各国建立空间太阳能发电站
随着人口的急剧增长，地球人正面临着能源危机和环境恶化问题，而太阳是取之不尽的能源。电能、煤、汽油和天然气等是现今人类生存的主要能源，而电能是不形成污染的最好能源。但是，火力发电形成污染而且要燃烧许多煤炭。水力发电虽然好，但水资源极其缺乏，许多地方生活用水都成问题，发电就更谈不上了。尽管核能是一种极具潜力的能源，已经在不少国家利用，但是核电站易出问题，会对人类生存环境造成危害，核废料处理也是个大问题。因此，科学家认为，可以利用的最好的能源是太阳能。
太阳是一个取之不尽、用之不竭的洁净能源宝库。由于太阳光被地球大气层反射、折射、散射和吸收后大大减少，太阳所散发的热量中只有极少的能量到达地球，尽管如此，地球每秒钟所获得的能量仍然相当于燃烧500万吨优质煤所发出的能量。而且地面上有白天和晚上之分，晚上没有太阳，可利用的时间就减少一半，特别是赶上阴天和雨天，可利用的时间又将减少，因此，在地面上利用太阳光的效率不高。而如果在太空建立太阳能发电站，其应用价值是巨大的。因此，目前一些发达国家正在研究试验建造太空发电站，以开发新的能源。因此，毫无疑问，利用航天技术，建造空间发电站，是人类应对能源和环境危机的重要手段。
建设空间太阳能发电站
虽然有的专家认为，建设空间太阳能发电站不仅存在着技术上的风险，而且在经济上也不可承受，但是，几十年来，对发展空间太阳能发电站的研究一刻也没有停步。美国、欧洲和日本的科学家都竞相开展相关技术与方案研究，在许多方面取得了积极的进展。
据有关资料显示，在过去的30年来，美国航空航天局和能源部耗资8000万美元对天基太阳能发电概念进行过大量的研究工作。“9·11”事件之后，反恐战争改变了美国的国家安全战略，天基太阳能发电站技术及其解决方案再次成为关注重点。美国在20世纪70年代就投入经费进行空间太阳能发电站（SPS）系统和关键技术进行研究，并且提出5GW的“1979 SPS基准系统”方案。1995年7月，NASA开展了重新评估空间太阳能发电站可行性的研究，并且提出多种创新方案。1999年，NASA在2年内投资2200万美元，开展了“空间太阳能发电站探索性研究和技术计划”，提出空间太阳能发电站发展的技术路线图，计划于2030年实现1 GW商业系统运行。2007年美国国防部组织专家完成了中期评估报告，引起新一轮空间太阳能发电站研究热潮。2009年，美国太平洋天然气与电力公司（PG&E）宣布，与Solaren公司签署协议，正式向Solaren购买电力20万千瓦。2010年5月，国际SPS学生竞赛发布。2010年5月，美国空间协会主办的2010国际空间发展会议（ISDC）的主题定为空间太阳能发电站。
日本从20世纪80年代就开始进行SPS概念和关键技术研究。共有200多名科学家参加15个技术工作组，从20世纪90年代起陆续推出了SPS2000、SPS2001、SPS2002、SPS2003、分布式绳系SPS系统等设计概念。2003年2月，日本提出了“促进空间太阳能利用”计划，目标是在20至30年后实现商业化，并提出了SPS发展路线图。第一步是开展几十千瓦的小型系统验证，验证微波和激光的无线能量传输技术。第二步是在国际空间站周围进行10MW级的大型可展开结构的机器人组装技术验证。第三步是在GEO轨道上建造SPS的验证系统，最终在GEO轨道上建一个GW级的商业空间太阳发电系统。2009年，日本宣布以三菱公司为主的集团将在2030—2040年间建设世界第一个GW级商业SPS系统，总投资额将超过200亿美元。
欧洲在1998年开展了“空间及探索利用的系统概念、结构和技术研究”计划，提出了名为太阳帆塔的概念设计。2002年8月，欧空局先进概念团队组建了欧洲空间太阳能发电站研究网，重点在高效多层太阳能电池、薄膜太阳电池、高效微波转化器、极轻型大型结构等先进技术方面开展研究工作。
目前，世界上已经出台了多个典型的空间太阳能发电站方案。
1979 SPS基准系统
1979 SPS基准系统是第一个比较完整的空间太阳能发电站的系统设计方案，由美国在1979年完成，以全美国一半的发电量为目标进行设计。其设计方案为在地球静止轨道上布置60个发电能力各为5GW的发电卫星。
分布式绳系卫星系统
为减小单个模块的复杂性和重量， 日本提出了分布式绳系卫星的概念。其基本单元由尺寸为100米×95米的单元板和卫星平台组成，单元板和卫星平台间采用4根2000米～10000千米的绳系悬挂在一起。单元板为太阳电池、微波转换装置和发射天线组成的夹层结构板，共包含3800个模块。每个单元板的总重约为42.5吨，微波能量传输功率为2.1MW。由25块单元板组成子板，25块子板组成整个系统。该设计方案的模块化设计思想非常清晰，有利于系统的组装、维护。但系统的质量仍显巨大，特别是利用效率较低。
集成对称聚光系统
NASA在20世纪90年代末的SERT研究计划中提出新一代的集成对称聚光系统的设计方案。采用了位于桅杆两边的大型蚌壳状聚光器将太阳能反射到两个位于中央的光伏阵列。聚光器面向太阳，桅杆、电池阵、发射阵作为一体，旋转对地。聚光器与桅杆间相互旋转维持每天的轨道变化和季节变化。
每个聚光器由36面平面镜组成，直径为4555米，表面平面度05度，镜面反射率为0.9，镜面为0.5毫米Kapton材料，依靠一个环形可膨胀环和一个可膨胀背板支撑。安装在聚光器结构板上，形成主镜。桅杆长6373米，主镜焦距超过10米。主镜尺寸为3559米× 3642米。
PV阵的平均聚光率大约为4.25，建议采用量子点技术，到2025年可能达到的技术指标为1000W/kg和550W/m2，阵列效率可达到39%。 PV阵采用了肋化设计，可以增强散热20%。 PV阵背板结构是一个可膨胀环网。每个1000米直径电池阵由40米× 25.6米的子阵组成。
为了减小由于电池阵到微波转换器的长距离产生的能量损失和质量，从电池阵到发射天线采用的电压为100kV。由于电池阵电压为1000V，固态放大器工作电压为80V，所以需要两方面的电压转换，电压转化装置是影响电源管理与分配部分的主要质量因素。如果采用6000V的磁控管，并将电力分配电压降为6000V，就可以减小或消除电压变换装置。
欧洲太阳帆塔
欧洲在1998年“空间及探索利用的系统概念、结构和技术研究”计划中提出了欧洲太阳帆塔的概念。
该方案设计的基础是基于美国提出的太阳塔概念，但是采用了许多新技术。其中最主要的是采用了可展开的轻型结构——太阳帆。可以大大降低系统的总重量、减小系统的装配难度。其中每一块太阳帆电池阵为一个模块，尺寸为150米× 150米，发射入轨后自动展开，在低地轨道进行系统组装，再通过电推力器转移至地球同步轨道。该方案采用梯度稳定方式实现发射天线对地球定向，所以太阳帆板无法实现持续对日定向。
发展空间太阳能发电站面临巨大挑战。 目前建设空间太阳能发电站首先是技术难题。
空间太阳能发电站是一个巨大的工程，对于现有的航天器技术提出了很大的挑战：规模大，质量达到万吨以上，比目前的卫星高出4个数量级，需要采用新材料和新型运载技术；面积达到数千米，比目前的卫星高出6个数量级，需要采用特殊的结构、空间组装和姿态控制技术；功率大，发电功率为GW，比目前的卫星高出6个数量级，需要特别的电源管理和热控技术；寿命长，至少达到30年，比目前的卫星高出一倍以上，需要新材料和在轨维护技术；效率高，需要先进的空间太阳能转化技术和微波转化传输技术。
其次是成本问题。据有关专家估算，建设一个天基太阳能发电站需要耗资3000亿至1万亿美元。因此，成本问题可能是制约空间太阳能发电站发展的主要因素。
第三是环境影响。虽然空间太阳能发电站功率很大，但由于微波能量传输距离有36000千米，根据微波能量传输特性，实际接收天线的能量密度比较低。
第四是运行问题。运行中还有许多问题，其中包括需采取相应的措施对波束进行安全控制问题、对于飞行器的影响、空间碎片可以对空间太阳能发电站造成局部损害、易攻击性、可能成为空间垃圾等。
第五是军事用途。空间太阳能发电站（特别是微波能量传输型）不具有特别的攻击能力，但作为一个大功率空间电源系统，与其他军事技术的结合有可能成为攻击性武器。另一方面，空间太阳能发电站可以用于军事设施的无线供电，间接应用于军事用途。根据一些专家的建议，在发展空间太阳能发电站时，要加强国际监督，确保空间太阳能发电站不成为军事武器。
第六是轨道和频率问题。根据联合国《外层空间条约》规定：卫星频率和轨道资源是全人类共有的国际资源，各国都可以依据国际规则开发利用。依据国际规则，在卫星投入使用前不早于5年，但不晚于2年，向ITU申报并公布拟使用的卫星频率和轨道资源，先申报国家具有优先使用权。轨道和频率资源也将成为空间太阳能发电站发展的重要限制条件之一。
第七是产能、发射能力。一个5GW空间太阳能发电站系统的质量大约有数万吨，甚至与人类航天50年发射的重量差不多。空间太阳能发电站是一个巨大的工程，为了实现商业化和低成本，应当规模化、产业化。对于现有的航天器制造和发射能力提出非常高的要求，从材料、研制、测试、发射、在轨操作等方面都远远超过了现有能力。
近十多年来，空间太阳能发电站关键技术有了很大的进步。从世界发展趋势预测，至2020年世界上将建造规模不同的试验验证空间发电站，在空间取得经验后，估计2030年空间电力产业将进入商业化阶段，美国、日本等国将处于世界领先地位。而至2050年空间太阳能发电站提供的电力将占全球的20%以上。
目前，国内空间太阳能发电站研究还处于刚刚起步的阶段。主要活动和工作还处于相关单位、研究院所、大学、相关专家自发状态。2009年，国内多位专家上报中央，建议发展空间太阳能发电站；国内相关单位结合其他项目在高效太阳能发电、特殊材料、大型展开结构、在轨维护等关键技术方面开展了初步研究工作。
2010年8月25日，在中国空间技术研究院主办的空间太阳能发电站发展技术全国研讨会上，专家们认为，航天领域经过50多年的飞速发展取得巨大的进步，特别是载人登月和国际空间站的建成是人类最具里程碑的航天成就，为空间太阳能发电站的发展提供了较好的技术基础；我国已成功地发射了100多颗卫星和7艘飞船。未来十年左右将要建设的空间站，将给我国空间太阳能发电站的发展带来很大的机遇；我国新一代运载火箭和未来可能发展的重型运载将大幅提升我国进入空间的能力，为建站提供了条件；我国空间技术和空间工业基础的发展，将为我们进一步利用开发空间资源开辟新的空间，使我国在空间太阳能发电涉及的空间资源分配和国际市场上拥有一席之地。有的专家建议，我国政府必须高度重视，尽快启动空间太阳能发电站计划，把这一使用的工程纳入到发展计划之中，尽快实现由民间到官方的转变。
与会的院士和专家第一次提出了我国空间太阳能发电站发展目标的建议：以大规模地面应为最终目标，同时结合空间应用及宇宙探索等方向，开展空间太阳能发电站系统和关键技术研究。利用地面和空间开展多阶段、多层次的技术和系统试验验证，逐渐实现空间太阳能发电站关键技术实用化和空间太阳能发电站系统的商业化，为我国社会的长期可持续发展和经济实力的战略提升提供重要的可再生能源。
在总结我国几十年对空间太阳能发电站跟踪研究成果的基础上，与会专家提出了我国空间太阳能发电站发展的步骤及建议。专家提出的我国空间太阳能发电站发展“路线图”概括起来主要分为四个发展阶段。
第一阶段：2011—2020年
充分分析空间太阳能发电站的应用需求，开展空间太阳能发电站系统方案详细设计和关键技术研究，进行关键技术验证，突破关键技术为建设空间太阳能发电站做准备。
我们知道，从20世纪60年代以来，人类迄今为止从技术到实践多个层面上论证了空间太阳能发电站的可行性，从卫星通信的实践证明从太空轨道上向地面发射微波是完全可行的，但是，把从太空中获取的太阳能转变为可以进入输电网络的电能，至今为止，还没有成功实现。尽管近些年来，相关多种技术取得了重大进展，光电效率（即光能转化为电能的转换率）大约10年前只有10%，而现在已经达到40%，但怎样把从太空中获取的太阳能转化为可以使用的电能，必须在地面上进行大功率无线能量传输试验，掌握原理，突破关键技术；比如，太阳能发电站的基础是一个大型空间结构，为了实现尺度巨大的太阳能发电站，需要大型空间结构具有可展开功能，可实现由折叠状态到展开状态的转换，在发射时为折叠状态，到达轨道后再完全展开并保持构形， 目前科学家的设想是在近地轨道上先组装完成大型太阳能发电站，再通过安装在太阳能发电站上的火箭发动机把这个大型结构推到地球静止轨道上，整个过程是一个巨大的航天工程，要靠机器人和航天员共同完成。到底怎样在地球轨道上组装空间太阳能发电站，需要先在地面上进行大型结构展开及装配技术试验，完成这一试验获取新的经验后，再到空间站上，依托空间站进行大型结构展开及装配技术试验；再比如，空间到地面，电能的传输不可能架设电线，到底应该用什么技术传输，还处于研究探索中，必须通过不同条件进行试验来获得，目前，空间电能传输方式主要有两种：一种是基于微波传输技术的空间太阳能系统，一种是激光传输技术的空间太阳能系统。这些传输方式都有大量的技术需要探索和试验。我国科学家设想在未来10年里，先进行地面对平流层飞艇无线能量传输试验和平流层飞艇对地面无线能量传输试验，而后再提高试验的高度，进行空间站对地面大功率无线能量传输试验，等等，当获得了一些经验后，还要发射关键技术验证专用卫星。
第二阶段：2021—2025年
利用我国的空间站平台，在航天员的参与下，进行我国第一个空间太阳能发电站系统——低轨100kw演示验证系统研制，在2025年开展系统验证。重点验证大型结构的空间展开及装配，大型空间聚光系统及其控制，大功率电源管理系统，大型结构的姿态控制技术，无线能量传输技术（激光、微波），空间太阳能发电站的运行维护管理等。
第三阶段：2026—2040年
在低轨关键技术验证的基础上，进一步研究经济上和技术上更为可行的空间太阳能发电站系统方案和关键技术，突破轨道间大功率电推进技术，研制地球同步轨道10MW验证系统，大约在2030年左右发射，进行空间—地面、空间—空间无线能量传输，开展系统验证，为商业系统的研制提供重要的运行参数。系统运行寿命为10年。
初步考虑该系统在低轨进行自主空间组装，并利用空间站和航天员进行部分组装工作，并解决空间装配中出现的问题，组装测试完毕后，整体运送到地球同步轨道。
第四阶段：2036—2050年
结合验证系统的运行状况，结合技术发展，研制我国第一个商业化空间太阳能发电站系统，具体规模将根据商业需求而定（100MW以上），实现空间太阳能发电站商业运行，运行寿命为30年以上。
专家们建议：考虑到发展空间太阳能发电站的战略紧迫性、技术难度和较长的研究周期，空间太阳能发电站的发展应当引起特别的重视，从资金、组织和研究人员方面大力支持开展基础研究；设立空间太阳能发电站重大研究专项，联合航天、能源等相关领域专家成立专题研究组织，联合开展空间太阳能发电站研究。以商业化系统建设为目标，制定空间太阳能发电站发展战略和中长期发展规划；作为未来的长远发展的大工程，鼓励私营企业参与空间太阳能发电站的研究发展；加强国际合作。在政府、研究机构和企业层面，与国际空间太阳能发电站发展较快的国家开展广泛、深入的合作。
建造空间太阳能发电站不仅涉及的技术非常复杂，需要的经费也是天文数字，其难度远比载人航天、阿波罗登月、GPS系统的建立要大得多，可以说是人类前所未有的重大航天工程。尽管前进的道路上注定充满荆棘，但人类必将义无反顾地向着胜利的坦途走去，迎来那激动人心的时刻。让我们仰望太空，翘首以待。