由于月球既绕自身的旋转轴旋转，又绕地球转圈，两种转动是同步一致的，即月球自转一圈，同时也绕着地球转过一周，因此，月球就能始终以它的一面对着地球，如同同步通信卫星固定在地球上空一般，这样就便于激光器或微波器安置在向地球的一面，使它们能正好直接向地面发射激光或微波束，把电力送到地球上。地球上设有地面接收站，能接收从月球发来的激光或微波束，并将它们变成电能输入电网，供用户使用。
能源危机是21世纪人类社会生存、发展面临的最严重问题之一，开发月球上“洁净”的核能与太阳能，给人类未来展示了美好的前景。
目前，氦3在月球上的分布特征还不是很清楚，因而它的提取是世界各国科学家面临的一大难题，只有通过大量的探测和重返月球进行实地考察，才能获得较为满意的回答。我国探月工程的一项重要计划，就是对氦-3含量和分布进行一次详细勘察，为人类未来利用月球核能奠定基础。
天上的都市
地球上的人口已超过50亿，直逼60亿的红线，环境污染、资源匮乏、人口膨胀、土地减少在困扰着人类，到哪里去开辟新的家园？科学家把眼光投向了太空这块世外桃源。
这个未来的天上都市应该建在哪里呢？大家知道，近地轨道上运行的飞行器，即便空气非常稀薄也会使它慢慢减速而坠落，而远离地球数万公里的同步卫星寿命也只有几十年。因此，天上的都市必须建在远离地球的地方，但是太远了，它又会摆脱地球的束缚，远离地球而去。科学家们计算发现，在月球的轨道上有一些特殊的点，太阳、地球、月球的引力相互平衡。物体在这些点上不会轻易离开自己的位置，具有永久性。因此，科学家们认为太空城市应该建在太空中的这些特殊的点上。
“地址”选好了，那未来的天上都市该建成什么样子呢？科学家们提出了许多方案。美国科学家奥尼尔在他的《高边疆：人类的太空城》一书中，提出了一个名为“三号岛”的太空城，并设想未来人们可在这种太空城中居住生活。这所未来太空城是一座圆筒形的城市，长32公里，直径6.4公里，里面的居住面积为1300平方公里，可容纳1000万人生活。从城市的一头走到另一头，得花六七个小时。它是全封闭的，生活环境和地球完全一样。
这个圆筒形的太空城市，以中轴为旋转轴，每分钟自转一周，使得圆筒内壁产生一股离心力，正好跟地球表面的重力相等。圆筒的内壁正好是城市的地面。因此，生活在太空城的人，站在此地面上，跟站在地球的地面上的感觉是大同小异的。只是在太空城里，无论站在哪儿，你的头顶都正好正对这圆筒的中轴线。
为了使大圆筒内有充足的阳光，科学家设想将大圆筒的壁分成六大区域：三个居住区和三个天窗区。居住区和天窗区交错排列，一个居住区和一个天窗区相对。天窗区由巨大的玻璃构成，在天窗区的外面还安装有三块巨大的平面反射镜。镜子是由电脑控制的，按照一定的规律转动，将照射到它上面的太阳光以不同的角度反射到太空城里去。反射镜随同大圆筒一起旋转，通过调节反射镜的反射角度和天窗玻璃的色调，太空城的居民不仅能看到蔚蓝色的“天空”，还能观赏到日出和日落。
建造这么一座宏伟的天上都市的建筑材料从哪里来呢？科学家分析了月球岩石标本之后，发现月球岩石中含有丰富的铝、铁、钛、硅、氧等元素。太空城的建筑材料有95%可以从月球找到。我们知道，月球的引力比地球的小得多，把同样重的材料送到太空，从月球出发比从地球出发也要“省力”的多。所以，在建造天上的都市之前，必须首先开发月球，让月球成为人类的建筑材料供应场。
据奥尼尔的设想，在今后二三十年内，在太空中，将出现可居住万人的太空城。到21世纪末期，空间中的各种太空城、空间站和空间工厂将星罗棋布，每年差不多有2亿人往返于地球与太空城之间，进行别有风味的旅行。到那时，每年都有成千上万的地球人到太空城“安家落户”。
科学家估计，只要派150个人上月球，每年可以开采100多万吨矿石。将矿石用磁发射装置抛射到空间冶炼厂，利用太阳能加热、冶炼、加工成铝材、玻璃等各种建筑材料和构件，然后派出太空机器人，到轨道上去进行高空作业，装配建造太空城市。
空间电站
1876年，两位英国科学工作者发现：用硒半导体可以把太阳光直接转变成电能。尽管这种转变的效率只有1%。即用100瓦的太阳光能只能得到1瓦的电能，但这仍是一个历史性的发现和突破！20世纪中叶，科学家已在利用太阳能方面，取得了新的突破，就是能够把太阳能直接转变为电能。随着航天技术的发展，人类正准备在太阳能发电方面实现一次更新的突破——建设空间太阳能发电站。
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。太阳每秒钟供给地球的能量相当于每秒钟燃烧500万吨优质煤所发出的能量，而地球仅仅能得到太阳总辐射能的22亿分之一。如何近距离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。
早在1968年就有科学家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，使建筑超级大型太阳能电池阵或反射镜颇为困难。而在外层空间，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。
如何把庞大的空间电站发射到太空呢？科学家估计，若需获得50亿瓦电力，空间电站物资总量将达4000多吨。按照现有的航天技术只能采用“化整为零，集零成整”的办法了。如何把空间电站发出的电传回地球呢？科学家们提出了两种方案。一种是将电能通过微波由一架小飞机运回地球；另一种是准备在同步轨道上装一面直径为1千米的镜子，将呈微波状态的电能反射传输到所需的地方。人们担心，万一强大的微波技术失控，会不会对人类的健康造成影响？会不会干扰地球的通信联系？科学家们认为只要通过地面信号控制微波发射装置，使它始终对准地面接收站，并将微波泄漏量控制在国际安全标准之内，就不会影响人类的健康和自然界的生态平衡。同时，美国科学家还将设计失控保险装置，万一微波能量失控，可让其在太空中立即自行消散。
天上太阳能电力是一种清洁、安全而又取之不尽、用之不竭的新能源。未来在天上进行太阳能发电，是人类获取能量、摆脱能源危机的主要途径。
近年来，一些国家已经把空间电站建设付诸行动。2009年，日本两家公司宣布他们将在四年内研制出将太空中的电能通过电束直接射回地面的新技术。为此，日本准备在2015年发射一枚安装了太阳能板的小型卫星，以测试将电能通过电束传回地球的有效性。美国的两家公司也在共同致力于一项发电量达200兆瓦的太空发电站项目，该项目预计从2015年开始，将持续15年。
太空工厂
在太空建立工厂，是航天技术发展的一个目标。太空拥有微重力、高真空、超洁净和丰富的太阳能等宝贵资源，有助于人类进行更广泛领域的新材料加工、细胞、蛋白质晶体的生长与培养；宇宙空间充满的各种强烈辐射使种子、微生物以及各种细胞的遗传密码在排列上发生了变化，从而产生出更多更有价值的新物质。
从20世纪70年代以来，苏联和美国利用空间站和航天飞机作了许多空间工业生产的有益探索。
苏联发射的“礼炮”号和“和平”号空间站，对各种空间生产进行了长期实验。礼炮6号空间站在4年又10个月的太空飞行期间，宇航员成功地制取了多种合金以及半导体材料，提取了抗流感疫苗所需的超纯蛋白等；礼炮7号空间站又进行了各种合金、半导体、陶瓷、药物加工等300多项研究实验，为建立空间生产做了准备。1986年2月20日上天的和平号空间站上，专门建立了一个工艺实验和生产车间、一个医药试制车间，这已是空间工厂的雏形。
美国20世纪70年代发射的天空实验室和80年代开始飞行的航天飞机，也都开展了各种太空资源开发的实验和生产。在一次航天飞机太空材料实验中，宇航员将10克重的钨放到一个真空室的底座上，慢慢升高到预定的磁场内，然后，底座下降，而钨则在失重状态下并不能随之下降，而是停留在磁场内。于是，悬浮式的熔炼便开始了。人们用激光或电子束射向钨块，使钨加热升温直到熔化。这时，圆柱型的钨块渐渐变成了一个液体小球。当激光或电子束照射停止后，钨自行冷却并形成了球型单晶钨。这种球状物质外形非常圆，而且纯度相当高，是一种新型的超纯材料。
在这些实验的基础上，科学家们提出了建设太空工厂的方案。从目前情况看，空间站和空间平台是建立空间工厂的理想场地。这两种航天器可在轨道上组装、调试大型设备，进行批量生产，同时也能在轨道上接受来自地面或其他航天运载工具提供的维修设备、回收产品等服务。如果把空间站和空间平台组合一起，用空间站配备高级生命保障系统和各项服务设施，载人到上面工作，用部署在周围的多个专用空间平台从事自动化工业生产，就能在太空长期高产、稳产，收到巨大的经济效益。
