太空天梯可能实现的理由

1979年，美国作家亚瑟·克拉克在一本名为《天堂的喷泉》的科幻小说中写道：“根据天体力学的定律，如果某个物体在天空中静止不动，就可以从其上向地面垂放下缆绳，通过这种方式，就能够把地球和宇宙空间联结起来。”

1960年，前苏联科学家阿斯塔诺夫就公开发表了修建太空天梯(又称“宇宙电梯” )的构想。不过，正如克拉克在书中表达的对于登天梯或通天柱的看法那样，“尽管从理论上不能说有什么错误，但实际上却很难找到实现的方法。”那么，修建太空天梯究竟会碰到什么样的实际困难呢?

大家知道，人造卫星在围绕地球进行旋转运动时，会产生离心力。其离心力刚好与地球对卫星的吸引力(万有引力)互相平衡，才会使得卫星作圆周运动并围绕地球进行旋转。如果地球引力过强，人造卫星就会掉落到地面，反之，如果离心力过强，就会使得人造卫星远离地球而去。

根据牛顿的万有引力定律，卫星所受地球(万有)引力的强弱与其到地球 (中心)距离的平方成反比，当卫星在地球引力比较弱的高轨道围绕地球不断旋转时，其离心力也会相应地变小。同时，卫星的速度与离心力成正比，所以卫星的运转速度就变慢了。

实际上，处于地球上空高度约400公里处的国际空间站，围绕地球转一圈，大约只需要90分钟左右。而处于赤道上空高度为35786公里轨道上面运行的气象观测卫星，围绕地球旋转一圈，大约需要24小时左右，因此，它的旋转周期与地球与自转周期相同。这就意味着对于24小时绕地球一周的人造卫星而言，卫星的“正下方”始终会对着地球表面的同一个场所。反之，如果从卫星“正下方”

地面的某处向天空中看去，卫星也好像静止不动，始终处于天顶上面的同样位置。

所以，就将这样处于地球同步轨道运行着的卫星称为“静止卫星” ，并把静止卫星运行的轨道称为“静止轨道”。

如前文所述，静止卫星正是对于某个区域，在天空中静止不动的物体。从这样的地球同步静止卫星上向地面垂放下缆绳，随着缆绳的加长延伸(假如忽略风力等因素的影响)，缆绳的前端就会逐渐到达地面的同步观察点。那么，就可以沿着这些缆绳进行升降，操作往返于地面与卫星之间运送人员和货物了。这正是“太空天梯”天才构想的发端。但只是简单地从静止卫星上施放缆绳，要想达到地面，是远远不够的。由于缆绳本身也有重量，就会使静止卫星的重心产生偏移，从而使其掉落到地面上。

为了防止发生类似现象，必须要沿着地球的相反方向也施放出同样长度的缆绳，以便保持施放卫星的重心位置不会发生改变。为此，在必要时，还需要在施放卫星或轨道站平台的上方缆绳的顶端安装重物，以帮助缆绳系统保持平衡。

太空天梯的操作原理与一般建筑物所使用的普通电梯是完全不同的。普通电梯是通过楼层顶端的滑车卷绕钢缆，使电梯箱体进行升降的，而且在钢缆的两端还安装着一些铁块用于电梯系统的平衡配重。而太空天梯的升降机本身是带有动力的，它会依靠自身的动力沿着缆绳在天空中或上升或下降，在地面站和各级太空轨道站之间往返运输货物和人员。

太空天梯主要组成部件有，处于静止轨道上面的“静止轨道空间站” ，延伸在数公里的天空中，联结着各级轨道空间站的太空缆绳系统，沿着缆绳系统上下来回运行的具有自主动力控制的升降机系统。此外，在地球表面赤道附近的海岛或海洋平台上，还需要建设可以供太空升降机起落装卸货物、上下人员以及维修使用的大型地面基地设施。

(选自 《科学世界》2010年第4期《太空天梯：从科幻到现实》)

1.作为科普文章，开头引述《天堂的喷泉》这部科幻小说的目的是什么? (4分)

2.太空天梯与普通电梯有什么不同?请概括其中最本质的区别并简要说明。 (5分)

3.综观全文，你认为当前建造太空天梯最难又最关键的是哪一步?简要说说

理由。 (6分)

参考答案：

1.(4分)本题考查考生分析作品主要表现手法的能力;能力层级D。

文章开头引述科幻小说的目的是引起读者的阅读兴趣和进一步探究的欲望，(2分)同时引出本文关于太空天梯的话题，指出其在现实中可能实现的前景。(2分)

[4分。意思对即可，只要言之有理，均可酌情给分。]

2.(5分)本题考查考生筛选整合信息的能力;能力层级C。

太空天梯与普通电梯最本质的区别是升降机本身有无动力。普通电梯是通过楼层顶端的滑车卷绕钢缆，使电梯箱体进行升降的，升降机本身无动力;而太空天梯的升降机本身是带有动力的，它会依靠自身的动力沿着缆绳在天空中或上升或下降。

[5分。总述，1分;分别概述太空天梯与普通电梯，各2分。意思对即可。]

3.(6分)本题考查考生探究文本中的问题，提出自己的见解的能力;能力层级F。

建造太空天梯最难又最关键的一步是研制出适合充当太空缆绳的材料。太空天梯组成部件中的空间站、动力升降机和大型地面基地，都是人类已研发并正在使用的太空活动工具，但是太空缆绳尚未出现，而这又是把空间站与地面基地连接起来的关键一步。

[6分。观点，2分;分析“难”的理由，2分;分析“关键”的理由，2分。意思对即可，只要言之有理，均可酌情给分。]

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