太空天梯可能實(shí)現(xiàn)的理由

1979
，美國作家亞瑟?克拉克在一本名為《天堂的噴泉》的科幻小說中寫道：“根據(jù)天體力學(xué)的定律，如果某個(gè)物體在天空中靜止不動(dòng)，就可以從其上向地面垂放下纜繩，通過這種方式，就能夠把地球和宇宙空間聯(lián)結(jié)起來�！�

1960
，前蘇聯(lián)科學(xué)家阿斯塔諾夫就公開發(fā)表了修建太空天梯（又稱“宇宙電梯” ）的構(gòu)想。不過，正如克拉克在書中表達(dá)的對于登天梯或通天柱的看法那樣，“盡管從理論上不能說有什么錯(cuò)誤，但實(shí)際上卻很難找到實(shí)現(xiàn)的方法。”那么，修建太空天梯究竟會(huì)碰到什么樣的實(shí)際困難呢？

大家知道，人造衛(wèi)星在圍繞地球進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生離心力。其離心力剛好與地球?qū)πl(wèi)星的吸引力（萬有引力）互相平衡，才會(huì)使得衛(wèi)星作圓周運(yùn)動(dòng)并圍繞地球進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如果地球引力過強(qiáng)，人造衛(wèi)星就會(huì)掉落到地面，反之，如果離心力過強(qiáng)，就會(huì)使得人造衛(wèi)星遠(yuǎn)離地球而去。

根據(jù)牛頓的萬有引力定律，衛(wèi)星所受地球（萬有）引力的強(qiáng)弱與其到地球
（中心）距離的平方成反比，當(dāng)衛(wèi)星在地球引力比較弱的高軌道圍繞地球不斷旋轉(zhuǎn)時(shí)，其離心力也會(huì)相應(yīng)地變小。同時(shí)，衛(wèi)星的速度與離心力成正比，所以衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)速度就變慢了。

實(shí)際上，處于地球上空高度約400
公里處的國際空間站，圍繞地球轉(zhuǎn)一圈，大約只需要90
分鐘左右。而處于赤道上空高度為35786
公里軌道上面運(yùn)行的氣象觀測衛(wèi)星，圍繞地球旋轉(zhuǎn)一圈，大約需要24
小時(shí)左右，因此，它的旋轉(zhuǎn)周期與地球與自轉(zhuǎn)周期相同。這就意味著對于24
小時(shí)繞地球一周的人造衛(wèi)星而言，衛(wèi)星的“正下方”始終會(huì)對著地球表面的同一個(gè)場所。反之，如果從衛(wèi)星“正下方”

地面的某處向天空中看去，衛(wèi)星也好像靜止不動(dòng)，始終處于天頂上面的同樣位置。

所以，就將這樣處于地球同步軌道運(yùn)行著的衛(wèi)星稱為“靜止衛(wèi)星”
，并把靜止衛(wèi)星運(yùn)行的軌道稱為“靜止軌道”。

如前文所述，靜止衛(wèi)星正是對于某個(gè)區(qū)域，在天空中靜止不動(dòng)的物體。從這樣的地球同步靜止衛(wèi)星上向地面垂放下纜繩，隨著纜繩的加長延伸（假如忽略風(fēng)力等因素的影響），纜繩的前端就會(huì)逐漸到達(dá)地面的同步觀察點(diǎn)。那么，就可以沿著這些纜繩進(jìn)行升降，操作往返于地面與衛(wèi)星之間運(yùn)送人員和貨物了。這正是“太空天梯”天才構(gòu)想的發(fā)端。但只是簡單地從靜止衛(wèi)星上施放纜繩，要想達(dá)到地面，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。由于纜繩本身也有重量，就會(huì)使靜止衛(wèi)星的重心產(chǎn)生偏移，從而使其掉落到地面上。

為了防止發(fā)生類似現(xiàn)象，必須要沿著地球的相反方向也施放出同樣長度的纜繩，以便保持施放衛(wèi)星的重心位置不會(huì)發(fā)生改變。為此，在必要時(shí)，還需要在施放衛(wèi)星或軌道站平臺(tái)的上方纜繩的頂端安裝重物，以幫助纜繩系統(tǒng)保持平衡。

太空天梯的操作原理與一般建筑物所使用的普通電梯是完全不同的。普通電梯是通過樓層頂端的滑車卷繞鋼纜，使電梯箱體進(jìn)行升降的，而且在鋼纜的兩端還安裝著一些鐵塊用于電梯系統(tǒng)的平衡配重。而太空天梯的升降機(jī)本身是帶有動(dòng)力的，它會(huì)依靠自身的動(dòng)力沿著纜繩在天空中或上升或下降，在地面站和各級太空軌道站之間往返運(yùn)輸貨物和人員。

太空天梯主要組成部件有，處于靜止軌道上面的“靜止軌道空間站”
，延伸在數(shù)公里的天空中，聯(lián)結(jié)著各級軌道空間站的太空纜繩系統(tǒng)，沿著纜繩系統(tǒng)上下來回運(yùn)行的具有自主動(dòng)力控制的升降機(jī)系統(tǒng)。此外，在地球表面赤道附近的海島或海洋平臺(tái)上，還需要建設(shè)可以供太空升降機(jī)起落裝卸貨物、上下人員以及維修使用的大型地面基地設(shè)施。

（選自 《科學(xué)世界》
第4
期《太空天梯：從科幻到現(xiàn)實(shí)》）


1
．作為科普文章，開頭引述《天堂的噴泉》這部科幻小說的目的是什么？
（4
分）


2
．太空天梯與普通電梯有什么不同？請概括其中最本質(zhì)的區(qū)別并簡要說明。
（5
分）


3
．綜觀全文，你認(rèn)為當(dāng)前建造太空天梯最難又最關(guān)鍵的是哪一步？簡要說說

理由。
（6
分）




參考答案：


1
．（4
分）本題考查考生分析作品主要表現(xiàn)手法的能力；能力層級Ｄ。

文章開頭引述科幻小說的目的是引起讀者的閱讀興趣和進(jìn)一步探究的欲望，（2
分）同時(shí)引出本文關(guān)于太空天梯的話題，指出其在現(xiàn)實(shí)中可能實(shí)現(xiàn)的前景。（2
分）

[4
分。意思對即可，只要言之有理，均可酌情給分。]

2
．（5
分）本題考查考生篩選整合信息的能力；能力層級Ｃ。

太空天梯與普通電梯最本質(zhì)的區(qū)別是升降機(jī)本身有無動(dòng)力。普通電梯是通過樓層頂端的滑車卷繞鋼纜，使電梯箱體進(jìn)行升降的，升降機(jī)本身無動(dòng)力；而太空天梯的升降機(jī)本身是帶有動(dòng)力的，它會(huì)依靠自身的動(dòng)力沿著纜繩在天空中或上升或下降。

[5
分�？偸�，1
分；分別概述太空天梯與普通電梯，各2
分。意思對即可。]

3
．（6
分）本題考查考生探究文本中的問題，提出自己的見解的能力；能力層級F
。

建造太空天梯最難又最關(guān)鍵的一步是研制出適合充當(dāng)太空纜繩的材料。太空天梯組成部件中的空間站、動(dòng)力升降機(jī)和大型地面基地，都是人類已研發(fā)并正在使用的太空活動(dòng)工具，但是太空纜繩尚未出現(xiàn)，而這又是把空間站與地面基地連接起來的關(guān)鍵一步。

[6
分。觀點(diǎn)，2
分；分析“難”的理由，2
分；分析“關(guān)鍵”的理由，2
分。意思對即可，只要言之有理，均可酌情給分。]


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