空间太阳能发电站
近年来，由于人口激增和工业无节制的发展，人类对能源需求不断增长，使用煤炭、石油等一次性石化燃料，造成了严重的环境污染，为此，研究开发和应用可再生洁净能源已势在必行。经科学家研究分析，地球上可供开采的煤炭和石油等能源的储量非常有限，按照现今能源需求的增长速度，如无特别重大的发现，估计只能维持200—300年。还有人估计，地球上石油的蕴藏量为2兆桶，从1900年前后开始使用石油能源，如果不控制使用，预计到2050年石油将被用光，到那时必须有能替代石油的新能源。人们现已把注意力转向太阳，向太阳索取能源。
太阳是太阳系的中心天体，它是一颗稳定的恒星，一个处于动态平衡的炽热的气体球。来自其中心产能区的巨大能流主要是电磁辐射，其次以粒子流的方式从太阳表层稳定地向外发射。太阳辐射能，是大气圈、水圈、生物圈运动，以及岩石圈作用的主要能源。人类生存活动更离不开太阳能，太阳粒子流以及太阳活动对地球也有重大的影响。通过实测，推算出太阳辐射总功率为3.82×1023千瓦，而地球仅仅能得到太阳总辐射能的22亿分之一。太阳每秒钟供给地球的能量是4.1×1013千卡，相当于每秒钟燃烧500万吨优质煤所发出的能量。太阳能的能量非常巨大，但绝大部分在茫茫太空中白白地散失掉了。
如何把太阳能收集和利用起来为人类服务，已成为许多科学家研究的重大课题。20世纪中叶，科学家已在利用太阳能方面取得了一项重大的突破，就是能够把太阳能直接变为电能。太阳能发电是将太阳能转换成电能的过程。太阳能发电可分为太阳热发电和太阳光发电两大类。利用太阳辐射产生的热能生产蒸汽，来推动汽轮发电机组发电的过程，被称为太阳热发电。利用光电效应原理，将太阳光直接转换成电能的过程，被称为太阳光发电，亦称光电池发电。
太阳光发电的核心是太阳电池组件。它是由硅单晶或砷化镓半导体材料制成，每个太阳能电池的面积只有几平方厘米。这种太阳能电池的应用十分广泛，在现代日常生活中随时都可以见到，比如太阳能电池计算器、太阳能电池手表和 太阳能电池钟，只要太阳光一照射，这些计算器、手表和钟就能工作。由于航天技术的突飞猛进，如今人造卫星、宇宙飞船、空间站等航天器上的能源，大部分是采用太阳能供电，有些是将太阳能电池贴在卫星的表面上，有些则是贴在专门供给贴太阳能电池的翼板上，这种翼板好像是卫星向左右伸出的两扇翅膀。在翼板表面上贴有数以万计的太阳能电池，将它们并联或串联起来，在太阳光的照射下，便能供给几百瓦乃至几千瓦的电力。翼板面积越大，贴的太阳能电池越多，产生的电力就越大。1968年格拉塞博士提出了空间太阳能发电站方案，这一设想是建立在一个极其巨大的太阳能电池阵的基础上，由它来聚集大量的阳光，利用光电转换原理达到发电的目的。所产生的电能将以微波形式传输到地球上，然后通过天线接收经整流转变成电能，送入全国供电网。
人们也许会想，目前在地面已经能够将太阳能电池安装在个人住宅的屋顶上，组成家用光电池发电系统，又何必到太空中去建设太阳能发电站呢？经研究人员分析，要把丰富的太阳能转变成电能，在地球上建立大型太阳能—电能转换装置，会出现很多不利因素。这是因为一般在地球上的任何一个地方，一年中只有1/2左右的时间能获得日照，而且日照程度又随时间和天气而改变，比如云、雾、雨、雪等天气现象的出现，使工作效率大为降低，所以不能把它作为基本负载的电厂来使用。
同时还因为在地面上有风和重力存在，建筑超级大型太阳能电池阵或反射镜颇为困难。加之存在大气和地面的各种污染，还需要设计专用自动清洗设备对其进行定期清洗，不然就会影响它的转换效率。
在宇宙空间建立太阳能电站，能合理地充分利用空间资源。太阳能电站最好设置在赤道平面内的地球同步轨道上，位于西经123°和东经57°附近。使太阳能电池阵始终对太阳定向，并且发射天线的微波束必须指向地面的接收天线。
由于处在赤道平面的同步轨道上，因此空间太阳能电站与地面任何地方的相对位置都保持不变。电站上需带有少量推进剂，以便克服由太阳和月球重力作用、太阳光压和地球偏心率等因素造成的轨道飘移。不过当空间太阳能电站绕地球运动时，总有一部分时间内被地球遮挡住阳光。但由于该站设置在静止轨道上，每年有277天是全日照，仅每年的春分、秋分前后各有45天时间，轨道上的发电设施才出现地球阴影（亦称星食期），最长的停电时间也只不过75分钟，而停电时间又是可以正确预测的，照此算来，空间太阳能电站平均每天有99%的时间，可向地上接收设备输电。在外层空间，太阳能的利用绝不会受到天气、尘埃和有害气 体的影响，再加上日照时间长，因此空间太阳能电站与同一规模的地面太阳能电站相比，接收的太阳能要高出6—15倍。
美国波音公司设想的电站规模相当于一个空间小城市，如果建成，它的发电能力为美国最大水力发电站的2倍。据科学家估算，若建造60颗卫星式的空间太阳能发电站，其发电能力相当于美国目前所有发电站发电能力的总和。波音公司集中研究了两种电站的方案，一种是光电转换方案，另一种是热循环方案。每种方案能产生10000兆瓦的电能，可满足100万户家庭的需要。设想的卫星式空间太阳能电站，外形为长方形，长24.8千米，宽5.2千米，其面积为129平方千米，在这样大的卫星平台上，大约需贴140亿块太阳能电池。在太空建造这样的电站，总重量将达到10万吨。空间太阳能发电站所产生的电能是直流电，经转换成为微波能，送至电站平台上的发射机，通过直径1千米的天线发送出去。
天线波束指向地面接收天线阵，经过地面天线接收后，再把微波能转换成直流电。这项工程之浩大实在令人惊叹，它将给人们留下深刻的印象，仅地面接收天线就足以说明这一点，其面积高达9.5千米×13千米，形状就像装在地面高处的一道道篱笆，不过在它下面的空间完全可以充分利用，用它来种植各种农作物。
在外层空间轨道上，空间太阳能电站处于失重或微重力环境下，也就是说处于受很小外力作用的环境之中。这对于超级大型太阳电池阵和太阳能收集器的构筑十分有利，可采用轻型或展开式结构。此外，在太空高真空和高洁净环境下，也不必为太阳转换装置加设清洗、排水等机械设备，可大大简化装置。尽管如此，在太空建造空间太阳能电站，还需要解决一系列的技术问题，比如，要寻找制造成本低、性能好、重量轻的太阳能电池，以及轻型耐久的结构材料。同时还要研究解决好飞行控制问题，在太空对一个巨大的活动系统来说，如何使100多平方千米的巨型太阳电池阵始终对准太阳，并控制微波波束的发射方向，是一个难题。此外，人们也十分关心微波能量的传输，微波对电离层的影响，微波辐射对通信的影响，以及微波对生物的影响等问题。
人们一旦下决心要在太空建设空间太阳能电站，必将要动用航天飞机、大型运载火箭这些运输系统，把为数众多的材料分期分批地运送到太空中去，将电站组装成型。如果一切能如愿以偿，待空间太阳能电站建成，地球上的能源危机就可得到缓解，环境污染问题亦会得到改善，人们期待的这一天不会太久了。
前景广阔的空间建筑业
现在国外一些大型科研中心的蓝图上，已描绘出永久性空间站、空间制药厂、空间冶炼厂、空间太阳能电站、空间旅馆、空间医院等的结构外形与施工方案。不久的将来，空间建筑师们就要奔赴太空，去那里开工建设了。
处于特殊环境中的太空工地，具有许多不同于地面工作的特点。在广阔无垠的太空中，万籁俱寂，由于是一片茫茫的真空宇宙，尽管空间建筑工人在那里紧张地架设桁架，固定接头，但丝毫也听不到通常的叮当响和乒乓声。失重条件又给建筑师们带来了许多方便，人们有可能建筑任意形状和大小的建筑物，不需要过多地考虑建筑材料的承压力和所配置的设备载荷。但是，由于空间温度的急剧变化，也会给建筑业造成严重的困难，这就是使材料和构件变形，因此，必须寻找像石墨一类的膨胀系数低的建筑材料，以满足空间建筑业的需求。
空间建筑业是一个新型行业，需要突破许多技术难关，比如空间装配技术就是其中之一。大型太空建筑结构，离不开横梁和桁架，空间用的桁架体积很大，从几百米到几千米不等，在地面很难制作，也无法运输。通常在地面把横梁卷绕成盘状，装在航天飞机的货舱内，送入太空工地后，由横梁制作机自动地把盘状材料切割成所需的长度，以供架设太空结构用。横梁制作、横梁装配、桁架展开以及成品结构总装，是建造大型太空构件的四个主要步骤，它们都必须在太空进行。通常，首先将第一批运送到太空的组件，拼接成立方形的空间建筑的中心体，或者利用折叠式的梁在空间展开，再竖成中心体。在中心体上装配起居室、设备舱、生命保证舱、库房等。然后，这些空间建筑工人仍到舱外活动，去装配第二个立方体，在第二个立方体基础上增加更多的装配件，扩大空间建筑物。
建筑工人在太空中作业，如同水中的微粒处于某种悬浮状态，除了使建筑工人产生一些不寻常的感觉外，还带来了许多特殊问题。特别是难以和操作面保持确切的相对位置，并迫使工人在操作时十分谨慎小心，因为稍有大意将扳手或螺栓掉落下去，虽然用不着担心会砸到自己的脚上，但要把它取回来就不那么容 易了，它总是在你够不着的地方游荡。为此，空间建筑工人本身以及所使用的工具、部件等，都必须用绳系住。当然，失重对操作工来说也有有利的一面，如太空建筑工人只要用极小的力气就可以安装好地面上十分笨重的构件，这是长期生活在地面上的人们一时无法想象的。
建筑工人在失重情况下开始工作时，首先要做的事就是使自己的身体固定下来，或者从支架上找到一个支撑点，以免从工作地点飘走。为了使建筑工人定位，通常设计了一种带有磁铁或凸轮的专用鞋，鞋底的凸轮可以卡在工件的凹槽内，并采用特殊形状的定位专用工具，它有三种形式：第一种是在螺丝帽的孔内嵌入钢扣簧的弯曲头，建筑工人的手可握住扣簧而定位；第二种定位设备是固定在带拉杆的螺钉上，拉杆的另一端则系在建筑工人的腰带上；第三种是在螺帽上套着带有手柄的定位撑杆，建筑工人用手握住支撑杆就能定位。所有这些设备，都会有助于建筑工人在太空失重下的定位。为了适应太空环境，人们在地面建筑中常用的工具不能立即拿到太空中去使用，必须加以改进与革新。比如太空用的锤子与地面的完全不一样，其结构非常简单，但构思却很独特，锤子的敲击部分采用空心的，内部装的是金属球，当敲击时，下面的球往上跑，而上面的球则往下行，通过它们之间的摩擦来消除反冲力。因此，这种锤子与通常的锤子不一样的地方，就是在敲击后不会出现反弹力，有利于操作。太空用的剪刀做得也很巧妙，剪刀与手柄是组装而成的，根据需要可把剪刀卸下，而把平口钳、克丝钳等不同的工具换到手柄上去，还由于采用了双臂传动系统，建筑工人操作起来就十分省劲。
太空钻孔专用机做得更为别致，其形状为圆锥形，有趣的是钻孔钻进的材料越深，钻出的孔就越大，操作时无需用力去压它，它会自动地伸进所加工的材料中去。此外，还有一种空间用的消旋电气传动装置，其原理是在使转子旋转的同时，定子也在旋转，只是旋转的方向不同，结果是一种方向的旋转抵消了另一方向的旋转，因而也无反作用力产生。
在这种消旋电气传动装置上，装上圆锯、螺丝刀、钳子、冲孔器等，在操作时，手既感觉不到振动，亦感觉不到有后坐力的存在，而且几乎听不到响声。
进入大型空间站、空间太阳能发电站等建设时期，为了减轻工人的劳动强度，最好的出路是全面实施机械化。一种是使用遥控机械手，它有七个自由度，能模仿人的肩、肘、腕、手的动作，可在太空架设桁架。
另一种是自动遥控架梁机，它带有一个安装控制器的敞开式工作台，与地面 建筑工程用的液压传动的特种起重机相类似。身着航天服的建筑工人被牢靠地固定在平台上，利用遥控机械手可进行50米外的空间作业。
此外，还有一种经过精心设计的舱式机械手，也叫作自由飞行器或轨道机动飞行器，建筑工人在里面可不穿航天服进行操作，这种飞行器能在太空中自由飞行，为建筑工人任意漫游太空工地、运输物资器材、架设横梁桁架、救护失去工作能力和处于困境的工作人员提供方便。
在大规模空间建筑开始之后，需要在空间建立长期性的低轨道载人建筑基地。这种基地应能容纳若干个小型作业组在里面工作、生活三个月，基地内配备有自动桁架制造机、架梁机械、各种备件与工具、特种预制件以及供组员生活保障的物资。此外，为了把工人和物资及材料等从低轨道转移到高轨道上去，还需要配备载人变轨飞行器，亦称轨道转移飞行器。
本世纪，在令人神往的空间建筑事业中，将出现装有吊车的大型货舱，可以在导轨上移动，并设有固定的控制指挥中心。到那时，空间机器人也将成为空间建筑的主力军，空间建筑工人完全可以像地面现代化工厂那样从事工作，坐在信号灯闪烁的控制台前，远距离操纵各种各样的机械设备与仪表，创造出更加光辉灿烂的人类文明。当空间建筑业兴旺发达时，大兴土木建造空间城市的日子也就指日可待了。
大显神威的空间机器人
21世纪太空科技工业的迅速发展，带动了空间机器人事业的发展，并逐步担任主角，人将退居二线。据科学家估计，建造一个500万千瓦的空间太阳能电站，需要600多人在空间工作半年时间，其中100多人在低轨道空间基地工作，其余的则到地球同步轨道空间基地上去工作，并且还需要建立一支空间基地及发电系统的维修保养队伍。可以想象，未来的太空开发活动，将需要大量的人去完成。
