近年來，由於人口激增和工業無節製的發展，人類對能源需求不斷增長，使用煤炭、石油等一次性石化燃料，造成了嚴重的環境汙染，為此，研究開發和應用可再生潔淨能源已勢在必行。經科學家研究分析，地球上可供開采的煤炭和石油等能源的儲量非常有限，按照現今能源需求的增長速度，如無特別重大的發現，估計隻能維持200～300年。還有人估計，地球上石油的蘊藏量為2兆桶，從1900年前後開始使用石油能源，如果不控製使用，預計到2050年石油將被用光，到那時必須有能替代石油的新能源。人們現已把注意力轉向太陽，向太陽索取能源。
太陽是太陽係的中心天體，它是一顆穩定的恒星，一個處於動態平衡的熾熱的氣體球。來自其中心產能區的巨大能流主要是電磁輻射，其次以粒子流的方式從太陽表層穩定地向外發射。太陽輻射能，是大氣圈、水圈、生物圈運動，以及岩石圈作用的主要能源。人類生存活動更離不開太陽能，太陽粒子流以及太陽活動對地球也有重大的影響。通過實測，推算出太陽輻射總功率為3.82×1023千瓦，而地球僅僅能得到太陽總輻射能的22億分之一。太陽每秒鍾供給地球的能量是4.1×1013千卡，相當於每秒鍾燃燒500萬噸優質煤所發出的能量。太陽能的能量非常巨大，但絕大部分在茫茫太空中白白地散失掉了。
如何把太陽能收集和利用起來為人類服務，已成為許多科學家研究的重大課題。20世紀中葉，科學家已在利用太陽能方麵取得了一項重大的突破，就是能夠把太陽能直接變為電能。太陽能發電是將太陽能轉換成電能的過程。太陽能發電可分為太陽熱發電和太陽光發電兩大類。利用太陽輻射產生的熱能生產蒸汽，來推動汽輪發電機組發電的過程，被稱為太陽熱發電。利用光電效應原理，將太陽光直接轉換成電能的過程，被稱為太陽光發電，亦稱光電池發電。
太陽光發電的核心是太陽電池組件。它是由矽單晶或砷化镓半導體材料製成，每個太陽能電池的麵積隻有幾平方厘米。這種太陽能電池的應用十分廣泛，在現代日常生活中隨時都可以見到，比如太陽能電池計算器、太陽能電池手表和太陽能電池鍾，隻要太陽光一照射，這些計算器、手表和鍾就能工作。由於航天技術的突飛猛進，如今人造衛星、宇宙飛船、空間站等航天器上的能源，大部分是采用太陽能供電，有些是將太陽能電池貼在衛星的表麵上，有些則是貼在專門供給貼太陽能電池的翼板上，這種翼板好像是衛星向左右伸出的兩扇翅膀。在翼板表麵上貼有數以萬計的太陽能電池，將它們並聯或串聯起來，在太陽光的照射下，便能供給幾百瓦乃至幾千瓦的電力。翼板麵積越大，貼的太陽能電池越多，產生的電力就越大。1968年格拉塞博士提出了空間太陽能發電站方案，這一設想是建立在一個極其巨大的太陽能電池陣的基礎上，由它來聚集大量的陽光，利用光電轉換原理達到發電的目的。所產生的電能將以微波形式傳輸到地球上，然後通過天線接收經整流轉變成電能，送入全國供電網。
人們也許會想，目前在地麵已經能夠將太陽能電池安裝在個人住宅的屋頂上，組成家用光電池發電係統，又何必到太空中去建設太陽能發電站呢？經研究人員分析，要把豐富的太陽能轉變成電能，在地球上建立大型太陽能—電能轉換裝置，會出現很多不利因素。這是因為一般在地球上的任何一個地方，一年中隻有1/2左右的時間能獲得日照，而且日照程度又隨時間和天氣而改變，比如雲、霧、雨、雪等天氣現象的出現，使工作效率大為降低，所以不能把它作為基本負載的電廠來使用。
同時還因為在地麵上有風和重力存在，建築超級大型太陽能電池陣或反射鏡頗為困難。加之存在大氣和地麵的各種汙染，還需要設計專用自動清洗設備對其進行定期清洗，不然就會影響它的轉換效率。
在宇宙空間建立太陽能電站，能合理地充分利用空間資源。太陽能電站最好設置在赤道平麵內的地球同步軌道上，位於西經123°和東經57°附近。使太陽能電池陣始終對太陽定向，並且發射天線的微波束必須指向地麵的接收天線。由於處在赤道平麵的同步軌道上，因此空間太陽能電站與地麵任何地方的相對位置都保持不變。電站上需帶有少量推進劑，以便克服由太陽和月球重力作用、太陽光壓和地球偏心率等因素造成的軌道飄移。不過當空間太陽能電站繞地球運動時，總有一部分時間內被地球遮擋住陽光。但由於該站設置在靜止軌道上，每年有277天是全日照，僅每年的春分、秋分前後各有45天時間，軌道上的發電設施才出現地球陰影（亦稱星食期），最長的停電時間也隻不過75分鍾，而停電時間又是可以正確預測的，照此算來，空間太陽能電站平均每天有99％的時間，可向地上接收設備輸電。在外層空間，太陽能的利用絕不會受到天氣、塵埃和有害氣體的影響，再加上日照時間長，因此空間太陽能電站與同一規模的地麵太陽能電站相比，接收的太陽能要高出6~15倍。
美國波音公司設想的電站規模相當於一個空間小城市，如果建成，它的發電能力為美國最大水力發電站的2倍。據科學家估算，若建造60顆衛星式的空間太陽能發電站，其發電能力相當於美國目前所有發電站發電能力的總和。波音公司集中研究了兩種電站的方案，一種是光電轉換方案，另一種是熱循環方案。每種方案能產生10000兆瓦的電能，可滿足100萬戶家庭的需要。設想的衛星式空間太陽能電站，外形為長方形，長24.8千米，寬5.2千米，其麵積為129平方千米，在這樣大的衛星平台上，大約需貼140億塊太陽能電池。在太空建造這樣的電站，總重量將達到10萬噸。空間太陽能發電站所產生的電能是直流電，經轉換成為微波能，送至電站平台上的發射機，通過直徑1千米的天線發送出去。
天線波束指向地麵接收天線陣，經過地麵天線接收後，再把微波能轉換成直流電。這項工程之浩大實在令人驚歎，它將給人們留下深刻的印象，僅地麵接收天線就足以說明這一點，其麵積高達9.5千米×13千米，形狀就像裝在地麵高處的一道道籬笆，不過在它下麵的空間完全可以充分利用，用它來種植各種農作物。
在外層空間軌道上，空間太陽能電站處於失重或微重力環境下，也就是說處於受很小外力作用的環境之中。這對於超級大型太陽電池陣和太陽能收集器的構築十分有利，可采用輕型或展開式結構。此外，在太空高真空和高潔淨環境下，也不必為太陽轉換裝置加設清洗、排水等機械設備，可大大簡化裝置。盡管如此，在太空建造空間太陽能電站，還需要解決一係列的技術問題，比如，要尋找製造成本低、性能好、重量輕的太陽能電池，以及輕型耐久的結構材料。同時還要研究解決好飛行控製問題，在太空對一個巨大的活動係統來說，如何使100多平方千米的巨型太陽電池陣始終對準太陽，並控製微波波束的發射方向，是一個難題。此外，人們也十分關心微波能量的傳輸，微波對電離層的影響，微波輻射對通信的影響，以及微波對生物的影響等問題。
人們一旦下決心要在太空建設空間太陽能電站，必將要動用航天飛機、大型運載火箭這些運輸係統，把為數眾多的材料分期分批地運送到太空中去，將電站組裝成型。如果一切能如願以償，待空間太陽能電站建成，地球上的能源危機就可得到緩解，環境汙染問題亦會得到改善，人們期待的這一天不會太久了。前景廣闊的空間建築業
現在國外一些大型科研中心的藍圖上，已描繪出永久性空間站、空間製藥廠、空間冶煉廠、空間太陽能電站、空間旅館、空間醫院等的結構外形與施工方案。不久的將來，空間建築師們就要奔赴太空，去那裏開工建設了。
處於特殊環境中的太空工地，具有許多不同於地麵工作的特點。在廣闊無垠的太空中，萬籟俱寂，由於是一片茫茫的真空宇宙，盡管空間建築工人在那裏緊張地架設桁架，固定接頭，但絲毫也聽不到通常的叮當響和乒乓聲。失重條件又給建築師們帶來了許多方便，人們有可能建築任意形狀和大小的建築物，不需要過多地考慮建築材料的承壓力和所配置的設備載荷。但是，由於空間溫度的急劇變化，也會給建築業造成嚴重的困難，這就是使材料和構件變形，因此，必須尋找像石墨一類的膨脹係數低的建築材料，以滿足空間建築業的需求。
空間建築業是一個新型行業，需要突破許多技術難關，比如空間裝配技術就是其中之一。大型太空建築結構，離不開橫梁和桁架，空間用的桁架體積很大，從幾百米到幾千米不等，在地麵很難製作，也無法運輸。通常在地麵把橫梁卷繞成盤狀，裝在航天飛機的貨艙內，送入太空工地後，由橫梁製作機自動地把盤狀材料切割成所需的長度，以供架設太空結構用。橫梁製作、橫梁裝配、桁架展開以及成品結構總裝，是建造大型太空構件的四個主要步驟，它們都必須在太空進行。通常，首先將第一批運送到太空的組件，拚接成立方形的空間建築的中心體，或者利用折疊式的梁在空間展開，再豎成中心體。在中心體上裝配起居室、設備艙、生命保證艙、庫房等。然後，這些空間建築工人仍到艙外活動，去裝配第二個立方體，在第二個立方體基礎上增加更多的裝配件，擴大空間建築物。
建築工人在太空中作業，如同水中的微粒處於某種懸浮狀態，除了使建築工人產生一些不尋常的感覺外，還帶來了許多特殊問題。特別是難以和操作麵保持確切的相對位置，並迫使工人在操作時十分謹慎小心，因為稍有大意將扳手或螺栓掉落下去，雖然用不著擔心會砸到自己的腳上，但要把它取回來就不那麼容易了，它總是在你夠不著的地方遊蕩。為此，空間建築工人本身以及所使用的工具、部件等，都必須用繩係住。當然，失重對操作工來說也有有利的一麵，如太空建築工人隻要用極小的力氣就可以安裝好地麵上十分笨重的構件，這是長期生活在地麵上的人們一時無法想象的。
建築工人在失重情況下開始工作時，首先要做的事就是使自己的身體固定下來，或者從支架上找到一個支撐點，以免從工作地點飄走。為了使建築工人定位，通常設計了一種帶有磁鐵或凸輪的專用鞋，鞋底的凸輪可以卡在工件的凹槽內，並采用特殊形狀的定位專用工具，它有三種形式：第一種是在螺絲帽的孔內嵌入鋼扣簧的彎曲頭，建築工人的手可握住扣簧而定位；第二種定位設備是固定在帶拉杆的螺釘上，拉杆的另一端則係在建築工人的腰帶上；第三種是在螺帽上套著帶有手柄的定位撐杆，建築工人用手握住支撐杆就能定位。所有這些設備，都會有助於建築工人在太空失重下的定位。為了適應太空環境，人們在地麵建築中常用的工具不能立即拿到太空中去使用，必須加以改進與革新。比如太空用的錘子與地麵的完全不一樣，其結構非常簡單，但構思卻很獨特，錘子的敲擊部分采用空心的，內部裝的是金屬球，當敲擊時，下麵的球往上跑，而上麵的球則往下行，通過它們之間的摩擦來消除反衝力。因此，這種錘子與通常的錘子不一樣的地方，就是在敲擊後不會出現反彈力，有利於操作。太空用的剪刀做得也很巧妙，剪刀與手柄是組裝而成的，根據需要可把剪刀卸下，而把平口鉗、克絲鉗等不同的工具換到手柄上去，還由於采用了雙臂傳動係統，建築工人操作起來就十分省勁。
太空鑽孔專用機做得更為別致，其形狀為圓錐形，有趣的是鑽孔鑽進的材料越深，鑽出的孔就越大，操作時無需用力去壓它，它會自動地伸進所加工的材料中去。此外，還有一種空間用的消旋電氣傳動裝置，其原理是在使轉子旋轉的同時，定子也在旋轉，隻是旋轉的方向不同，結果是一種方向的旋轉抵消了另一方向的旋轉，因而也無反作用力產生。
在這種消旋電氣傳動裝置上，裝上圓鋸、螺絲刀、鉗子、衝孔器等，在操作時，手既感覺不到振動，亦感覺不到有後坐力的存在，而且幾乎聽不到響聲。
進入大型空間站、空間太陽能發電站等建設時期，為了減輕工人的勞動強度，最好的出路是全麵實施機械化。一種是使用遙控機械手，它有七個自由度，能模仿人的肩、肘、腕、手的動作，可在太空架設桁架。
另一種是自動遙控架梁機，它帶有一個安裝控製器的敞開式工作台，與地麵建築工程用的液壓傳動的特種起重機相類似。身著航天服的建築工人被牢靠地固定在平台上，利用遙控機械手可進行50米外的空間作業。
此外，還有一種經過精心設計的艙式機械手，也叫作自由飛行器或軌道機動飛行器，建築工人在裏麵可不穿航天服進行操作，這種飛行器能在太空中自由飛行，為建築工人任意漫遊太空工地、運輸物資器材、架設橫梁桁架、救護失去工作能力和處於困境的工作人員提供方便。
在大規模空間建築開始之後，需要在空間建立長期性的低軌道載人建築基地。這種基地應能容納若幹個小型作業組在裏麵工作、生活三個月，基地內配備有自動桁架製造機、架梁機械、各種備件與工具、特種預製件以及供組員生活保障的物資。此外，為了把工人和物資及材料等從低軌道轉移到高軌道上去，還需要配備載人變軌飛行器，亦稱軌道轉移飛行器。
本世紀，在令人神往的空間建築事業中，將出現裝有吊車的大型貨艙，可以在導軌上移動，並設有固定的控製指揮中心。到那時，空間機器人也將成為空間建築的主力軍，空間建築工人完全可以像地麵現代化工廠那樣從事工作，坐在信號燈閃爍的控製台前，遠距離操縱各種各樣的機械設備與儀表，創造出更加光輝燦爛的人類文明。當空間建築業興旺發達時，大興土木建造空間城市的日子也就指日可待了。
大顯神威的空間機器人
21世紀太空科技工業的迅速發展，帶動了空間機器人事業的發展，並逐步擔任主角，人將退居二線。據科學家估計，建造一個500萬千瓦的空間太陽能電站，需要600多人在空間工作半年時間，其中100多人在低軌道空間基地工作，其餘的則到地球同步軌道空間基地上去工作，並且還需要建立一支空間基地及發電係統的維修保養隊伍。可以想象，未來的太空開發活動，將需要大量的人去完成。
在以往的太空開發中，航天員已經創造了許許多多的奇跡，如登陸月球、艙外捕獲失靈的衛星、太空修理哈勃望遠鏡。但是，這些活動究竟花了多少代價卻鮮為人知。開發和利用空間的前景雖十分美好，但要使人類能在太空中停留，就必須有龐大而複雜的生命保障係統、環境控製係統、物資補給係統、救生係統等，而這些係統耗資驚人。據科學家預估，永久性載人空間站，其中生命保障係統、居住係統和航天員艙外活動係統三部分的體積約占核心艙總容積的16％，功耗占空間站總功耗的25%～38％，研製費占總經費的20％。另據估計，為了保證航天員在太空中活動，每個航天員每天約花費50萬～100萬美元。
如此看來，開發太空絕不能像在地麵工廠那樣，將成千上萬的工程技術人員和工人送往太空，去從事各種空間材料加工、空間生產、空間裝配、空間修理等作業。唯一解決的辦法，就是招聘大量的機器人，把他們送上太空取代人類，使之成為勞動的主力軍，成為航天員的得力助手。在太空中人和機器人的作用，可用人體來形象地加以比喻，機器人好比人的四肢和軀體，由他們完成各種各樣的繁重工作，而人的作用則相當於大腦，指揮和監控著所有的機械活動。要使太空科技工業具有最高的生產率、最低的運行費用，一種最為有效的途徑就是在人的監控下，將機器人和高度自動化係統結合起來，組成高可靠、高效益的人—機混合係統。
眾所周知，機器人是一種通用機械係統，它像人一樣，可以在事先未知的環境條件下完成各種各樣的任務，具有對外界環境的感知、推理、判斷和決策的功能。但是，人們也早已意識到並非所有的機器人都能到太空中去工作，因為空間環境與地麵環境有著天壤之別。空間機器人工作在微重力、高真空、超低溫、強輻射、照明差的環境裏，因此，空間機器人與地麵機器人有著很大的差別。在失重狀態下，隻要加速度不太大，纖纖細手也可挪動龐然大物。比如，航天飛機上的遙控機械手，就是用複合材料製成的6自由度的機械臂，長達15米，自重400千克，在地麵上軟弱無力，連自身重量的物體都抬不起來，然而，一到太空卻能舉起幾十噸重的載荷。在失重狀態下，隻要對物體稍加推動，它將立即飛走，這給操作帶來諸多不便，特別是給視覺識別帶來麻煩。例如，在地麵上，放在工作台上的物體總是以固定麵朝向視覺鏡頭，而在太空，飄浮的工件可以任何方位朝向鏡頭。這樣空間機器人就必須具備三維視覺係統，還需配以特殊的標誌碼來識別物體及其方位。要求手指能靈活地選擇所要抓取的方位上的物體，並帶有接近覺、觸覺、滑動覺、力覺等智能傳感器，以便配合視覺係統來完成操作任務。在失重狀態下，任何物體包括機器人本身都是處在飄浮狀態，這樣空間機器人必須是多臂型。一隻固定用手臂抓牢某個結構件而穩住自身，一隻操作手臂穩住工件，另一隻操作手臂用來完成操作任務。在高真空條件下，空間機器人的活動關節，與地麵上的機器人活動關節也有本質上的差別，它需要采用固體潤滑，並且要解決高真空條件下的金屬冷焊問題。由於空間的微重力環境，操作手的動力方程與地麵有較大差異，因此空間機器人是一種特殊形式的機器人。