1979年，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：“根據天體力學的定律，如果某個物體在天空中靜止不動，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結起來�！�

1960年，前蘇聯科學家阿斯塔諾夫就公開發表了修建太空天梯（又稱“宇宙電梯” ）的構想。不過，正如克拉克在書中表達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誤，但實際上卻很難找到實現的方法�！蹦敲�，修建太空天梯究竟會碰到什么樣的實際困難呢？

大家知道，人造衛星在圍繞地球進行旋轉運動時，會產生離心力。其離心力剛好與地球對衛星的吸引力（萬有引力）互相平衡，才會使得衛星作圓周運動并圍繞地球進行旋轉。如果地球引力過強，人造衛星就會掉落到地面，反之，如果離心力過強，就會使得人造衛星遠離地球而去。

根據牛頓的萬有引力定律，衛星所受地球（萬有）引力的強弱與其到地球 （中心）距離的平方成反比，當衛星在地球引力比較弱的高軌道圍繞地球不斷旋轉時，其離心力也會相應地變小。同時，衛星的速度與離心力成正比，所以衛星的運轉速度就變慢了。

實際上，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公里軌道上面運行的氣象觀測衛星，圍繞地球旋轉一圈，大約需要24小時左右，因此，它的旋轉周期與地球與自轉周期相同。這就意味著對于24小時繞地球一周的人造衛星而言，衛星的“正下方”始終會對著地球表面的同一個場所。反之，如果從衛星“正下方”

地面的某處向天空中看去，衛星也好像靜止不動，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行著的衛星稱為“靜止衛星”，并把靜止衛星運行的軌道稱為“靜止軌道”。

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

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

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的平衡配重。而太空天梯的升降機本身是帶有動力的，它會依靠自身的動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”  ，延伸在數公里的天空中，聯結著各級軌道空間站的太空纜繩系統，沿著纜繩系統上下來回運行的具有自主動力控制的升降機系統。此外，在地球表面赤道附近的海島或海洋平臺上，還需要建設可以供太空升降機起落裝卸貨物、上下人員以及維修使用的大型地面基地設施。

        （選自 《科學世界》2010年第4期《太空天梯：從科幻到現實》）

19．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）

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

21．綜觀全文，你認為當前建造太空天梯最難又最關鍵的是哪一步？簡要說說理由。（6分）

參考答案：

19．（4分）本題考查考生分析作品主要表現手法的能力；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一步探究的欲望，（2分）同時引出本文關于太空天梯的話題，指出其在現實中可能實現的前景。（2分）【4分。意思對即可，只要言之有理，均可酌情給分�！�

20．（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的區別是升降機本身有無動力。普通電梯是通過樓層頂端的滑車卷繞鋼纜，使電梯箱體進行升降的，升降機本身無動力；而太空天梯的升降機本身是帶有動力的，它會依靠自身的動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�！�

21．（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鍵的一步是研制出適合充當太空纜繩的材料。太空天梯組成部件中的空間站、動力升降機和大型地面基地，都是人類已研發并正在使用的太空活動工具，但是太空纜繩尚未出現，而這又是把空間站與地面基地連接起來的關鍵一步�！�6分。觀點，2分；分析“難”的理由，2分；分析“關鍵”的理由，2分。意思對即可，只要言之有理，均可酌情給分�！�