开赛在即！同学们，你的湖南省青少年航天知识大赛题库来了!︱“筑梦航天”全省青少年航天知识大赛

来源：科普湖南

小伙伴们，由湖南省科协牵头，联合省教育厅、湖南广播电视台等部门单位共同组织举办的“筑梦航天”湖南省青少年航天知识大赛即将开启！

此次大赛主要考查参赛中学生所掌握的专业和生活化的航天技术、天文知识及进行科幻文学即兴讲解的技能。竞赛试题题型包括选择题、判断题、填空题以及问答题等。

今天科普君继续为同学们公布此次大赛的官方题库。

“筑梦航天”全省青少年航天知识大赛题库之论述题

1. 什么是运载火箭？试简述运载火箭的分类。

2. 什么是外空探测？

3. 请分别解释第一至第四宇宙速度的含义。

4. 目前航天工程面临哪些挑战？（简述至少三条）

5. 请简评新型电推力器在未来深空探测中的前景。

6. 请简要论述我国“探月工程”中嫦娥一号至七号航天器的主要目标。

7. 请简要论述北斗导航系统和GPS的区别？

8. 请论述发射地球静止轨道卫星的过程？

9. 请简述北斗卫星导航系统的工作过程。

10. 关于青壮年阶段（主序阶段）的恒星，请说出主序星内部的两种热核反应是什么？太阳的能量主要来源于其中哪一种热核反应？

11. 银河系从结构上主要可划分为哪三个部分？其中，哪一部分恒星最为密集？哪一部分是银河系的主要组成部分？

12. 一个人沿东西方向站在地球赤道上，其两脚所在地方的地方恒星时之差大约是多少？（设地球赤道周长40000km，两脚间距离0.5m。）

13. 我们用肉眼可以分辨月球上的“危海”吗？为什么？

14. 太阳系行星的公转轨道具有哪些特点？请分别加以解释。

15. 请谈谈你对天文学和航天技术之间关系的看法？

16. 你认为宇宙是有限还是无限的？请写出你自己的看法。

17. 请论述为什么我们平时抛向空中的东西会落回地面，而人造卫星不会掉下来？

18. 什么是飞机的失速？

19. 影响诱导阻力的因素有哪些？试说明其减阻措施。

20. 简述超声速飞机机翼采用后掠机翼的原因。

21. 试解释低速翼型升力产生的机理。

22. 什么是飞机的静稳定性？飞行器纵向静稳定性的必要条件和水平尾翼对于飞行器的作用是什么？

23. 多级火箭是由数级火箭组合而成的运载工具。每一级都装有发动机与燃料，目的是为了提高火箭的连续飞行能力与最终速度。从尾部最初一级开始，每级火箭燃料用完后会自动脱落，同时下一级火箭发动机开始工作，使飞行器继续加速前进。请简述火箭分级的优缺点。

24. 简述火箭的工作原理。

25. 简述描述火箭效率的物理量——比冲的物理意义。

26.固体火箭和液体火箭哪一种更好？

27.最好选择什么样的地方作为航天发射场？

28.航天员暴露在高空环境时为什么会出现体液沸腾？

29.飞船再入大气层时，航天员乘坐的座椅方向与返回舱的飞行方向相反，也就是通常所说的“倒座”，为什么这样设计？

30.神舟系列载人飞船采用何种救生方案？

31.航天器自动交会对接一般分三个阶段：远距离导引段、自主控制段、对接段。那么神舟八号与天宫一号交会对接过程中的远距离导引段，神舟八号与天宫一号的轨道高度相比有什么不同？

32.神舟十号航天员在距离地球300多千米的太空进行了太空授课。在太空失重环境中，航天员演示了失重环境下的“悬空打坐”“大力神功”等，请问在太空中如何测量物体质量？

附：问答陈述题参考答案

1.运载火箭是由多级火箭组成的航天运输工具，负责把人造地球卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入预定轨道，一般由2～4级组成。目前常用的运载火箭按其所用的推进剂来分，可分为固体火箭、液体火箭和固液混合型火箭三种。

2.外空探测，或者说深空探测，科学定义上是指脱离地球引力场，进入更广阔宇宙空间进行探索的探测活动。根据2000年《中国的航天》白皮书给出的定义，目前将对地球以外天体展开的空间探测活动称为外空探测。

3.A. 第一宇宙速度。第一宇宙速度又称为环绕速度，是指在地球上发射的物体绕地球飞行作圆周运动所需的最小初始速度。若在150千米的飞行高度上，其环绕速度为7.9千米/秒。

B.第二宇宙速度。第二宇宙速度即地球的逃逸速度，是指在地球上发射的物体摆脱地球引力束缚，飞离地球所需的最小初始速度。若航天器已到达近地轨道的高度，航天器的脱离速度约为11.2千米/秒。

C. 第三宇宙速度。第三宇宙速度，亦即太阳的逃逸速度，是指在地球上发射的物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系所需的最小初始速度。

D.第四宇宙速度。第四宇宙速度是指在地球上发射的物体摆脱银河系引力束缚，飞出银河系所需的最小初始速度。

4.(1)航天器故障。为了让航天器进入轨道，所有的运载火箭都包含了大量的燃料，因此存在能量突然大量释放的风险，而且可能会造成灾难性的后果。

(2)失重。在微重力的环境中（例如在地球轨道的航天器中），宇航员会体验到失重的情形，长时的失重会造成一些健康上的问题。

(3)辐射。离开大气层后，就会有来自范艾伦辐射带、太阳光及宇宙线的辐射，人类暴露在宇宙线十年或更长时间后，患癌症的可能性会显著增加。

(4)生命保障系统。生命保障系统会提供水、空气及食物，也会让体温维持在正常的温度，让身体的压强在可承受的范围内，并且处理人体的排泄物。

(5)太空天气。由于太阳活动增强产生的地磁风暴可能导致航天飞行器上的感应器暂时失常，或是干扰到飞行器上的电子仪器，也会影响到在高纬度上常态飞行的飞机，使之受到的辐射总量增加。

（回答三条即可）

5.由于外空探测器大部分时间运行在引力微弱的区域，探测器所需克服的约束很小，微弱的推力——哪怕是吹口气那么小的力，都可以对探测器产生推动作用，且长时间工作情况下加速效果良好。

基于此应用背景，大力开展对电推力器的研究，如霍尔效应推力器、脉冲感应推力器、磁等离子体推力器、可变比冲磁等离子体火箭(VASIMR)等，这些推力器目前大部分只能提供好比人吹口气那么小的推力，但是一方面这些推力器往往可以持续工作数十天乃至好几年，产生的推力效果极其明显，另一方面，随着核能源和大功率大储能电池的研究，电推力器的推力也可以得到提升，因此在外空探测中电推力器将扮演不可缺少的角色。

6.嫦娥一号目标：绕月飞行并对其进行探测。

嫦娥二号目标：嫦娥一号的改进型。 

嫦娥三号目标：在月面进行软着陆。 

嫦娥四号目标：嫦娥三号的备份星。 

嫦娥五号目标：采样返回。 

嫦娥五号目标：开展着陆点区的形貌探测和地质背景勘察，采样返回。

嫦娥七号目标：模拟载人登月。

7.（1）北斗使用的是三频信号，GPS使用的是双频信号；

（2）北斗使用有源定位及无源定位，GPS仅为无源定位；

（3）北斗具有短报文通信服务功能，GPS没有；

（4）北斗的地面监控站都建在中国境内，GPS系统在全球建有 5个监控站、1个主控站和3个注入站以保证卫星运行;

（5）北斗可以分步开通，GPS必须整个系统建成后才能使用;

（6）北斗针对中国及周边地区是特别加强过的，随着北斗系统的逐渐成熟，在中国及周边地区的定位精度可以超过GPS。

8.地球静止轨道距地面约有35800千米，倾角为0°，运行周期与地球自转周期相同。地球静止轨道卫星一般用三级运载火箭发射，并由装在卫星上的远地点发动机完成轨道变换过程。整个发射过程的设计都需要考虑能量的最佳利用和变轨过程的控制问题。在卫星定点以前的发射过程通常分为三个阶段：第一，用一、二级运载火箭(或航天飞机)将三级火箭和卫星的组合体送入200～400千米的近地轨道，即“停泊轨道”。第二，卫星在停泊轨道上经过测试后，在飞经赤道上空时第三级火箭点火，使卫星沿飞行方向加速，进入大椭圆轨道（称“过渡轨道”）并与三级火箭脱离。这个轨道的近地点高度与入轨点相同，远地点高度为 35800千米，而且都位于赤道上空。第三，卫星运行到过渡轨道远地点时，航天测控站发出遥控指令使卫星远地点发动机点火，向卫星施加具有特定方向和大小的推力，改变卫星飞行的方向和速度，借以达到两个目的：一是使卫星运行的轨道平面转到赤道平面内；二是使卫星的合成速度接近于静止轨道速度（3.07千米/秒）。发射阶段完成后，卫星还要实施定点。卫星定点必须满足四个条件：卫星轨道周期恰好与地球自转周期相同；卫星轨道为圆轨道；卫星轨道倾角为零度；卫星定点位置要符合预先分配的位置。静止卫星的定点捕获就是通过一系列的轨道微调，使卫星恰好在预定地理经度的赤道上空停止漂移。这时利用卫星上携带的小发动机逐步修正卫星轨道，使其逼近静止轨道，使卫星停止漂移，这一轨道微调过程称为轨道控制，一般是在轨道的拱点（近地点或远地点）进行。这种细致的调整需要几天或更长的时间才能完成。轨道控制过程由航天测控站按计划遥控进行：调整卫星姿态和转速使其符合控制要求；精确地测定轨道以确定调整量的大小；最后在卫星到达定点位置之前，再做一次小的轨道调整，使其停止漂移准确定点。静止卫星定点后还需要姿态调整和不断的位置保持调整。

9.首先由中心控制系统向卫星I和卫星II同时发送询问信号，经卫星转发器向服务区内的用户广播。用户响应其中一颗卫星的询问信号，并同时向两颗卫星发送响应信号，经卫星转发回中心控制系统。中心控制系统接收并解调用户发来的信号，然后根据用户的申请服务内容进行相应的数据处理。 对定位申请，中心控制系统测出两个时间延迟：从中心控制系统发出询问信号，经某一颗卫星转发到达用户，用户发出定位响应信号，经同一颗卫星转发回中心控制系统的延迟；从中心控制发出询问信号，经上述同一卫星到达用户，用户发出响应信号，经另一颗卫星转发回中心控制系统的延迟。由于中心控制系统和两颗卫星的位置均是已知的，因此由上面两个延迟量可以算出用户到第一颗卫星的距离，以及用户到两颗卫星距离之和，从而知道用户处于一个以第一颗卫星为球心的一个球面，和以两颗卫星为焦点的椭球面之间的交线上。另外中心控制系统从存储在计算机内的数字化地形图查寻到用户高程值，又可知道用户处于某一与地球基准椭球面平行的椭球面上。从而中心控制系统可最终计算出用户所在点的三维坐标，这个坐标经加密由出站信号发送给用户。

10.两种热核反应为“质子-质子”（循环）反应（或氢核聚变）、“碳-氮-氧”循环反应，太阳内部的热核反应主要是“质子-质子”（循环）反应（或氢核聚变）

11.银河系从结构上主要可划分为核球、银盘、银晕三部分，核球（或银心）部分恒星最为密集，银盘是银河系的主要组成部分。

12.沿地球赤道一周恒星时之差为24恒星时，即相差大约为1毫秒。

13.月球直径3476千米，角直径31′，眼睛的分辨角为2′，因此肉眼可分辨月球上的“危海”。

14.包括近圆性、同向性和共面性。

近圆性即公转轨道都接近于圆形；同向性即公转方向相同，均为自西向东；共面性即公转轨道面都与黄道很接近。

15.要点：天文学为航天技术提供基础，航天技术可以促进天文学发展。

16.要点：回答有限、无限均可，阐述自己的理由。

17.根据牛顿万有引力定律，只要地球上空的物体绕地球的飞行速度够快，使其向心力等于离心力，就可以保持平衡，不会由于地球引力作用掉落地球表面。人造卫星绕地球飞行就是这个原理。但这个速度应该是“刚刚好”，速度过小则会使其向心力大于离心力，不断向地球靠近；速度过大则会使其向心力小于离心力，不断远离地球。例如，如果把人造卫星放在距离地球表面约800千米的高度，其速度大概等于7000m/s才会使其绕地球飞行。而我们日常生活中抛向空中的物品，首先是距离地球表面太近，地球对其引力较大；其次是速度较小，无法产生足够克服地球引力的离心力。因此，我们平时抛向空中的物品都会落回地面。

18.飞机在动态飞行中，当攻角增加到某一值时，飞机的升力不再增加，若攻角继续增加，飞机的升力会下降，飞机开始坠落，对应的该临界状态即为失速。

19.诱导阻力与机翼的平面形状、翼剖面形状、展弦比等有关。可以通过选择适当的平面形状（如梯形 机翼）、增加翼梢小翼等方法来减小诱导阻力。

20.由于后掠角的影响，流速中只有垂直于机翼前缘分量是产生升力的有效速度，从而降低了机翼上的有效速度。因此后掠角可以提高飞机的临界马赫数，从而推迟激波的产生。

21.由于翼型作用，当气流流过上翼面时，流动通道变窄，气流速度增大，压强降低；相反下翼面处流动通道变宽，气流速度减小，压强增大。上下翼面之间形成了一个压强差，从而产生了一个向上的升力。

22.飞机的静稳定性是指飞行过程中，如果飞机受到某种扰动而偏离原来的平衡状态，在扰动消失瞬间，不经飞行员操纵，飞机具有自动恢复到原来平衡状态的趋势。必要条件：气动力中心位于重心后。水平尾翼使气动力中心后移，提高飞行器纵向静稳定性。

23.利用火箭的分级，可以：（1）对于给定的载荷和速度增量，分级可以降低总运载装置的质量；（2）对于同样大小的运载装置，分级可以增大送入太空的有效载荷质量；（3）对于同样大小的运载装置，分级可以增加其获得的总速度；（4）对于同样大小、需送入轨道的有效载荷，分级能够降低对发动机的效率苛刻要求。但是，火箭分级也有几个缺点：（1）因为运载装置需要额外的发动机和线路、管路装置，增加了系统复杂性；（2）因为多级火箭增加了额外的发动机和线路、管路装置，降低了可靠性；（3）增加了总成本，因为越复杂的运载装置，建造和发射成本越高。

24.火箭推力是牛顿第三定律的结果。“对于任何作用力，都有一个大小相等、方向相反的反作用力存在”。火箭沿着一个方向喷射高速物质，导致火箭向另外一个方向运动。（也可以从动量守恒的角度论述）

25.比冲，或称比冲量（英文：specific impulse），是用于衡量火箭或飞机发动机效率的重要物理参数。比冲的定义为单位推进剂的量所产生的冲量。如果用重量描述推进剂的量，比冲拥有时间量纲，国际单位为秒；如果用质量描述推进剂的量，比冲以速度量纲表现，国际单位为米每秒。由于在计算上比冲可以写为推力与推进剂重量或质量流速之比，故又称比冲为比推力（英文：specific thrust）。

26.液体火箭发动机的优点是：比冲高，最高能达到500秒；推力范围大；能多次起动；能控制推力大小；工作时间较长。液体火箭发动机主要用于航天器发射、姿态控制、轨道控制等。

固体火箭发动机与液体火箭发动机相比较，具有结构简单、推进剂密度大、混合好的推进剂可贮存在燃烧室、机动性能强以及操作方便等优点，缺点是比冲小。固体火箭发动机比冲在250～300秒，工作时间短，加速度大，推力不易控制，也难以重复起动，一般用作火箭弹、导弹和探空火箭的发动机，以及火箭发射和航天飞机起飞的助推发动机。

27.航空航天工程师对发射场的解释为，可以进行试验或实用发射，并可重复使用的航天运载器或一次性使用火箭的地理区域。首先，出于安全原因，通常选择偏远的地方作为发射场，周围有大量未开采的土地或大片水域，并要求远离人口稠密的居民区或工业发达地区，这样火箭发射时就不会对居民区和工业区构成直接或间接的危害。其次，发射场选址还偏向于具有气候温和、宜人且少雷雨气象条件的地点。第三，火箭在赤道附近的发射场以向东90°方位角发射，可以得到来自地球自西向东自转的最大自然附加速度。因此，位于地球赤道附近的发射场极其重要。通往发射场的良好交通运输条件有助于避免过多的运输费用，防止运载火箭、运载火箭携带的有效载荷、推进剂、辅助设备以及其他必要物品在运送时的延误。

28.水的沸点随高度增加及大气压力降低而降低，在19.2千米高度处，大气压力为6.27千帕，这时水的沸点降到与人的体温相同的温度，即37摄氏度。因此，如果暴露在高空环境中，正常体温情况下，人的体液就会沸腾。预防体液沸腾的办法，是为航天员提供高于6.27千帕的环境压力。

29.返回舱再入过程中，由于空气阻力的作用，一直处于减速状态，采用“倒座”可以使航天员的头部和上身紧压在带有赋形坐垫的座椅靠背上，使航天员便于承受较大的过载。座椅与返回舱的地板呈20度夹角，这样由升力产生的过载会使航天员的臀部和大腿紧压在座椅上，因此，可以提高航天员承受较大过载的耐受性。

30.中国的“神舟”系列载人飞船采用逃逸火箭救生方案。苏联设计东方号飞船时，使用的是和战斗机上类似的弹射座椅，但弹射座椅只适用于从发射台到30千米高空的这一小段飞行过程。美国人觉得没有理由让航天员从安全的飞船里面弹射出来，因为最可能发生的意外是装满数百吨燃料的火箭爆炸，而不是飞船出问题。

航天员躲在飞船里一起逃离火箭，飞船外壳和生命保障系统可以时刻保护他们，飞船硕大的降落伞可以确保安全着陆。就算掉到大海里，飞船还可以充当救生筏。因此，美国人决定在飞船顶部安装一组小火箭，一旦发生意外，飞船和火箭之间的连接机构就会断开，同时小火箭点燃，将航天员连飞船一起拽到远离火箭的地方。最早使用这种逃逸火箭的载人飞船是美国的水星号。

31.神舟八号比天宫一号轨道高度低。神舟八号与天宫一号的对接采用后向对接方案，也就是说飞船在后，向前追赶天宫一号。为了完成交会对接，神舟八号需要点火加速，此时万有引力小于向心力，飞船由低轨道离心运动到天宫一号目标飞行器所在的高轨道，从而实现对接。

32.失重环境下无法使用地面上的称重设备，包括杆秤和托盘，需要利用加速度计，根据距离、时间等信息折算后获取物体质量。

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