天同一地点过顶时间。答案：（1）a=R+H=6906km，T=2π√(a^3/GM⊕)=5672s≈94.5min；（2）n=24×3600/5672≈15.23圈；（3）地球每天自转360.986°，轨道面进动0.986°，15天累积14.79°，对应时间漂移14.79/15≈0.99min，第15天过顶时间≈10:30+15×0.99≈10:30+14.9min≈10:44:54。42.（10分）一枚两级液体火箭，起飞质量m0=480t，一级比冲Isp1=285s，二级Isp2=310s，一级结构比ε1=0.08，二级ε2=0.10，载荷mp=8t。忽略重力损失与阻力，求：（1）一级关机速度v1；（2）二级关机速度v2；（3）总理想速度增量Δv。答案：（1）一级推进剂质量mp1=m0(1−ε1)−m1dry=480×0.92−(480−mp1−m2−mp)，设二级初始质量m2=48t，解得mp1=393.6t，v1=Isp1·g0·ln(m0/(m0−mp1))=285×9.81×ln(480/86.4)=285×9.81×1.714≈4790m/s；（2）二级初始m2=86.4t，关机m2f=8+48×0.1=12.8t，v2=v1+310×9.81×ln(86.4/12.8)=4790+310×9.81×1.909≈4790+5800=10590m/s；（3）Δv=v2≈10.6km/s。43.（12分）地月转移轨道设计：已知地球停泊轨道高度200km，月球影响球半径rSOI=66100km，地月平均距离d=384400km，GM⊕=3.986×10^14m^3/s^2，GM☽=4.905×10^12m^3/s^2。采用霍曼转移，求：（1）地月转移轨道半长轴a；（2）近地点速度vp；（3）到达月球影响球外边界时的速度v∞；（4）若月面捕获后进入100km圆轨，求捕获Δv。答案：（1）a=(R+200+d)/2=(6371+200+384400)/2≈195486km；（2）vp=√[GM⊕(2/rp−1/a)]=√[3.986×10^14(2/6.571×10^6−1/1.955×10^8)]≈10.239km/s；（3）v∞=√[GM⊕(2/rSOI−1/a)]=√[3.986×10^14(2/6.61×10^7−1/1.955×10^8)]≈0.812km/s；（4）月球100km圆轨速度vc=√(GM☽/r)=√(4.905×10^12/1.838×10^6)≈1.633km/s，双曲线剩余速度v∞=0.812km/s，捕获Δv=√(v∞^2+vc^2)−vc≈0.200km/s。八、综合应用题（共20分）44.阅读材料：2022年11月，我国“梦天”实验舱成功对接空间站组合体，形成“T”字构型。梦天舱配置有世界领先的微重力燃烧科学实验柜，计划开展碳烟生成机理、火焰传播极限等研究。任务：（1）说明空间站微重力环境对燃烧实验的科学价值（4分）；（2）列举两种可在轨实现的火焰诊断技术并给出原理（4分）；（3）若实验采用庚烷液滴阵列，初始直径1.5mm，环境压力1atm，氧浓度21%，微重力下燃烧速率常数K=0.9mm^2/s，求液滴完全燃尽时间（4分）；（4）分析空间站太阳电池翼输出功率季节性波动对实验温控系统的影响，并提出一种热管理对策（4分）；（5）从空间碎片防护角度，说明实验柜外壳采用5mm铝+多层凯夫拉复合结构的合理性（4分）。答案：（1）微重力消除浮力对流，火焰呈球形对称，可提取纯扩散燃烧参数；碳烟颗粒停留时间延长，利于研究成核—聚合—氧化全过程；液滴悬浮，无需支撑干扰，可精确测量蒸发常数。（2）1.激光诱导荧光（LIF）：用Nd:YAG266nm激发OH自由基，成像火焰前锋；2.消光法测碳烟：He-Ne激光穿过火焰，测消光系数A=−ln(I/I0)，按比尔定律得碳烟