空间太阳能发电站
人类已经进入了21 世纪。新世纪中人类要解决日益严重的环境污染、资源短缺和人口膨胀3 大问题，其中环境和资源这两个问题都与发电有着密切的关系。迄今，人类发电用的能源绝大部分是来自地下的矿物燃料--石油、煤炭、天然气等。千百年来，矿物燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，不仅严重污染大气，而且产生温室效应，导致全球气候发生变化。 同时，矿物燃料是一种不可再生的地球资源，目前地球上最广泛使用的矿石能源已经濒临枯竭，人类正在积极寻找新的替代能源，风能、水能、核能、太阳能等均是人类探索的前沿；而其中太阳能作为一种取之不尽、完全清洁无污染的新型能源更是受人瞩目。 太阳辐射功率为 3.8*1023W，地球上接受到的仅仅是总辐射量的 22 亿分之一，而由于大气蹭的衰减，最后大约有 8.5*1016W到达地面，但是仅仅这些已经是全球发电总量的几十万倍了，因此太阳能是一个非常理想的替代能源。
太阳能发电站需要较大的场地以及持久的日照，在地球表面，由于地面昼夜和天气的变 化，因此在地球上建立大型太阳能电站会受到相应的限制。而太空正是一个避免这些干扰、 建立太阳能发电站的理想场所。当人们开始向太空进军的时候，开发太空，在太空中建立太 阳能发电站便是一个绝佳的选择。
在太空中建立太阳能发电站的工程中遇到的主要问题有空间站的组建、太阳能发电设 备、设备的安装及维护、电能的储存以及传输等。
空间站的建设
建设空间太阳能发电站必然需要建设相应的空间站，这其中包括了发电站的控制系统、维护系统、人员临时或永久的居住系统等。
空间站的理想轨道应选择在地球上空 3.6 万 Km 的地球同步轨道，由于相对于地面静止、 且距地球较近，控制和传输电能都相对方便很多，而且可以随时传输。但是由于地球同步轨 道离地球较近，空间紧张，各种通讯卫星等都需要占用这个轨道。因此这个轨道资源比较珍 贵，在这里建立大型的空间太阳能发电站可能会对其他航天领域造成影响。 另外一个可选的轨道是绕地球的月球轨道，距地球 30 万公里。虽然这里距地球较远， 工程建设难度会相应增大，但是考虑到可以建立月球前沿基地等因素，加上这个轨道受地球 阴影的影响比同步轨道小许多，可以有效的延长发电时间，因此月球轨道是个不错的选择。 而且由于这个轨道较大，可以考虑建立多个空间太阳能发电站以满足地球日益增长的能量需 求
。
空间站更主要任务则是负责电站和地面的电能传输。同时为了避免因为空间站 建设在月球轨道而带来的电能传输时间受限制的问题，考虑将地面接收站建立在南极或者北 极地区。这样还可以避免了高密度能量传输时对周边的影响。
太阳能发电设备
空间太阳能发电站的核心便是太阳能发电设备了，利用众多太阳能板收集太阳能并最终 将其转化为电能。太阳能电池种类包括了目前应用广泛的半导体太阳能电池。
半导体太阳能电池的主要结构是一个 p-n 结半导体材料，太阳光照在半导体 p-n 结上， 半导体吸收光子后产生空穴-电子对，在 p-n 结电场的作用下，空穴由 n 区流向 p 区，电子由 p 区流向 n 区，接通电路后就形成电流。
设备的安装及维护
未来在太空建造太阳电站时，简单的、规范化的组装任务由结构和部件模块自主完成, 复杂的组装、维修和服务任务由机器人辅助完成。因此，要在航天飞机和国际空间站的遥控操作臂的基础上，发展遥控机器人，继而研制6 自由度的机器人。
6 自由度的机器人简化模型
电能的储存
在太阳能发电站中，另一重要的设备是电能的储存设备，由于建立的空间电站规模较大， 所以对电能的储存也提出了较高的要求。由于传统的储电设备都不能完全符合太空高密度储 能的需求，同时由于太空的超低温特点，用超导体储电技术。
某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突 然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体，这一特定的 温度成为该物质的临界超导温度。1911 年，荷兰科学家昂内斯(Ones)首次发现了这个现象， 他用液氦冷却汞，当温度下降到 4.2K 时, 水银的电阻完全消。后来又陆续发现了临界温度更 高的材料。
由于超导体的内阻为零，因此用超导体做成一个线圈，如果线圈内有电流，则其将一直维持而不会衰减。利用超导体的此特性，不仅可以达到无耗储电的目的，还可以实现电能的 长时间存储。
宇宙的背景辐射大约为 4K ，完全可以达到许多超导体的临界超导温度，是使用超导材 料的理想之地。利用超导体材料制作线圈，由于对储能要求较高，为了避免线圈电流过大， 需要采用较多线圈的并联。充电时依次向每个线圈注入电流即可，放电时控制同时放电的线 圈的数目即可控制放电电流。
对于此空间电站来说，可以选择集中存储，即专门建立存储电能的空间设施，这样的好 处是设计简单，便于管理。缺点是危险系数较大，全电站的电能全部集中在一起，对储能设 备的要求较高，而且一旦出问题，整个电站都将无法工作。因此更倾向于采用分散存储，即 为每个基站设计相应的储能设备，虽然设计起来会比较复杂、维护的成本也会较高。但是每 个基站建立之后，设备的更新会变得相对容易，而最大的又是便是安全性较高，某个基站的 储能设备出问题不会影响到整个电站的电能供应。
电能的传输
这是此项工程最重要的一项，只有实现电能的远距离无线传输，才能真正将太阳能电站 搬到太空变为可能。 能量的无线传输并不是异想天开，电磁波是载有能量的，利用电磁波传输能量已经被广泛使用了。RF 射频卡——即所谓的非接触式 IC 卡，相信大家都不陌生，读卡器发出的信号 中包括了电源信号，与卡本身的 L/C 震荡电路发生谐振，从而产生能量来供芯片工作。
但是对于电站来说，以上技术还远远不够。从太空向地面传回电能需要极高的能量密度 以及精确的定向传输。
激光的极高相干性的特点使得其成为远距离传输能量的首选，为了能更好的穿越大气 层，选择波长更长的红外线或者微波。不选在可见光区域是为了避免能量传输时对人的视觉 造成太大影响。
激光的接收以及转换为电能，因为工程需要传输的能量很大，高密 度的能量会对周围的电场磁场造成影响，因此地面接收站选在了南极或者北极。需要接收的 是高密度的能量信号而非载信息信号，需要极高灵敏度的半导体器件将其转化为电能并将其 输送到全球。
空间太阳能发电站
人类已经进入了21 世纪。新世纪中人类要解决日益严重的环境污染、资源短缺和人口膨胀3 大问题，其中环境和资源这两个问题都与发电有着密切的关系。迄今，人类发电用的能源绝大部分是来自地下的矿物燃料--石油、煤炭、天然气等。千百年来，矿物燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，不仅严重污染大气，而且产生温室效应，导致全球气候发生变化。 同时，矿物燃料是一种不可再生的地球资源，目前地球上最广泛使用的矿石能源已经濒临枯竭，人类正在积极寻找新的替代能源，风能、水能、核能、太阳能等均是人类探索的前沿；而其中太阳能作为一种取之不尽、完全清洁无污染的新型能源更是受人瞩目。 太阳辐射功率为 3.8*1023W，地球上接受到的仅仅是总辐射量的 22 亿分之一，而由于大气蹭的衰减，最后大约有 8.5*1016W到达地面，但是仅仅这些已经是全球发电总量的几十万倍了，因此太阳能是一个非常理想的替代能源。
太阳能发电站需要较大的场地以及持久的日照，在地球表面，由于地面昼夜和天气的变 化，因此在地球上建立大型太阳能电站会受到相应的限制。而太空正是一个避免这些干扰、 建立太阳能发电站的理想场所。当人们开始向太空进军的时候，开发太空，在太空中建立太 阳能发电站便是一个绝佳的选择。
在太空中建立太阳能发电站的工程中遇到的主要问题有空间站的组建、太阳能发电设 备、设备的安装及维护、电能的储存以及传输等。
空间站的建设
建设空间太阳能发电站必然需要建设相应的空间站，这其中包括了发电站的控制系统、维护系统、人员临时或永久的居住系统等。
空间站的理想轨道应选择在地球上空 3.6 万 Km 的地球同步轨道，由于相对于地面静止、 且距地球较近，控制和传输电能都相对方便很多，而且可以随时传输。但是由于地球同步轨 道离地球较近，空间紧张，各种通讯卫星等都需要占用这个轨道。因此这个轨道资源比较珍 贵，在这里建立大型的空间太阳能发电站可能会对其他航天领域造成影响。 另外一个可选的轨道是绕地球的月球轨道，距地球 30 万公里。虽然这里距地球较远， 工程建设难度会相应增大，但是考虑到可以建立月球前沿基地等因素，加上这个轨道受地球 阴影的影响比同步轨道小许多，可以有效的延长发电时间，因此月球轨道是个不错的选择。 而且由于这个轨道较大，可以考虑建立多个空间太阳能发电站以满足地球日益增长的能量需 求
。
空间站更主要任务则是负责电站和地面的电能传输。同时为了避免因为空间站 建设在月球轨道而带来的电能传输时间受限制的问题，考虑将地面接收站建立在南极或者北 极地区。这样还可以避免了高密度能量传输时对周边的影响。
太阳能发电设备
空间太阳能发电站的核心便是太阳能发电设备了，利用众多太阳能板收集太阳能并最终 将其转化为电能。太阳能电池种类包括了目前应用广泛的半导体太阳能电池。
半导体太阳能电池的主要结构是一个 p-n 结半导体材料，太阳光照在半导体 p-n 结上， 半导体吸收光子后产生空穴-电子对，在 p-n 结电场的作用下，空穴由 n 区流向 p 区，电子由 p 区流向 n 区，接通电路后就形成电流。
设备的安装及维护
未来在太空建造太阳电站时，简单的、规范化的组装任务由结构和部件模块自主完成, 复杂的组装、维修和服务任务由机器人辅助完成。因此，要在航天飞机和国际空间站的遥控操作臂的基础上，发展遥控机器人，继而研制6 自由度的机器人。
6 自由度的机器人简化模型
电能的储存
在太阳能发电站中，另一重要的设备是电能的储存设备，由于建立的空间电站规模较大， 所以对电能的储存也提出了较高的要求。由于传统的储电设备都不能完全符合太空高密度储 能的需求，同时由于太空的超低温特点，用超导体储电技术。
某些金属、合金和化合物，在温度降到绝对零度附近某一特定温度时，它们的电阻率突 然减小到无法测量的现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质叫做超导体，这一特定的 温度成为该物质的临界超导温度。1911 年，荷兰科学家昂内斯(Ones)首次发现了这个现象， 他用液氦冷却汞，当温度下降到 4.2K 时, 水银的电阻完全消。后来又陆续发现了临界温度更 高的材料。
由于超导体的内阻为零，因此用超导体做成一个线圈，如果线圈内有电流，则其将一直维持而不会衰减。利用超导体的此特性，不仅可以达到无耗储电的目的，还可以实现电能的 长时间存储。
宇宙的背景辐射大约为 4K ，完全可以达到许多超导体的临界超导温度，是使用超导材 料的理想之地。利用超导体材料制作线圈，由于对储能要求较高，为了避免线圈电流过大， 需要采用较多线圈的并联。充电时依次向每个线圈注入电流即可，放电时控制同时放电的线 圈的数目即可控制放电电流。
对于此空间电站来说，可以选择集中存储，即专门建立存储电能的空间设施，这样的好 处是设计简单，便于管理。缺点是危险系数较大，全电站的电能全部集中在一起，对储能设 备的要求较高，而且一旦出问题，整个电站都将无法工作。因此更倾向于采用分散存储，即 为每个基站设计相应的储能设备，虽然设计起来会比较复杂、维护的成本也会较高。但是每 个基站建立之后，设备的更新会变得相对容易，而最大的又是便是安全性较高，某个基站的 储能设备出问题不会影响到整个电站的电能供应。
电能的传输
这是此项工程最重要的一项，只有实现电能的远距离无线传输，才能真正将太阳能电站 搬到太空变为可能。 能量的无线传输并不是异想天开，电磁波是载有能量的，利用电磁波传输能量已经被广泛使用了。RF 射频卡——即所谓的非接触式 IC 卡，相信大家都不陌生，读卡器发出的信号 中包括了电源信号，与卡本身的 L/C 震荡电路发生谐振，从而产生能量来供芯片工作。
但是对于电站来说，以上技术还远远不够。从太空向地面传回电能需要极高的能量密度 以及精确的定向传输。
激光的极高相干性的特点使得其成为远距离传输能量的首选，为了能更好的穿越大气 层，选择波长更长的红外线或者微波。不选在可见光区域是为了避免能量传输时对人的视觉 造成太大影响。
激光的接收以及转换为电能，因为工程需要传输的能量很大，高密 度的能量会对周围的电场磁场造成影响，因此地面接收站选在了南极或者北极。需要接收的 是高密度的能量信号而非载信息信号，需要极高灵敏度的半导体器件将其转化为电能并将其 输送到全球。