2025年大学《空间科学与技术》专业题库—— 大学空间科学专业的实践能力培养.docxVIP

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——大学空间科学专业的实践能力培养

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

简述卫星姿态控制系统（AOCS）的主要功能模块及其基本工作原理。结合一个具体的应用场景（如对地观测卫星、通信卫星），说明姿态稳定对任务成功的重要性。

二、

假设你获取了一幅某区域的高分辨率光学遥感影像，该影像存在明显的云影干扰。请详细描述你将采取的步骤来去除或减轻云影的影响，并说明每一步骤的原理。列出至少三种不同的处理方法。

三、

描述地面深空测控站（GroundStation）在支持一次近地轨道卫星的测控任务中扮演的角色。请阐述从卫星发射入轨开始，到任务结束期间，测控站可能需要进行的关键测控操作（如捕获、跟踪、测距、遥测、遥控）及其相互关系。并简述测控链路的基本组成及其主要性能指标。

四、

空间辐射环境对航天器电子器件和材料构成严重威胁。简述空间环境中主要的辐射类型（至少三种）及其对航天器可能造成的危害。针对辐射防护，请提出至少两种不同的加固设计思路，并简述其基本原理和优缺点。

五、

设计一个简单的地面实验方案，用于验证微流星体对航天器表面材料的撞击效应。请说明实验目的、所需主要设备、关键实验步骤、需要测量的物理量以及预期得到的结果。如何根据实验结果初步评估材料的抗冲击性能？

六、

以“基于Python实现遥感影像的简单分类”为例，描述如何设计一个基本的程序框架。请包括数据输入、预处理（如灰度化、归一化）、特征提取（至少提出一种特征）以及分类器选择（如KNN、决策树等）等主要步骤。简要说明每一步的目的和实现思路。

七、

结合当前空间技术发展趋势（如小型化卫星、人工智能、大数据等），论述这些技术发展对未来空间科学与技术专业实践能力培养可能带来的影响。你认为学生在学习阶段应重点提升哪些新的实践技能以适应这些变化？

试卷答案

一、

答案：

卫星姿态控制系统（AOCS）的主要功能模块包括：敏感器（如太阳敏感器、星敏感器、陀螺仪、磁强计）、执行机构（如飞轮、燃气喷嘴、磁力矩器）、控制计算机和星上总线。其基本工作原理是：敏感器感知卫星当前姿态，并将信息传输给控制计算机；控制计算机根据任务要求的姿态和敏感器测量的当前姿态进行比较，形成误差信号；控制计算机根据预设的控制律（如比例-微分PID控制）计算控制指令；执行机构根据控制指令产生力矩或力，对卫星施加干扰，使卫星姿态趋向或保持在预定状态。

姿态稳定对任务成功至关重要。例如，对地观测卫星需要保持稳定指向目标地面，以确保传感器能持续获取清晰、准确的地表信息；通信卫星需要精确指向地球同步轨道上的另一颗卫星或覆盖区域，以保证信号传输的稳定性和质量。姿态不稳定会导致观测失败、通信中断、能源浪费甚至卫星失控，严重影响任务效益和卫星寿命。

解析思路：

本题考查AOCS的基本组成和工作流程，以及姿态稳定性的重要性。解答需首先列出AOCS的核心模块，并简述各模块功能。然后，描述从敏感器感知到执行机构动作的闭环控制过程。最后，结合具体应用场景（如对地观测、通信），论证姿态稳定对任务成功不可或缺的理由。

二、

答案：

去除或减轻光学遥感影像云影影响的步骤通常包括：云检测与掩膜、云影辐射校正、图像融合。

1.云检测与掩膜：利用影像本身的纹理、亮度、颜色差异或结合其他数据源（如气象云图、雷达数据），自动或手动识别云及其阴影区域，并将这些区域在影像数据中设置为无效值或创建一个掩膜图层。

2.云影辐射校正：云影本质上是地面反射光的阴影，其辐射亮度通常低于邻近地面。可以通过影像处理方法（如基于邻域统计、多尺度变换、物理模型校正等）估计云影区域的辐射值，并将其替换为邻近无云地面的辐射值，或利用地形数据结合辐射传输模型进行更精确的校正。

3.图像融合：如果同时获取了同一区域的多时相影像（如晴空时），可以利用图像融合技术（如Pan-sharpening方法），将高空间分辨率影像（含云影）与低空间分辨率但辐射信息更全的影像（晴空时）进行融合，使得云影区域的地面真实信息得到恢复。

解析思路：

本题考查遥感图像处理中云影去除的核心技术。解答需首先明确云影的本质（阴影，辐射值低）。然后，分步阐述主流的云影处理方法：首先是检测与隔离（掩膜），目的是从影像中识别并标记出云影区域；其次是值恢复或校正（辐射校正），目的是用合理的值替换掉云影区域的低辐射值；最后可以提及融合方法，利用其他影像信息来弥补云影区域的信息损失。每一步都需要说明基本原理。

三、

答案：

地面深空测控站（GroundStation）在近地轨道卫星测控任务中扮演着关键的角色，是地面与航天器之间进行通信、跟踪、测控和数据传输的中枢。其主要角色和操作包括：

1.捕获（Acquisitio