2025年大学《空间科学与技术》专业题库—— 星际太空探索技术发展的前景展望.docxVIP

2025年大学《空间科学与技术》专业题库——星际太空探索技术发展的前景展望

考试时间：______分钟总分：______分姓名：______

一、

请概述人类进行星际太空探索的主要驱动力，并分析当前面临的核心技术挑战。

二、

当前，核聚变推进技术被广泛认为是实现高效星际航行的潜在突破方向之一。请论述核聚变推进系统在原理、优势与面临的主要工程难题方面有哪些关键点。并分析其在未来星际任务中可能扮演的角色及局限性。

三、

假设人类计划在未来几十年内发射首个载人星际探测任务（例如，前往比邻星系）。请从任务规划、技术集成、生命保障系统、通信联络以及可能遇到的风险等角度，阐述该任务面临的主要复杂性和需要重点解决的问题。

四、

五、

星际太空探索是一项耗资巨大的系统工程，往往涉及全球性的合作。请分析支撑未来长期星际探索活动所需要的社会、经济和政治基础。并讨论国际合作在克服技术难题、分摊成本、实现共同目标等方面的优势与潜在挑战。

六、

请对比分析人类在月球和火星探测中，在生命保障、基地建设、资源利用（ISRU）等方面策略的异同。并基于这些差异，预测未来在更遥远星际目标上建立前哨站可能需要采取的关键策略和技术创新。

七、

随着人类对深空探索活动的深入，相关的伦理问题日益凸显。请选择一至两个具体的伦理议题（例如，地外生命探测与接触的伦理规范、人类在火星等星球建立永久定居点的权利与责任、太空资源开发的伦理框架等），进行深入探讨，并提出你的观点。

试卷答案

一、

驱动力：主要驱动力包括科学探索欲（理解宇宙、寻找地外生命、拓展人类认知边界）、地缘政治竞争（国家实力展示、科技领先地位）、经济潜力（资源开发、新空间疆域）、人类生存和文明延续的备份需求，以及潜在的技术溢出效益。

核心技术挑战：主要挑战包括：1）超远距离的巨大航行时间（导致生命保障系统长期可靠性、心理影响等问题）；2）高效、大推力的推进系统（现有化学推进效率低）；3）可靠、闭环的生命保障和辐射防护系统；4）星际航行中微重力、强辐射等环境对设备和生物的影响；5）深空通信延迟和带宽限制；6）极端条件下的自主故障诊断与修复能力；7）高昂的成本和资源需求。

二、

原理与优势：核聚变推进利用轻核（如氘氚）聚变反应释放的巨大能量产生热气体，经膨胀加速后形成高速度的喷流，从而推动航天器前进。其主要优势在于能量密度极高，理论上可提供远超化学推进的比冲（推力/质量比）和速度，大大缩短星际旅行时间。

工程难题：主要难题包括：1）实现可控制、持续稳定的核聚变反应条件（极高的温度、压力和约束）；2）开发耐高温、耐辐照的反应堆材料和结构；3）高效能量转换和传递系统；4）辐射屏蔽设计；5）系统小型化、轻量化和成本控制；6）安全性保障。

角色与局限性：核聚变推进可能在远距离、高速度星际任务中扮演关键角色，是实现“快速星际旅行”梦想的核心技术之一。但其局限性在于目前仍处于实验研究阶段，距离实际工程应用遥远，面临巨大的技术不确定性和工程挑战，且可能存在公众接受度和核安全方面的顾虑。

三、

主要复杂性：

任务规划：需要精确的星际导航和轨道设计，考虑引力弹弓、多体引力影响等；任务持续时间极长，需考虑太阳活动、行星际尘埃等长期环境因素。

技术集成：集成多项前沿且未经充分验证的技术（推进、生命保障、能源等），系统复杂度高，可靠性要求极高。

生命保障：需要开发近乎完美的闭环生命保障系统，解决氧气、水、食物的长期循环再生，以及高效的人体废物处理和辐射防护。

通信联络：面临巨大的通信时延（光分钟级别），带宽有限，难以实现实时交互，需要高度自主化的决策能力。

风险：风险包括技术失败、宇航员健康问题（微重力、辐射、心理）、未知宇宙环境（小行星、宇宙射线暴等）。

重点问题：提高推进系统效率、完善长期闭环生命保障、保障宇航员长期健康与心理状态、实现高度自主智能、有效应对未知风险是重点。

四、

关键作用：

自主导航：AI可处理复杂导航数据，实现自主路径规划和规避障碍。

科学数据处理：AI能快速处理海量遥测数据，识别异常信号，发现新的科学现象。

故障诊断与修复：AI可实时监测系统状态，预测潜在故障，并自主或辅助进行诊断和修复操作。

地外环境交互：AI可控制机器人进行勘探、样本采集、基地建设等任务，甚至可能与地外智慧生命进行初步交互（如果存在）。

伦理考量：引入AI可能引发伦理问题，如：AI决策的透明度和可解释性（责任归属）、AI与人类宇航员的关系、AI在紧急情况下的自主决策权、高度自主系统失控的风险、以及是否将具有高级智能的AI送往地外等。

五、

所需基础：

社会基础：需要全球民众对深空探索的广泛认同和支持、跨文化理解和合作精神、以及对探索风险的接受度。

经济基础：需要长期、稳定、巨额的财政投入（政