2025年大学《空间科学与技术》专业题库—— 火星探险与星际殖民研究.docxVIP

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——火星探险与星际殖民研究

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、简答题（每题6分，共30分）

1.简述美国“好奇号”火星车相较于“机遇号”在科学目标和探测技术上的主要进步。

2.阐述火星大气层的主要成分及其对火星表面温度、辐射环境以及未来人类生存的主要影响。

3.描述生物再生生命保障系统（MSLSS）在火星基地中的基本功能和工作原理。

4.解释为何利用火星本土资源（ISRU）被广泛认为是实现长期火星殖民的关键技术途径？

5.分析进行载人火星任务面临的主要生理和心理健康挑战，并提出可能的应对策略。

二、论述题（每题10分，共20分）

1.结合火星表面的特殊环境（如沙尘暴、温差大、辐射强），论述设计火星移动探测平台（如火星车）时需要考虑的关键工程挑战及其相应的技术解决方案。

2.探讨人类在火星建立永久性定居点的经济可行性。分析其中涉及的主要成本构成，并评估当前及可预见未来的技术发展对该经济可行性的影响。

三、分析题（每题10分，共20分）

1.假设一个火星基地需要紧急补充氧气，但现有生物制氧系统发生故障。请分析可行的替代制氧方案，并比较其优缺点及所需资源条件。

2.鉴于地球与火星之间的巨大距离导致通信存在显著延迟，论述这种延迟对火星任务的实时控制、应急响应以及未来可能形成的人类火星殖民地社会运作模式可能产生的深远影响。

试卷答案

一、简答题

1.答案：“好奇号”相比“机遇号”，采用了更先进的移动系统，越野能力更强；“科学仪器配置更重、更先进”，例如搭载了样本钻探设备（可获取岩石内部信息）、化学与矿物学分析仪（ChemCam，可对远距离目标进行无损分析）、辐射评估工具等；“科学目标上更侧重于研究火星的过去宜居环境，特别是寻找生命迹象”，任务寿命也更长。

解析思路：此题考察对两代代表性火星车技术对比的掌握。需列举“好奇号”在移动性、仪器载荷（特别是钻探和远程分析能力）以及科学目标（关注宜居性和生命迹象）上的显著提升。

2.答案：火星大气主要成分是二氧化碳（约95%），稀薄（表面压力约0.6%地球大气压）。稀薄的大气导热性差，导致昼夜温差巨大；二氧化碳直接吸收红外线导致表面温度相对较高，但整体能量不足；缺乏厚实大气层阻挡，表面接受到的宇宙射线和太阳高能粒子辐射强度高。这些因素共同构成了严酷的生存环境，对生命维持系统提出了极高要求。

解析思路：此题考察对火星大气特性的理解和其对环境影响的认知。需明确大气成分、密度特点，并分别阐述其对温度调节（差导热性、温室效应）、辐射防护（屏障作用弱）的影响。

3.答案：生物再生生命保障系统（MSLSS）旨在通过生物技术（如植物光合作用）和物理化学方法，实现基地内水、氧气和部分食物的闭环循环利用。其基本功能是维持基地内乘员的生存环境，减少对地球补给的依赖。工作原理包括：植物生长单元利用光照进行光合作用产生氧气和生物质，同时吸收二氧化碳；植物根系和土壤介质用于净化水和处理废物；通过蒸馏、冷凝等物理方法回收水资源；人类排泄物和植物废弃物经过处理转化为植物生长所需的养分。

解析思路：此题考察对火星基地生命保障核心技术概念的理解。需简述其核心目标（闭环、减少补给），并概括其利用的主要技术手段（生物、物理化学）和关键过程（光合作用、气体循环、水循环、废物处理）。

4.答案：利用火星本土资源（ISRU）是长期火星殖民的关键，因为完全依赖从地球运送物资成本极高、风险巨大且难以持续。ISRU能够就地获取水冰用于生命保障和火箭燃料生产，减少地球发射负担；利用火星土壤或岩石制造建筑材料、工具和零件，实现基地自给自足和扩展；生产食物和氧气等，保障长期定居点的生存需求。这有助于降低火星殖民的经济门槛，提高任务成功率，并为建立可持续的火星社会奠定基础。

解析思路：此题考察对ISRU重要性的认识。需从经济性（降低成本、风险）、可持续性（减少地球依赖）、自给自足（建立基地、扩展）等多个角度论证其为何是长期殖民的关键技术途径。

5.答案：载人火星任务面临的生理挑战包括：强辐射导致的细胞损伤和增加癌症风险；低重力（约火星重力38%）导致肌肉萎缩、骨质流失和心血管功能改变；长期与地球隔离可能引发焦虑、抑郁等心理健康问题；密闭、单调的太空环境可能影响认知功能和决策能力。应对策略可包括：在火星基地内加强抗辐射措施（如屏蔽、药物）；利用抗失重训练（如人造重力旋转舱）减缓生理变化；进行心理辅导、团队建设、开展休闲活动；保持与地球的定期通讯以维持心理联系。

解析思路：此题考察对学生长期太空飞行潜在风险及其应对措施的了解。需分别列出主要的生理（辐射