哈工大空间技术概论口试题目含答案完整版

哈工大空间技术概论口试题目含答案完整版.1.空间环境的分类答：地球空间环境，星际空间环境，行星空间环境2.航天器经历的环境有哪些？答：地面环境、发射环境、轨道环境、再入/着陆环境3.空间环境工程学研究的范围答：1）空间环境对航天器的影响及其机理的研究；2）空间环境地面模拟方法及其模拟技术的研究；3）研究空间环境的利用；4）虚拟试验技术及防护技术的研究；5）航天器空间环境模拟试验方法、试验技术、试验理论的研究；6）研究提供航天员训练的空间环境模拟条件与试验方法4.我国各阶段的空间环境模拟器有哪些？进行过哪些主要的航天器环境试验？答：第一阶段：1956年~1965年，KM1、KM2；东方红1号卫星的环境模拟试验；第二阶段：1966年~1978年，KM3、KM4；返回式卫星、科学实验卫星、气象卫星、通讯卫星整星及太阳翼。第三阶段：1978年~1997年，KM5、KM6；神舟1号~神舟7号飞船。第四阶段：1998年~现在，KM7、重大航天科研设施；国家重大基础科学工程。5.简述什么是真空环境，它的单位及如何划分真空区域？答：（1）指在给定空间内低于一个大气压力的气体状态，也就是该空间内气体分子密度低于该地区一个大气压的分子密度。（2）国际单位用压力单位Pa（帕）表示，高斯单位用压力单位Tor（托）表示；（3）低真空：105～102Pa（0~50Km)中真空：102～10-1Pa（50~90Km)高真空：10-1～10-5Pa（90~330Km)超高真空：＜10-5Pa（330Km以上)6.试解释气体的吸附现象以及材料在真空环境的解吸与出气现象。答：吸附：固体或液体对气体或蒸汽的捕集现象。解吸：被材料吸附的气体或蒸汽的释放现象。释放可以是自然的，也可用物理方法加速。出气：当真空度高于10-2Pa时，气体会不断地从材料表面释放出来。7.试述真空环境效应有哪些？各自对航天器有什么影响？答：（1）压力差效应：会使密封舱变形或损坏，因此增大了贮罐中液体或气体的泄漏，缩短了使用时间；（2）真空放电效应：射频空腔波导管等装置有可能由于微放电而使其性能下降，甚至产生永久性失效。（3）真空出气效应：产生分子污染，降低观察窗和光学镜头的透明度，改变热控涂层的性能，减少太阳能电池的光吸收率，增加电器元件的接触电阻等。（4）材料蒸发升华和分解效应：引起表面粗糙，使航天器表面光学性能变差；引起材料机械性能的变化。可能改变材料表面的适应系数及表面辐射率，显著改变材料的机械性能、蠕变强度和疲劳应力等。（5）粘着和冷焊效应：活动部件、支承、传动、触点部位都可能出现故障。冷焊将加速轴承的磨损，减少其工作寿命，使电机滑环、电涮、继电器和开关触点接触不良，天线或重力梯度杆展不开，太阳电池阵板、散热百叶窗打不开等。（6）真空环境下的热辐射效应：对航天器的温度控制起着重要作用。8.试述冷焊发生的要素，冷焊试验要求的真空度是多少？冷焊发生三要素：高真空、相同金属材料、压力发生在10－７Pa以上的超高真空环境下9.什么是分子污染？它的危害是什么？航天器材料在空间真空环境下出气，通过分子流动和物质迁移而沉积在航天器其他部位上造成的污染，称为分子污染。严重的分子污染会降低观察窗和光学镜头的透明度，改变热控涂层的性能，减少太阳能电池的光吸收率，增加电器元件的接触电阻等。10.什么是真空环境的分子沉效应？在空间模拟室内，真空规面向试件所测得的分子流压力值比面向真空容器壁板所测得的分子流压力值高1~2个数量级。这就是分子沉效应。11.真空环境模拟的方法有哪些？物理模拟是指模拟空间的实际真空环境。效应模拟是指空间真空环境模拟试验与空间真空环境试验的一致性.数值模拟是用数学模型代替实际系统的模拟试验。12.真空容器的常用结构形式有哪些？一般采用何种形式，采用的理由是什么？圆柱、箱形、球、圆锥圆柱：强度、材料消耗、空间利用率、制造性等综合性能好。13.真空容器有效直径与航天器特征尺寸之间的关系式DM：模拟器有效直径，DV：航天器特征尺寸-=112111)(δεVMDD14.真空环境的润滑方式有哪些？润滑材料的种类有哪些？液体润滑：饱和蒸气压较低的润滑油固体润滑：层状晶体结构物质、非层状无机物、金属薄膜、塑料、合成膜、化合膜自润滑：石墨、陶瓷、复合材料15.真空容器的检漏方法有哪些？氦质谱检漏法、静态法、Kr85法、真空规法、气泡法、方向规16.地面磁场强度是多少？随地心距离如何变化？在地面上的平均磁感应强度约为5×10－5T（特斯拉），其强度随地心的距离以r-3向外递减17.航天器受到的磁力矩如何计算？L=M×HL：干扰力矩；M：卫星的磁矩；H：空间磁场强度18.试述空间磁环境对航天器的影响地球磁场对航天器姿态的影响是低轨道航天器特有的环境问题，因为地球磁场的强度大约以r-3向外迅速减弱，低轨道上的磁场强度要比高轨道强得多。航天器由于结构和性能的需要总要使用一些永磁材料和感磁材料，航天器上仪器之间连线中的电流也会产生磁矩，因此航天器总会有一定的剩磁矩。在轨道上航天器的磁矩和空间磁场相互作用会产生干扰力矩（L）。影响航天器的姿态控制。19.减小航天器磁力矩的措施有哪些？1)尽量减少磁性物质，尽量选用无磁材料，晶体管等元器件的引线用无磁材料，缩短有磁性的晶体管引线长度；2)尽量减少敏感仪器，测定其允许的干扰阈值，电池用无磁的银镉电池，不用镉镍电池。3)合理配置磁性物质以减少总磁矩，合理安排强直流电缆的位置，通过布线设计减小回路面积，如导线要成对缠绕或用同轴形式、限制环的数量和面积、避免形成强直流回路、使相邻磁场相互抵消等；4)磁屏蔽，用高磁导率的材料进行多层封闭；5)在发射前进行航天器磁矩的测量，对干扰力矩进行补偿控制，减少磁力矩引起的自旋轴进动。20.空间磁场模拟的方法有哪些？磁屏蔽法和线圈通电流法21.卫星磁试验的目的是什么？测量卫星的磁场与磁矩，验证磁设计效果充退磁试验，检验卫星磁性稳定性测量感磁场，检验抗磁污染能力22.什么是微重力环境，其重力加速度的范围是多大？它是如何产生的？天体的引力被与其方向相反的惯性力大部分抵消后，剩余的微弱重力环境，称为微重力环境，10-3g～10-6g。产生原因为重力和离心力两者抵消。23.简述地面模拟微重力环境的主要方法落管、落塔、高空气球、火箭实验、飞机抛物线飞行模拟微重力环境、地面模拟用的悬浮装置、中性浮力微重力模拟试验。24.简述中性浮力试验方法的优缺点主要优点：①模拟微重力时间（作业）不受限制，可以任意延长。②试验对象在没有任何约束、具有6个自由度的条件下进行试验，这与空间条件十分相似。③允许用原尺寸飞行型结构的整机和部件做试验，保证了模拟试验的真实性。④浮力不改变重心的位置。主要缺点：①在水中运动的物体受阻力影响，阻力又是速度的函数，同样的力加到物体上，在太空和在水中的速度和加速度的响应不同，产生运动轨迹也不同。在有阻尼的水中比没有阻尼的太空做功更易疲劳。②为了获得中性浮力条件需增加压铅块，这样使着装增加30%～40%的质量。③试验员的着装几何形状影响了姿态的稳定性。④服装加压系统对人体新陈代谢有影响。25.如何进行太阳电池阵微重力模拟环境下展开试验？吊挂式展开试验技术26.空间碎片按尺寸分成哪三类？其来源是哪些？1）大碎片(＞10cm)：完整目标，包括废弃的卫星和运载末子级；执行任务中的抛弃物品，如卫星整流罩等；因碰撞、爆炸和解体产生的大碎片；脱落的活动部件，如系绳等2）小碎片(1mm~10cm)：任务相关物体，如爆炸螺栓等；高强度爆炸、碰撞产生的小碎片；温控涂层表面退化脱落的大片漆片；核反应堆泄漏的冷却剂；其他脱落的活动部件，如天线等3）微小碎片(<1mm)：任务相关物体，如爆炸螺栓产生的碎屑；高强度爆炸、碰撞产生的碎屑；固体火箭燃烧产物，如Al2O3颗粒；温控涂层表面退化脱落的微小漆片；碎片碰撞产生的二次碎片云；核反应堆冷却剂泄漏的产物。27.空间碎片对航天器的危害从程度上可分成哪三大类？具体的危害表现形式有哪些？1）灾难性碰撞；2）可恢复性碰撞；3）积累性效应碰撞。表现形式：1对载人航天安全的威胁：造成载人航天器穿孔，会严重威胁航天员的生命安全；空间碎片可以穿透宇航服，将威胁航天员的舱外活动安全。2对航天器重要部件的影响1）对航天器复合材料结构的损害：a.初级损伤模式b.碎片云损伤模式c.污染损伤模式2)对压力容器的损害3）对推进剂贮箱的损害4）对能源系统的损害5）对天线系统的损害3对航天器表面材料性能的影响1）光学器件的影响；2）热控涂层的影响；3）绝热材料的影响；4）太阳电池盖片的影响；5）功能防护膜的影响4对航天器产生的污染影响28.空间碎片对航天器表面材料性能的影响非穿孔处的撞击会造成表面汽化、电离，产生等离子云，使表面材料或部件性能退化。1）光学器件对多次微小碰撞引起的表面退化非常敏感，光线散射程度会急剧增加。碰撞造成的污染粒子，会使仪器光学性能下降。2）多次微小碰撞会引起热控涂层的表面退化，粗糙度增加，热吸收系数变大，导致航天器热控性能下降。3）多层绝热材料受微小碎片多次碰撞，可能造成严重破损，降低隔热性能，甚至形成“冷点”，导致“冷点”附近设备、仪器失效。4）空间微小碎片对太阳电池盖片多次碰撞的“砂蚀”效应，会使盖片透光性能下降，太阳电池阵供电能力逐渐衰减。5）小碎片撞击对空间功能性防护膜的损伤，会导致原子氧在损伤处“潜蚀”，导致防护失败。LDEF镀铝多层绝热毯的底面分析表明，0.6mm大损伤处的“潜蚀”长度是其3倍。0.1mm小损伤处的“潜蚀”长度是其8倍。29.空间碎片的观察方法有哪些？各自有什么特点？1）地基光学望远镜探测：可以观测到低地球轨道上5cm的碎片；2）地基雷达探测：能探测1000km轨道上6cm的碎片；3）天基雷达探测：装载在航天器上，与目标距离较近，有较高分辨率，且不受大气的干扰；4）天基红外和可见光探测：100km距离上可观测直径1mm的物体，1000km距离上可观测到1cm的物体；5）天基直接探测：测量碎片撞击时的压力来探测碎片的大小及分布，可将多个传感器组合成面积很大的探测器，提高探测效率。6）天基样品回收分析：可以得到600km以下的空间碎片通量密度、质量和成分分布；7）天基航天器表面观察：由航天飞机对空间站进行绕飞，通过不同角度对空间站外部表面进行拍照，以期完成对空间站在微流星体及空间碎片环境中受损情况的评估。30.空间碎片减缓的措施有哪些？1）禁止故意毁坏。2）减少飞行任务中的释放物。3）钝化：将空间系统所储存的全部能源释放以减少解体的机会。典型的钝化措施包括排空剩余的推进剂，蓄电池放电和释放容器压力等。4）离轨：利用推进系统或绳系系统有意或强制性的使航天器再入地球大气层烧毁。5）变轨航天器工作寿命结束前将其送入弃星轨道。6）回收或摧毁在轨碎片。31.为什么要进行空间碎片碰撞的数值仿真研究？目前美国、俄罗斯等地面实验设备比较完善的国家能够实现的实验条件仍不能满足空间碎片研究的需要，需要采用数值仿真技术进行补充。数值仿真的优势之一是可以模拟设备无法达到的实验条件。另一个优势是可以方便的改变弹丸、靶材参数，用较短的时间和较少的经费，获得像弹道极限方程这样的规律性的结果。32.简述什么是原子氧环境、产生的原因、主要环境参数。原子氧是指低地球轨道（通常认为200km~700km高度）上以原子态氧存在的残余气体环境。在这个轨道高度上，气体总压力为10-5～10-7Pa，环境组分有N2、O2、Ar（氩）、He、H及O等，相应的粒子密度约为106～109cm-3。33.简述原子氧对航天器表面材料的影响（金属、复合材料、聚合物等）。（1）仅含C、H、O、N、S的有机材料，原子氧反应系数大致相同，在2~4?10-24cm3/AO左右。（2）经过氟化处理的碳基聚合物及硅树脂比有机材料原子氧反应系数低一个数量级甚至更多。（3）复合材料的原子氧反应系数完全与填充材料的性质有关。（4）除银、锇外，其他金属材料的表面致密的氧化膜会保护金属不与原子氧发生氧化反应。银、锇对原子氧很敏感，不能直接在原子氧环境使用。（5）氟化镁、氧化镁在原子氧环境里有很好的稳定性。（6）铜在原子氧环境里形成氧化防护膜，但改变了表面的热学、光学性能。34.简述电阻型原子氧环境探测传感器及空间材料原子氧剥蚀率探测传感器的原理。电阻型原子氧密度探测传感器的原理是：将对原子氧敏感的金属膜淀积到绝缘基底上形成金属电阻膜，金属膜暴露在原子氧环境后，金属膜氧化剥蚀不断变薄，电阻值随之增大，通过电阻值的变化可以算出膜的厚度损失。利用电阻膜选用金属的原子氧反应率即可得出采样周期内原子氧通量的平均值。35.简述原子氧效应防护方法。抗原子氧剥蚀新材料及防原子氧涂层两方面。前者如氟化聚合物、聚硅氧烷-聚酰亚胺等。后者以SiOx为代表，为了有效防止原子氧、紫外、微小碎片综合效应的危害，近年来国外采用有机硅烷膜、多层复合膜等具有对防护膜缺陷自修复能力的防护膜做为低地球轨道环境效应的防护手段。36.简述等离子体的定义与特点等离子体是由带电粒子组成（也可包括部分中性粒子），在电磁力作用下表现出集体行为的一种准中性物质，被称为