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跨学科实践四 研究航天服
浩瀚太空是人类永恒的探索梦想，但真空、强辐射、极端温差时刻威胁着航天员的安全。而航天服，正是航天员遨游太空的“全能生命铠甲”。它藏着哪些物理、生物、化学、材料学的奥秘？快来参与这场跨学科实践，解码航天服的科技内核吧！
任务一 调研航天服的发展与我国取得的成就
通过查阅权威资料、观看航天纪录片、采访科普工作者等方式，梳理航天服的核心需求与我国的技术突破，填写表格。
| 调查项目 | 具体内容(列举2～3项即可) |
| ---- | ---- |
| 太空环境对航天员的主要威胁 | |
| 航天服须具备的核心生命保障功能 图1 | |
| 我国航天服发展的里程碑事件(如神舟、天宫系列配套航天服) | |
| 我国航天服技术的独特优势 | |
任务二 拆解航天服的“生命保障系统”
请结合调研结果，分析航天服各组成部分的作用及运用原理，填写表格。
| 航天服组成部分 | 结构特点 | 应对的太空挑战 | 运用的科学原理 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 头盔(含面窗) | | | |
| 躯干服 | | 图2 | |
| 生命保障背包 | | | |
| 手套与靴子 | | | |
任务三 跨学科挑战
根据上述调研信息汇总，请你设计一款“火星探险服”，需说明材料选择、供氧方案及防护功能。
设计图(简图)：
设计方案：。
模拟测试：。
实践寄语
一件航天服，是生命的铠甲，是科学的结晶，更是人类奔赴星辰大海的勇气象征。愿这次实践，能在你心里种下一颗航天的种子，未来某天，长成照亮天际的星光！
浩瀚太空是人类永恒的探索梦想，但真空、强辐射、极端温差时刻威胁着航天员的安全。而航天服，正是航天员遨游太空的“全能生命铠甲”。它藏着哪些物理、生物、化学、材料学的奥秘？快来参与这场跨学科实践，解码航天服的科技内核吧！
任务一 调研航天服的发展与我国取得的成就
通过查阅权威资料、观看航天纪录片、采访科普工作者等方式，梳理航天服的核心需求与我国的技术突破，填写表格。
| 调查项目 | 具体内容(列举2～3项即可) |
| ---- | ---- |
| 太空环境对航天员的主要威胁 | |
| 航天服须具备的核心生命保障功能 图1 | |
| 我国航天服发展的里程碑事件(如神舟、天宫系列配套航天服) | |
| 我国航天服技术的独特优势 | |
任务二 拆解航天服的“生命保障系统”
请结合调研结果，分析航天服各组成部分的作用及运用原理，填写表格。
| 航天服组成部分 | 结构特点 | 应对的太空挑战 | 运用的科学原理 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 头盔(含面窗) | | | |
| 躯干服 | | 图2 | |
| 生命保障背包 | | | |
| 手套与靴子 | | | |
任务三 跨学科挑战
根据上述调研信息汇总，请你设计一款“火星探险服”，需说明材料选择、供氧方案及防护功能。
设计图(简图)：
设计方案：。
模拟测试：。
实践寄语
一件航天服，是生命的铠甲，是科学的结晶，更是人类奔赴星辰大海的勇气象征。愿这次实践，能在你心里种下一颗航天的种子，未来某天，长成照亮天际的星光！
答案
解：
任务一：
| 调查项目 | 具体内容 |
| ---- | ---- |
| 太空环境对航天员的主要威胁 | 真空（无气压）、强宇宙辐射、极端温差、微流星体撞击 |
| 航天服须具备的核心生命保障功能 | 维持适宜气压、提供氧气、调节温度、阻挡辐射、防护微流星 |
| 我国航天服发展的里程碑事件 | 2008年神舟七号“飞天”舱外航天服首次出舱；天宫系列配套舱外航天服完成多次出舱任务；空间站舱内服保障航天员长期驻留 |
| 我国航天服技术的独特优势 | 自主研发核心技术，轻量化设计，生命保障系统集成度高，防护性能优异 |
任务二：
| 航天服组成部分 | 结构特点 | 应对的太空挑战 | 运用的科学原理 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 头盔(含面窗) | 多层复合透明材料（含防雾、防辐射、抗冲击层） | 强辐射、微流星撞击、真空低压 | 多层材料阻挡辐射，抗冲击层防护微流星，维持内部气压，透明材料保证视野 |
| 躯干服 | 多层结构（气密层、隔热层、防护外层） | 极端温差、真空低压、微流星 | 气密层维持内部气压，隔热层减少热量交换调节温度，防护外层阻挡微流星 |
| 生命保障背包 | 集成供氧、温控、压力调节模块 | 缺氧、温度失衡、压力异常 | 提供氧气，通过热传递调节温度，维持适宜气压 |
| 手套与靴子 | 关节处灵活设计，外层耐磨隔热 | 操作受限、极端温差、微流星 | 灵活材料保证关节活动，耐磨隔热层防护，外层防微流星 |
任务三：
设计方案：材料选用高强度复合纤维（含防辐射层、隔热层）；供氧采用再生式氧源（利用二氧化碳再生氧气）；防护功能：阻挡宇宙辐射、维持适宜气压、调节温度、防护微流星撞击。
模拟测试：真空环境压力维持测试、高低温环境材料性能测试、辐射环境防护效果测试。
任务一：
| 调查项目 | 具体内容 |
| ---- | ---- |
| 太空环境对航天员的主要威胁 | 真空（无气压）、强宇宙辐射、极端温差、微流星体撞击 |
| 航天服须具备的核心生命保障功能 | 维持适宜气压、提供氧气、调节温度、阻挡辐射、防护微流星 |
| 我国航天服发展的里程碑事件 | 2008年神舟七号“飞天”舱外航天服首次出舱；天宫系列配套舱外航天服完成多次出舱任务；空间站舱内服保障航天员长期驻留 |
| 我国航天服技术的独特优势 | 自主研发核心技术，轻量化设计，生命保障系统集成度高，防护性能优异 |
任务二：
| 航天服组成部分 | 结构特点 | 应对的太空挑战 | 运用的科学原理 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 头盔(含面窗) | 多层复合透明材料（含防雾、防辐射、抗冲击层） | 强辐射、微流星撞击、真空低压 | 多层材料阻挡辐射，抗冲击层防护微流星，维持内部气压，透明材料保证视野 |
| 躯干服 | 多层结构（气密层、隔热层、防护外层） | 极端温差、真空低压、微流星 | 气密层维持内部气压，隔热层减少热量交换调节温度，防护外层阻挡微流星 |
| 生命保障背包 | 集成供氧、温控、压力调节模块 | 缺氧、温度失衡、压力异常 | 提供氧气，通过热传递调节温度，维持适宜气压 |
| 手套与靴子 | 关节处灵活设计，外层耐磨隔热 | 操作受限、极端温差、微流星 | 灵活材料保证关节活动，耐磨隔热层防护，外层防微流星 |
任务三：
设计方案：材料选用高强度复合纤维（含防辐射层、隔热层）；供氧采用再生式氧源（利用二氧化碳再生氧气）；防护功能：阻挡宇宙辐射、维持适宜气压、调节温度、防护微流星撞击。
模拟测试：真空环境压力维持测试、高低温环境材料性能测试、辐射环境防护效果测试。
解析
【分析】
本题为跨学科实践题，围绕航天服展开，分为三个任务。解题思路为：首先明确太空环境对航天员的威胁，以此推导航天服需具备的核心生命保障功能；接着梳理我国航天服的发展里程碑与技术优势；再拆解航天服各组成部分的结构特点、应对的太空挑战及背后的科学原理；最后结合火星环境的特殊要求，整合多学科知识设计火星探险服，完成调研、拆解与设计类任务。
【解析】
任务一：①太空环境威胁：从太空真空、强辐射、极端温差、微流星撞击等特点列举；②航天服核心功能：对应威胁，整理出维持适宜气压、提供氧气、调节温度、阻挡辐射、防护微流星等；③我国里程碑：结合神舟七号“飞天”舱外服、天宫系列配套服、空间站舱内服等；④技术优势：从自主研发、轻量化、集成度、防护性等方面总结。
任务二：各组件对应关系：头盔用多层复合透明材料，应对辐射、微流星、低压，原理为多层防护、抗冲击、保气压；躯干服为多层结构，应对温差、低压、微流星，原理为气密层保压、隔热层调温、外层防微流星；生命背包集成供氧、温控等模块，应对缺氧、温度失衡等，原理为提供氧气、热传递调温、稳压；手套靴子关节灵活、外层耐磨，应对操作受限、温差等，原理为灵活材料保活动、耐磨隔热防护。
任务三：设计方案结合火星低气压、强辐射、大温差特点，选高强度复合纤维（防辐射隔热），供氧用再生式氧源（利用CO₂制氧），防护功能覆盖气压、温度、辐射、微流星；模拟测试对应真空、高低温、辐射环境的性能测试。
【答案】
任务一：
| 调查项目 | 具体内容 |
| ---- | ---- |
| 太空环境对航天员的主要威胁 | 真空（无气压）、强宇宙辐射、极端温差、微流星体撞击 |
| 航天服须具备的核心生命保障功能 | 维持适宜气压、提供氧气、调节温度、阻挡辐射、防护微流星 |
| 我国航天服发展的里程碑事件 | 2008年神舟七号“飞天”舱外航天服首次出舱；天宫系列配套舱外航天服完成多次出舱任务；空间站舱内服保障航天员长期驻留 |
| 我国航天服技术的独特优势 | 自主研发核心技术，轻量化设计，生命保障系统集成度高，防护性能优异 |
任务二：
| 航天服组成部分 | 结构特点 | 应对的太空挑战 | 运用的科学原理 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 头盔(含面窗) | 多层复合透明材料（含防雾、防辐射、抗冲击层） | 强辐射、微流星撞击、真空低压 | 多层材料阻挡辐射，抗冲击层防护微流星，维持内部气压，透明材料保证视野 |
| 躯干服 | 多层结构（气密层、隔热层、防护外层） | 极端温差、真空低压、微流星 | 气密层维持内部气压，隔热层减少热量交换调节温度，防护外层阻挡微流星 |
| 生命保障背包 | 集成供氧、温控、压力调节模块 | 缺氧、温度失衡、压力异常 | 提供氧气，通过热传递调节温度，维持适宜气压 |
| 手套与靴子 | 关节处灵活设计，外层耐磨隔热 | 操作受限、极端温差、微流星 | 灵活材料保证关节活动，耐磨隔热层防护，外层防微流星 |
任务三：
设计方案：材料选用高强度复合纤维（含防辐射层、隔热层）；供氧采用再生式氧源（利用二氧化碳再生氧气）；防护功能：阻挡宇宙辐射、维持适宜气压、调节温度、防护微流星撞击。
模拟测试：真空环境压力维持测试、高低温环境材料性能测试、辐射环境防护效果测试。
【知识点】
航天环境防护、航天服结构功能、材料应用原理
【点评】
本题以航天服为载体，融合多学科知识，既考察学生对航天科技的了解，又锻炼调研、知识整合与创新设计能力，结合我国航天成就，激发学生科学探索兴趣，体现跨学科实践的育人价值。
【难度系数】
0.4
本题为跨学科实践题，围绕航天服展开，分为三个任务。解题思路为：首先明确太空环境对航天员的威胁，以此推导航天服需具备的核心生命保障功能；接着梳理我国航天服的发展里程碑与技术优势；再拆解航天服各组成部分的结构特点、应对的太空挑战及背后的科学原理；最后结合火星环境的特殊要求，整合多学科知识设计火星探险服，完成调研、拆解与设计类任务。
【解析】
任务一：①太空环境威胁：从太空真空、强辐射、极端温差、微流星撞击等特点列举；②航天服核心功能：对应威胁，整理出维持适宜气压、提供氧气、调节温度、阻挡辐射、防护微流星等；③我国里程碑：结合神舟七号“飞天”舱外服、天宫系列配套服、空间站舱内服等；④技术优势：从自主研发、轻量化、集成度、防护性等方面总结。
任务二：各组件对应关系：头盔用多层复合透明材料，应对辐射、微流星、低压，原理为多层防护、抗冲击、保气压；躯干服为多层结构，应对温差、低压、微流星，原理为气密层保压、隔热层调温、外层防微流星；生命背包集成供氧、温控等模块，应对缺氧、温度失衡等，原理为提供氧气、热传递调温、稳压；手套靴子关节灵活、外层耐磨，应对操作受限、温差等，原理为灵活材料保活动、耐磨隔热防护。
任务三：设计方案结合火星低气压、强辐射、大温差特点，选高强度复合纤维（防辐射隔热），供氧用再生式氧源（利用CO₂制氧），防护功能覆盖气压、温度、辐射、微流星；模拟测试对应真空、高低温、辐射环境的性能测试。
【答案】
任务一：
| 调查项目 | 具体内容 |
| ---- | ---- |
| 太空环境对航天员的主要威胁 | 真空（无气压）、强宇宙辐射、极端温差、微流星体撞击 |
| 航天服须具备的核心生命保障功能 | 维持适宜气压、提供氧气、调节温度、阻挡辐射、防护微流星 |
| 我国航天服发展的里程碑事件 | 2008年神舟七号“飞天”舱外航天服首次出舱；天宫系列配套舱外航天服完成多次出舱任务；空间站舱内服保障航天员长期驻留 |
| 我国航天服技术的独特优势 | 自主研发核心技术，轻量化设计，生命保障系统集成度高，防护性能优异 |
任务二：
| 航天服组成部分 | 结构特点 | 应对的太空挑战 | 运用的科学原理 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 头盔(含面窗) | 多层复合透明材料（含防雾、防辐射、抗冲击层） | 强辐射、微流星撞击、真空低压 | 多层材料阻挡辐射，抗冲击层防护微流星，维持内部气压，透明材料保证视野 |
| 躯干服 | 多层结构（气密层、隔热层、防护外层） | 极端温差、真空低压、微流星 | 气密层维持内部气压，隔热层减少热量交换调节温度，防护外层阻挡微流星 |
| 生命保障背包 | 集成供氧、温控、压力调节模块 | 缺氧、温度失衡、压力异常 | 提供氧气，通过热传递调节温度，维持适宜气压 |
| 手套与靴子 | 关节处灵活设计，外层耐磨隔热 | 操作受限、极端温差、微流星 | 灵活材料保证关节活动，耐磨隔热层防护，外层防微流星 |
任务三：
设计方案：材料选用高强度复合纤维（含防辐射层、隔热层）；供氧采用再生式氧源（利用二氧化碳再生氧气）；防护功能：阻挡宇宙辐射、维持适宜气压、调节温度、防护微流星撞击。
模拟测试：真空环境压力维持测试、高低温环境材料性能测试、辐射环境防护效果测试。
【知识点】
航天环境防护、航天服结构功能、材料应用原理
【点评】
本题以航天服为载体，融合多学科知识，既考察学生对航天科技的了解，又锻炼调研、知识整合与创新设计能力，结合我国航天成就，激发学生科学探索兴趣，体现跨学科实践的育人价值。
【难度系数】
0.4
