2026年全國青少年航天創新大賽（航天知識問答）經典試題及答案

2026年全國青少年航天創新大賽（航天知識問答）經典試題及答案一、單項選擇題1.中國空間站“天和”核心艙發射時，所使用的運載火箭型號是？A.長征五號BB.長征七號C.長征二號FD.快舟一號答案：A解析：中國空間站“天和”核心艙于2021年4月29日由長征五號B遙二運載火箭在海南文昌航天發射場發射升空。長征五號B是專門為中國空間站建設研制的新型大型運載火箭，主要用于發射近地軌道的大型航天器。2.在太空中，航天員出艙活動時，所穿著的艙外航天服本質上是一個微型的？A.生命維持系統B.推進系統C.通信中繼站D.科學實驗室答案：A解析：艙外航天服是航天員出艙活動時的關鍵裝備，它內部配備了供氧、通風、壓力調節、溫濕度控制、二氧化碳清除等系統，并為航天員提供防護，使其能夠抵御太空的極端高低溫、真空、微流星體和空間輻射等環境威脅，因此本質上是一個可穿戴的微型載人生命維持系統。3.下列哪顆行星被稱為“天空中的指北針”，其自轉軸北極幾乎正對北極星？A.火星B.金星C.土星D.地球答案：D解析：地球的自轉軸與公轉軌道平面（黃道面）的夾角約為66.5°，其北極指向北極星（小熊座α星）附近，這使得北極星在地球北半球看來幾乎不動，成為重要的導航參照。其他行星的自轉軸指向各不相同。4.利用火箭發動機噴射工質產生反作用力推動航天器前進的原理，遵循的物理定律是？A.能量守恒定律B.牛頓第一定律C.牛頓第二定律D.牛頓第三定律答案：D解析：火箭推進的基本原理是牛頓第三定律，即作用力與反作用力定律。火箭發動機向下（或向后）高速噴射工質（高溫燃氣），工質對火箭施加了一個反作用力，從而推動火箭向上（或向前）運動。5.航天器在環繞地球的橢圓軌道上運行時，其運行速度最快的點是？A.遠地點B.近地點C.與地心距離相等的任意點D.升交點答案：B解析：根據開普勒第二定律（面積定律），航天器在橢圓軌道上運行時，單位時間內掃過的面積相等。因此，在距離地心較近的近地點，其線速度必須更大才能掃過相同的面積；而在距離地心較遠的遠地點，線速度則最小。6.中國探月工程“嫦娥”系列任務中，首次實現月球背面軟著陸與巡視探測的是？A.嫦娥三號B.嫦娥四號C.嫦娥五號D.嫦娥六號答案：B解析：嫦娥四號探測器于2019年1月3日成功著陸在月球背面的南極-艾特肯盆地內的馮·卡門撞擊坑，并通過“鵲橋”中繼星實現了與地球的通信，釋放了“玉兔二號”巡視器，這是人類歷史上首次實現月球背面軟著陸與巡視探測。7.國際空間站上，用于產生人造重力環境的實驗艙段主要通過什么原理模擬重力？A.持續加速B.旋轉產生離心力C.強磁場吸引D.內部填充高密度氣體答案：B解析：在微重力環境中，模擬重力的常用理論方法是利用旋轉產生的離心力。當艙段繞中心軸旋轉時，艙內物體受到的離心力方向背離旋轉中心，如果旋轉速度適當，這個離心力可以模擬出類似重力的效果。不過國際空間站主體并未采用此設計，但相關概念是未來大型空間站和星際飛船的重要研究方向。8.下列哪種現象是航天器再入大氣層時，與空氣劇烈摩擦壓縮產生的？A.黑障現象B.多普勒效應C.引力彈弓效應D.太陽風干擾答案：A解析：黑障現象發生在航天器再入大氣層階段。當航天器以極高速度進入大氣層時，其前部空氣被劇烈壓縮和電離，形成一層高溫等離子體鞘套。這層等離子體能夠吸收和反射無線電波，導致航天器與地面控制中心之間的通信暫時中斷，直至速度降低、高度下降后才會恢復。二、多項選擇題1.下列屬于中國“北斗”衛星導航系統空間段組成部分的衛星類型有？A.地球靜止軌道（GEO）衛星B.傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星C.中圓地球軌道（MEO）衛星D.低地球軌道（LEO）衛星答案：ABC解析：北斗衛星導航系統的空間段采用混合星座設計，包括地球靜止軌道（GEO）衛星、傾斜地球同步軌道（IGSO）衛星和中圓地球軌道（MEO）衛星。這種混合星座結構是北斗系統的特色，能夠提供更優的亞太區域覆蓋和導航增強服務。低地球軌道衛星主要用于遙感、通信星座等，并非北斗導航星座的標準組成部分。2.航天員在長期太空飛行中可能面臨的主要健康挑戰包括？A.肌肉萎縮和骨質流失B.心血管功能失調C.空間適應綜合征（太空病）D.體液頭向轉移和視力變化答案：ABCD解析：在微重力環境下，人體生理系統會發生一系列適應性變化，構成健康風險。主要包括：因缺乏負重導致的肌肉萎縮和骨骼礦物質流失（骨質酥松）；體液向頭部和胸部轉移，可能引起顱內壓升高、視力變化（如視神經鞘水腫）；心血管系統功能減弱，立位耐力下降；以及前庭系統紊亂引發的空間適應綜合征（類似暈車暈船的癥狀）。3.下列關于火星的描述，正確的有？A.表面有稀薄的大氣，主要成分是二氧化碳B.擁有太陽系最高的火山——奧林帕斯山C.自轉周期與地球非常接近D.已確認存在流動的液態水海洋答案：ABC解析：A正確，火星大氣稀薄，氣壓不足地球的1%，主要成分是二氧化碳（約95%）。B正確，奧林帕斯山是太陽系已知最大的火山，高度約22公里。C正確，火星的自轉周期約為24小時37分，與地球日非常接近。D錯誤，目前探測證實火星兩極存在水冰，地下存在液態鹵水湖的可能性，但并未確認存在像地球一樣的流動的液態水海洋。歷史上有過液態水，但現在表面條件不支持其穩定存在。4.下列任務中，屬于中國首次火星探測任務“天問一號”所包含的探測器的有？A.環繞器B.著陸器C.巡視器（火星車）D.返回器答案：ABC解析：“天問一號”任務一次實現了“繞、著、巡”三大目標。其探測器組合體包括：一個環繞器（在軌進行全球遙感探測），一個著陸器（負責進入火星大氣、下降并軟著陸），以及一臺名為“祝融號”的巡視器（火星車）。返回器是用于將樣本從地外天體帶回地球的裝置，如嫦娥五號的返回器，天問一號任務不涉及樣本返回。5.可用于深空探測的航天器推進技術有？A.化學推進B.電推進（離子推進、霍爾推進等）C.核熱推進D.太陽帆推進答案：ABCD解析：深空探測任務根據任務需求和技術成熟度，可采用多種推進技術。化學推進推力大，常用于發射和軌道機動；電推進（如離子推進器）比沖極高，能極大節省推進劑，適合長期軌道維持和星際轉移；核熱推進利用核反應堆加熱工質，理論上比沖高于化學推進，推力大于電推進，是未來載人深空探測的候選技術；太陽帆推進利用太陽光壓產生持續推力，無需消耗推進劑，適合長期微推力任務。三、填空題1.中國載人航天工程“三步走”發展戰略的第三步是建造______，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題。答案：空間站解析：中國載人航天工程于1992年確立“三步走”戰略：第一步，發射載人飛船，建成初步配套的試驗性載人飛船工程，開展空間應用實驗（已由神舟一至六號實現）；第二步，突破航天員出艙活動技術、空間飛行器的交會對接技術，發射空間實驗室，解決有一定規模的、短期有人照料的空間應用問題（已由天宮一號、二號，以及神舟七號等任務實現）；第三步，建造空間站，解決有較大規模的、長期有人照料的空間應用問題（目前中國空間站“天宮”已全面建成）。2.在軌道力學中，航天器脫離地球引力束縛所需的最小速度稱為______速度，其數值約為______千米/秒（取地球表面為參考）。答案：第二宇宙（或逃逸）11.2解析：第二宇宙速度，又稱逃逸速度，是指物體完全擺脫地球引力束縛，飛向無窮遠處所需的最小發射速度。其理論值計算公式為=，其中G為萬有引力常數，M為地球質量，R為地球半徑。在地球表面，該數值約為11.2千米/秒。3.中國用于發射載人飛船的火箭是______系列運載火箭，因其高可靠性和安全性被譽為“______”。答案：長征二號F“神箭”解析：長征二號F運載火箭是我國第一種專門用于載人發射的火箭，自神舟五號首次載人飛行以來，成功將多艘神舟飛船和航天員送入太空，保持了100%的發射成功率，以其卓越的可靠性和安全性被公眾譽為“神箭”。4.航天器熱控系統中，用于在太空中散發熱量的關鍵部件是表面覆蓋有特殊涂層的______。答案：輻射器（或散熱板）解析：太空是真空環境，熱量無法通過對流和傳導散失，只能通過熱輻射方式散發。航天器上的輻射器（通常為平板或翼狀結構）表面涂有高發射率、低吸收率的特殊熱控涂層，能夠高效地將設備產生的廢熱以紅外輻射的形式散發到寒冷的宇宙深空中，從而維持航天器內部溫度平衡。5.通過測量來自遙遠恒星的光線經過太陽邊緣時發生的微小偏折，從而驗證廣義相對論預言的天文觀測，通常需要利用______機會進行。答案：日全食解析：根據廣義相對論，大質量天體（如太陽）會彎曲其周圍的時空，導致經過其附近的光線發生偏折。要觀測太陽對星光的偏折，必須讓太陽遮擋住自身強光，使背景恒星可見。日全食期間，月球完全遮擋太陽光球層，是進行此類觀測的絕佳時機。1919年愛丁頓領導的日全食觀測隊首次成功驗證了愛因斯坦的預言。四、判斷題1.國際空間站運行在距離地面約400公里的近地軌道上，其內部的航天員處于完全失重狀態，是因為那里地球引力幾乎為零。答案：錯誤解析：國際空間站所在高度（約400公里）的地球引力大約仍為地面引力的90%。航天員感受到的“失重”狀態（更準確說是微重力），是由于空間站及其內部物體都在地球引力的作用下做自由落體運動（環繞地球運動本質上是持續的自由落體），從而產生了失重的視覺效果和生理感受，而非引力消失。2.“嫦娥五號”任務實現了中國首次地外天體采樣返回，采集的樣本來自月球正面風暴洋區域的呂姆克山附近。答案：正確解析：嫦娥五號探測器于2020年12月1日著陸在月球正面風暴洋北部的呂姆克山附近，通過鉆取和表取兩種方式共采集了約1731克月球樣品，并于12月17日成功返回內蒙古四子王旗著陸場。這是中國首次實現地外天體采樣返回，也是人類44年來再次帶回月球樣本。3.所有圍繞地球運行的衛星，其軌道平面都必須經過地球中心。答案：正確解析：在僅考慮地球中心引力的理想二體問題中，根據開普勒第一定律和牛頓力學，任何繞地球運行的天體（如人造衛星），其軌道都是一個以地球質心為焦點的圓錐曲線（橢圓、圓、拋物線或雙曲線）。因此，軌道平面必然穿過地球的質心。4.太陽系八大行星中，只有水星和金星沒有天然的衛星。答案：正確解析：太陽系八大行星的天然衛星情況如下：水星0顆，金星0顆，地球1顆（月球），火星2顆（火衛一、火衛二），木星至少92顆，土星至少83顆，天王星至少27顆，海王星至少14顆（截至當前主流認知）。因此，確實只有水星和金星沒有已知的天然衛星。5.航天器的“交會對接”是指兩個航天器在空間軌道上會合并連接成一個整體的技術，其中“交會”過程主要依賴地面測控，“對接”過程則完全由航天器自主完成。答案：錯誤解析：交會對接是一個復雜的過程。早期的交會過程高度依賴地面測控的精確引導和計算。隨著技術進步，現代航天器（如中國的神舟飛船、天舟貨運飛船）的“交會”階段可以實現自主導航、制導與控制，減少對地面的依賴。“對接”階段則通常由航天器（如飛船）主動向目標飛行器（如空間站）靠近，并最終通過對接機構實現剛性連接，這一過程也高度自動化，但全程都受到地面監控和支持。五、簡答題1.簡述航天器上的“姿軌控系統”的主要功能。答案：姿軌控系統是航天器上負責姿態與軌道控制的子系統的總稱，其主要功能分為兩部分：姿態控制：確定并控制航天器在空間中的指向。包括穩定航天器本體，使其特定軸（如對地觀測衛星的對地軸、通信衛星的天線指向）對準目標方向；以及根據任務需要控制航天器進行姿態機動（如轉動太陽能電池板對準太陽，轉動載荷對準觀測目標）。軌道控制：控制航天器質心的運動軌跡。包括軌道建立（從入軌點進入目標軌道）、軌道維持（克服攝動力影響，保持軌道參數）、軌道機動（改變軌道高度、傾角、相位等）以及返回再入或著陸控制（對于返回式航天器）。該系統通常由測量部件（如陀螺、星敏感器、地球敏感器）、控制計算機和執行機構（如推力器、動量輪、控制力矩陀螺）等組成。2.請說明為什么在月球上看到的天空是黑色的，而在地球上白天看到的天空是藍色的？答案：這一現象主要源于大氣對太陽光的散射作用不同。地球：地球擁有濃厚的大氣層。太陽光進入大氣層時，波長較短的藍光、紫光比波長較長的紅光、黃光更容易被空氣中的分子（主要是氮氣和氧氣）和微小塵埃散射向四面八方，這種現象稱為瑞利散射。被散射的藍光充斥整個天空，使得我們從各個方向都能看到藍色光，因此白天天空呈現藍色。而直視太陽時，由于部分藍光被散射掉，太陽看起來偏黃。月球：月球沒有大氣層，處于近乎真空的狀態。太陽光在月球表面無法被散射，光線沿直線傳播。我們只有直視太陽時才能看到強烈的太陽光，而太陽光未直接照射的月球天空區域，沒有散射光進入眼睛，因此看起來是一片漆黑，星辰在“白天”也清晰可見。3.什么是“引力彈弓效應”？它在深空探測中有何應用？答案：引力彈弓效應，又稱重力助推或搖擺效應，是一種利用天體（通常是行星）的引力場來改變探測器速度和方向的技術。原理：探測器以特定角度飛臨行星，在行星引力作用下，其運動軌跡發生彎曲。在行星的參考系中，探測器的速度大小不變，只改變方向。但在太陽參考系中，由于行星本身也在繞太陽公轉，探測器在離開行星時，其相對于太陽的速度大小和方向都發生了改變。通過精心設計飛越軌道，探測器可以從行星的公轉運動中“借”得一部分動量，從而顯著增加或減少自身相對于太陽的速度，而無需消耗自身寶貴的推進劑。應用：引力彈弓效應廣泛應用于深空探測任務，以節省燃料、縮短航行時間或抵達原本難以到達的目標。例如：旅行者號探測器利用多次行星引力助推飛向太陽系外；卡西尼號探測器借助金星、地球和木星的引力加速飛往土星；嫦娥二號在完成月球探測后，利用自身剩余燃料飛往日地拉格朗日L2點，并最終飛越圖塔蒂斯小行星。六、計算與論述題1.已知地球平均半徑R≈6371k（1）貼近地球表面做勻速圓周運動的人造衛星的線速度（即第一宇宙速度）。（2）該衛星的運行周期T。答案與解析：（1）對于貼近地球表面飛行的衛星，其向心力由萬有引力提供，忽略空氣阻力。設地球質量為M，衛星質量為m，有：G其中G為萬有引力常數。又由地球表面物體重力近似等于萬有引力：mg=G代入上式：=因此，=代入數值計算，注意單位統一：R=6.371×=所以，第一宇宙速度約為7.9k（2）衛星運行周期T為繞地球一周的時間。線速度=。所以，T代入數值：T換算為分鐘：T≈所以，貼近地面飛行的衛星周期約為84.5分鐘。2.請論述中國空間站建設與運營的重大意義。答案：中國空間站的全面建造與長期運營，是中國航天事業發展的里程碑，具有多方面的重大戰略意義和現實意義：科技意義：空間站是國家級的太空實驗室，提供了長期、穩定、獨特的微重力環境和空間暴露環境。在此平臺上，可以開展涵蓋空間生命科學與生物技術、微重力流體物理與燃燒科學、空間材料科學、空間天文與地球科學、空間新技術與應用等多個前沿領域的科學實驗和技術試驗。這些研究有望取得基礎科學的重大突破，并催生新材料、新藥物、新技術，服務國計民生。