化學(xué)與航天強(qiáng)國(guó)整合能力測(cè)評(píng)試題一、單項(xiàng)選擇題（每題3分，共30分）運(yùn)載火箭推進(jìn)劑的選擇需綜合考慮能量密度、穩(wěn)定性和環(huán)保性，下列組合中既屬于高能推進(jìn)劑又能在常溫下穩(wěn)定儲(chǔ)存的是（）A.液氫-液氧B.偏二甲肼-四氧化二氮C.煤油-液氧D.肼類(lèi)化合物-過(guò)氧化氫航天器熱控系統(tǒng)中常用的相變儲(chǔ)能材料需具備高潛熱和適宜的相變溫度，下列物質(zhì)中最適合用于維持艙內(nèi)溫度在20-30℃的是（）A.硝酸鋰（相變溫度29℃，潛熱280J/g）B.水合硫酸鈉（相變溫度32℃，潛熱254J/g）C.石蠟（相變溫度58℃，潛熱200J/g）D.熔融鹽（相變溫度150℃，潛熱100J/g）空間站艙外宇航服的防護(hù)材料需同時(shí)滿足耐輻射、抗磨損和柔韌性要求，下列材料體系中最符合該需求的是（）A.聚四氟乙烯涂層+芳綸纖維基層B.鋁合金薄板+玻璃纖維夾層C.鈦合金網(wǎng)格+硅膠密封層D.石墨烯薄膜+碳纖維編織層衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)中使用的肼分解催化劑需具備高活性和長(zhǎng)壽命，目前航天領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的催化劑主要成分為（）A.鉑（Pt）負(fù)載型催化劑B.銠（Rh）-銥（Ir）合金催化劑C.二氧化錳（MnO?）納米顆粒D.氧化鐵（Fe?O?）-氧化鋁（Al?O?）復(fù)合材料深空探測(cè)任務(wù)中，同位素溫差發(fā)電器（RTG）的核心燃料是钚-238，其通過(guò)α衰變釋放能量，該過(guò)程的核反應(yīng)方程式正確的是（）A.23???Pu→23???U+??HeB.23???Pu→23???Am+???eC.23???Pu+1?n→23???Pu+γD.23???Pu→23???Np+1?H航天器材料的空間環(huán)境效應(yīng)包括原子氧侵蝕、紫外輻照老化等，下列現(xiàn)象中屬于原子氧與材料發(fā)生化學(xué)作用的是（）A.碳纖維復(fù)合材料表面出現(xiàn)裂紋B.聚酰亞胺薄膜質(zhì)量損失率達(dá)0.1mg/cm2/年C.鋁合金構(gòu)件發(fā)生電化學(xué)腐蝕D.石英玻璃透光率下降30%月球基地原位資源利用（ISRU）技術(shù)中，從月壤提取氧氣的主要化學(xué)反應(yīng)原理是（）A.鈦鐵礦（FeTiO?）的碳熱還原B.月壤中金屬氧化物的電解熔融C.水冰的催化分解D.硅酸鹽礦物的酸溶浸出航天器推進(jìn)系統(tǒng)中，離子推進(jìn)器通過(guò)電離工質(zhì)產(chǎn)生高速等離子體噴射獲得推力，目前主流的工質(zhì)選擇是（）A.氙氣（Xe）B.氬氣（Ar）C.氫氣（H?）D.氪氣（Kr）微重力環(huán)境下的晶體生長(zhǎng)可顯著提高材料純度，我國(guó)“天宮”空間站開(kāi)展的蛋白質(zhì)結(jié)晶實(shí)驗(yàn)主要利用的技術(shù)是（）A.溶液降溫結(jié)晶法B.氣相擴(kuò)散結(jié)晶法C.熔融結(jié)晶法D.升華結(jié)晶法火星大氣主要成分為CO?（95.3%），未來(lái)載人火星任務(wù)中，利用火星大氣制備燃料的關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)是（）A.CO?+4H?→CH?+2H?O（薩巴蒂爾反應(yīng)）B.2CO?→2CO+O?（電解反應(yīng)）C.CO?+H?O→H?CO?（碳酸化反應(yīng)）D.CO?+C→2CO（高溫歧化反應(yīng)）二、填空題（每空2分，共40分）嫦娥五號(hào)返回艙采用的“燒蝕防熱”技術(shù)中，酚醛樹(shù)脂基復(fù)合材料在高溫下發(fā)生_______反應(yīng)，通過(guò)_______和_______兩種機(jī)制實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)。航天器用鎳氫電池的電極反應(yīng)式為：正極_______，負(fù)極_______，該電池相比鋰離子電池的突出優(yōu)勢(shì)是_______。空間輻射會(huì)導(dǎo)致高分子材料發(fā)生_______和_______兩種主要化學(xué)變化，NASA采用的抗輻射添加劑主要成分為_(kāi)______。衛(wèi)星太陽(yáng)翼的聚酰亞胺基板需進(jìn)行表面改性以提高耐候性，常用的表面處理技術(shù)包括_______和_______，處理后的表面接觸角可從75°降至_______。深空探測(cè)中用于分析行星大氣成分的質(zhì)譜儀，其離子源通常采用_______技術(shù)，質(zhì)量分析器類(lèi)型為_(kāi)______，檢測(cè)限可達(dá)_______量級(jí)。三、簡(jiǎn)答題（每題15分，共30分）分析化學(xué)在航天器故障診斷中的應(yīng)用：（1）簡(jiǎn)述利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)檢測(cè)推進(jìn)系統(tǒng)泄漏氣體的工作原理；（2）說(shuō)明如何通過(guò)分析冷卻回路工質(zhì)的離子色譜數(shù)據(jù)判斷熱交換器是否發(fā)生腐蝕；（3）舉例說(shuō)明X射線光電子能譜（XPS）在航天器材料表面污染分析中的典型應(yīng)用?；瘜W(xué)電源技術(shù)在載人航天中的發(fā)展趨勢(shì)：（1）對(duì)比鋰離子電池、燃料電池和核電池在空間站供電系統(tǒng)中的適用性；（2）分析固態(tài)電解質(zhì)取代液態(tài)電解質(zhì)對(duì)航天器電池安全性的提升作用；（3）提出一種基于月球原位資源（如鈦鐵礦、水冰）制備可充電電池的技術(shù)方案。四、綜合應(yīng)用題（40分）載人火星探測(cè)任務(wù)中的生命支持系統(tǒng)設(shè)計(jì)：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)基于“物理-化學(xué)再生”的閉環(huán)生命支持系統(tǒng)，要求包含CO?去除、O?再生和水循環(huán)三個(gè)核心模塊，畫(huà)出系統(tǒng)流程圖并標(biāo)注關(guān)鍵化學(xué)反應(yīng)方程式（10分）；（2）計(jì)算該系統(tǒng)處理1名航天員每日產(chǎn)生的1.0kgCO?所需的LiOH吸收劑理論用量（需寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程，Li原子量7，O原子量16，H原子量1）（5分）；（3）評(píng)估該系統(tǒng)在火星重力（0.38g）條件下可能面臨的化學(xué)工程挑戰(zhàn)，提出至少3項(xiàng)優(yōu)化措施（10分）；（4）對(duì)比分析該系統(tǒng)與生物再生生命支持系統(tǒng)在長(zhǎng)期駐留任務(wù)中的成本效益比（15分）。五、材料分析題（40分）新型航天材料研發(fā)案例分析：（1）某團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種用于可重復(fù)使用火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的陶瓷基復(fù)合材料（CMC），其組成為SiC纖維增強(qiáng)Si?N?基體，分析該材料在1600℃高溫富氧環(huán)境下的可能失效機(jī)制（10分）；（2）通過(guò)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)測(cè)得該CMC材料的彎曲強(qiáng)度為450MPa，彈性模量為300GPa，斷裂韌性KIC為7.5MPa·m1/2，根據(jù)這些數(shù)據(jù)評(píng)估其作為發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室襯里的可行性（10分）；（3）設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，驗(yàn)證該材料在100次熱循環(huán)（-196℃至1600℃）后的力學(xué)性能變化，要求包含測(cè)試參數(shù)、樣本數(shù)量和數(shù)據(jù)分析方法（15分）；（4）提出一種基于該CMC材料的發(fā)動(dòng)機(jī)熱防護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案，需考慮材料熱導(dǎo)率（30W/m·K）和熱膨脹系數(shù)（4.5×10??/℃）的影響（5分）。六、論述題（20分）化學(xué)創(chuàng)新對(duì)航天技術(shù)突破的推動(dòng)作用：以“推進(jìn)劑化學(xué)-材料化學(xué)-分析化學(xué)”為邏輯主線，論述近十年化學(xué)領(lǐng)域的重大發(fā)現(xiàn)如何促進(jìn)航天工程的技術(shù)革新，每個(gè)領(lǐng)域至少列舉2項(xiàng)具體案例，并分析未來(lái)5年可能出現(xiàn)的顛覆性化學(xué)技術(shù)對(duì)深空探測(cè)任務(wù)的