我们知道，机器人是一种通用机械系统，它也像人一样，可以在事先未知的环境条件下完成各种各样的任务，具有对外界环境的感知、推理、判断和决策的功能。但必须指出的一点是，人们也早已意识到并非所有的机器人都能到太空中去工作，因为空间环境与地面环境有着天壤之别。空间机器人工作在微重力、高真空、超低温、强辐射、照明差的环境里，因此与地面机器人有着很大的差别。在失重状态下，只要加速度不太大，纤纤细手也可挪动庞然大物。譬如说，航天飞机上的遥控机械手，是用复合材料制成的6自由度的机械臂，长达15米，自重400千克，在地面上虽然软弱无力，连自身重量的物体都抬不起来，然而，一到太空却能举起几十吨重的载荷。但凡事有利必有弊，在失重状态下，只要对物体稍加推动，它就立即飞走，这给操作带来诸多不便，特别是给视觉识别带来麻烦。比如说，在地面上，放在工作台上的物体总是以固定面朝向视觉镜头，而在太空，漂浮的工件可以任何方位朝向镜头。这样空间机器人就必须具备三维视觉系统，还需配以特殊的标志码来识别物体及其方位。并且要求手指能灵活地选择所要抓取的方位上的物体，并带有接近觉、触觉、滑动觉、力觉等智能传感器，以便配合视觉系统来完成操作任务。在失重状态下，任何物体包括机器人本身都是处在漂浮状态，这样空间机器人必须是多臂型。一只固定用手臂抓牢某个结构件而稳住自身，一只操作手臂稳住工件，另一只操作手臂用来完成操作任务。而在高真空条件下，空间机器人的活动关节，与地面上的机器人活动关节也有本质上的差别，它需要采用固体润滑，并且要解决高真空条件下的金属冷焊问题。由于空间的微重力环境，操作手的动力方程与地面有较大差异，因此说空间机器人是一种特殊形式的机器人。
值得一提的是，被选聘到太空工作的空间机器人，除了要能适应空间环境，还必须具备体积小、重量轻、挠性大；智能高、功能全、多臂型；微功耗、长寿命、高可靠等特性。而空间机器人在太空主要从事的工作则是：空间建筑与装配；卫星和其他航天器的维护和修理；空间生产和科学实验。
美国研制的空间机器人空间建筑与装配是空间机器人的一大任务，尤其是在空间建设的初期阶段。一些大型结构件，如无线电天线和太阳能电池帆板的安装，大型桁架及各舱段的组装等舱外活动，这些都离不开空间机器人。空间机器人去舱外将承担大型构件的搬运、构件与构件之间的联结紧固、有毒或危险品的处理等一系列任务。据估计，空间建筑一半以上的任务，将落在能进行舱外活动的机器人身上。舱外活动机器人的特点是，在其末端操作器上带有高级遥控装置，可多臂协同工作，并配有工具夹和供货盘，由现场的计算机和专家系统给出工作指令，完成各种建造任务。
随着空间活动的不断深入，人类在太空中的财产将会越来越多，世界各国已向太空发射了很多航天器，其中人造地球卫星约占90％。而这些卫星一旦发生故障，丢弃它们再发射新的卫星，一是很不经济，二是增加了空间垃圾，因此必须设法加以修理。而空间机器人将会把出现故障的卫星从轨道上抓回来，带到空间站上去修理，然后再用辅助火箭或轨道机动飞行器，将修复的卫星放回太空轨道上。倘若有的航天器不能带回空间站修理，大多利用智能机器人乘坐自由飞行器去执行任务，对某些部件进行拆卸和再组装，或者对构件进行切割和焊接。事实上，有很多航天器，为了延长它的工作寿命，需要不断补给被消耗的物资，如照相胶片、氮气、燃料、冷却剂等。在这些物资中，有的是有毒物质，有的则具有强腐蚀性，有的低温冷冻，在失重状态下很难处理。而派舱外服务机器人去执行这些任务，既经济，又安全，可谓是两全其美。舱外服务机器人携带全向天线，以便与空间站保持通信。除此之外，还带有激光雷达和彩色立体视觉系统，用以导航和识别目标。并且，机器人手指上装有触觉传感器、滑觉传感器、接近觉传感器，腕臂上装有力觉传感器，用以增加操作的灵活性和精确程度。体内可携带工作所需的工具、元器件。需要时可乘坐喷气背包飞离空间站去执行各项任务。
而舱内机器人则主要为科学有效载荷服务，因此，应按照实验的要求来选择机器人，可供选择的品种是很多的。他们不仅要执行应急和修理任务，而且要执行像添加反应物、产品收获、中间采样分析、搜集各种样品等一系列任务。舱内机器人的存在大大减轻了航天员的劳动强度和紧张情绪，并可在航天员离开现场时作为替补参与工作。有一种被科学家命名为“蜘蛛王”的小型舱内机器人，通过8根凯夫拉绳与机器人的工作环境相连接。这些凯夫拉绳从“蜘蛛王”身躯的边角延伸到工作空间各个触点上。通过增大或减小特定绳的拉力，机器人便可在整个工作间内移动，其位置精确度和重复率高得令人吃惊。
所以说，空间机器人在太空科技工业生产活动中，无论是在提高安全性方面，还是在提高生产效率和经济效益方面，都起着难以估量的作用。随着航天活动的不断深入，空间机器人必将得到新的发展。在不久的将来，当人类重返月球，飞向火星，飞出太阳系之际，空间机器人将以崭新的面貌大显神威！
康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基
齐奥尔科夫斯基是现代宇宙航行学的奠基人。他最先论证了利用火箭进行星际交通、制造人造地球卫星和近地轨道站的可能性，指出发展宇航和制造火箭的合理途径，找到了火箭和液体发动机结构的一系列重要工程技术解决方案，他有一句名言：“地球是人类的摇篮，但人类不可能永远被束缚在摇篮里。”
太空工厂
人们早已意识到，太空将逐步成为人类赖以生存的巨大的资源宝库。目前，科学研究已经发现，月球和其他行星上存在着大量铁、硅等资源，而且人类进入地球轨道和外层空间后发现，资源不仅仅是人们传统意义上理解的矿藏，特殊的环境和条件也是人类可以利用的重要资源。太空的高远位置、空间微重力环境、强宇宙粒子射线辐射和高真空环境都是极其宝贵的资源，这些不同于地球的资源，将在未来的十年中促使人类的高科技发生一次大的革命。
太空的微重力状态有助于人类进行更广泛领域的新材料加工。由于地面和空间环境有别，所以加工材料可利用的外界条件不同，空间实际上是人类所需要探索研究的新领域。利用特殊的空间资源，可以生产在地面上难以生产或生产效率很低的材料。微重力和超真空提供了制造纯度极高的大块半导体晶体的可能性。
单晶硅和砷化镓之类的半导体晶体是电子工业的基础。但地面上形成的半导体块很小，且由于对流的影响，晶体的纯度和均匀度都较差，使最后制成的集成电路块的某些电路失效。在太空微重力环境下，因未受对流的干扰，形成的半导体晶体不仅块大，而且均匀度极好，几乎是无瑕的。电子与计算机工业的迅速发展，对高性能大规模集成电路的需求日益增加，科学家们已把注意力集中到能够代表下一代器件材料的砷化镓上。这种材料具有开关速度高、功耗低、温度性能好、抗辐射性强并且具有能够发出相干光的优点。大量生产高质量的砷化镓看来只有在太空环境中才能实现。光学纤维作为信号载体已获得了日益广泛的应用。地面制的光纤存在着内应力的缺陷，杂质含量较大，从而对通信信号造成很大衰减。在地面上生产光学玻璃和陶瓷超导材料同样不能得到满意的结果。
在空间微重力环境下加工生产，通过改变材料成分和微结构，可以使其性能大为提高。微重力环境对防止晶化、消除杂质和损伤，以及在高温下加工和表面处理具有深远的意义。这些材料对于激光技术和激光器件、光学探测技术、红外发射器技术、光纤通信技术、超导技术的发展将产生巨大的积极影响。聚苯乙烯微球在校准电子显微镜和滤光板、医学诊断上有广泛用途。在地面上进行聚合反应时，由于存在沉积作用和形成乳状液现象，很难形成均匀的微球。而在太空环境中，直径小于2微米和大于40微米的聚苯乙烯微球很容易制造。
在太空中另一类重要的生产加工领域是合金和特种材料与产品。在微重力条件下利用混溶隙和汽相合金加工的方法，会形成新的合金结构和特性。在空间出现的凝固现象甚至还会改进合金系统的许多特性。在太空中还可以制造出性能优异的铸件、超薄薄膜、高纯材料、耐酸腐蚀材料、多性能材料（如可锻钨）等。太空工业化有可能使重要的高科技领域──材料科学发生革命性变化。
同样利用太空的微重力状态可以进行细胞、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变化，从而产生出更多更有价值的新物质。外太空环境的奇特性不光在集成电路、农业育种等领域得到广泛利用，它同时也为生物材料加工提供了更高更快的分离纯度和速度，由此人们可以生产出大量新的高纯度的珍贵药物，癌症、艾滋病等现代医学尚未攻克的疾病或许有望不再成为绝症。
利用外太空进行商业化活动，是人类文明发展的必然趋势。在未来十年内，人类或许将登上月球以外的其他小行星。美国航天界曾预言，在不久的将来，将有在地球与近地轨道之间航行的新型航天货运客机问世，把在太空中生产的新材料运回地面。在未来30年或者更久一些，人类将陆续建成太空港，在月球、火星以及其他一些小行星上居住，建立太空工厂、开矿、发展农业经济，等等。
太空工厂是人类将上述梦想化为现实的一个新的举措。太空工厂指利用外层空间特殊的环境和条件，如高真空、强辐射和航天器产生的零重力，加工生产某些性能优异的新材料、新产品的大型航天器。
未来的太空工厂生产任务分两种类型。（1）利用零重力、高真空的空间环境，生产地球上急需的优质大型单晶体、火箭和航天用器的高强度复合材料、光学仪器用高级玻璃、原子反应堆用的耐高温金属材料及高纯度药品等。（2）开发月球或其他行星上的原材料，生产空间用的大型结构，如光学与射电天文观测仪器、远空间研究实验室、太阳能发电站和永久性空间住宅等。
20世纪70年代，美国在“天空实验室”上的试验表明，天上生产的单晶体可比地面上的大10倍。在零重力条件下，晶体的晶格排列整齐，晶体生长均匀，大大提高晶体的完善性。采用无容器的悬浮生长，避免容器污染，可获得高纯度晶体。用这种大型、高质量的单晶体，可在单片晶体上实现一个子系统（如存储系统），或制作成单片晶体的计算机，有利于提高计算机的可靠性、存储容量和运算速度。大型高质量单晶体用于固体激光器中，可大大提高功率。
太空工厂的产品实验
目前美国科学家正在进行“用声音创造有形世界”的研究。而这个研究的背景就是太空环境。
这一研究源自一群研究生的奇思妙想———你能仅仅用声音创造出一个固态的三维物体吗？
这听起来似乎有些不可理喻，但美国佐治亚科研所的这几名研究生认为，这一设想绝不是在盼着天上掉馅饼。他们计划在明年发射的美国航天飞机上建一个“声音工厂”进行这项实验。
到目前为止，这一计划进行的前期实验所取得的成功让所有参与者都惊叹不已。每年美国航空航天局都为学生安排一段时间，让学生在KC－135飞机上进行一些让人看好的实验。KC－135飞机每次飞行时间为2至3小时，其间飞机以40个到60个抛物线轨迹飞行，每次作抛物线飞行时，研究人员大约有30秒钟的时间处于失重状态，他们的实验就是在这一特殊环境下进行的。
这群研究生的计划是这样开始的：他们找到佐治亚科研所空间工程系教授科默拉斯作为导师，并从一本名为《在失重状态下进行学术研究的机会》的书中发现一个研究课题———利用声音在一个屋子里悬浮起一小块物质。这一构想实际上是将某种物质融化，然后使其在失重状态下冷却，可以使之形成一个球状物。科学家认为，学生们的实验一旦成功，对于精密仪器制造业将是一个很大的推动。
科学家说，这一构想实际是“声音悬浮”现象，研究是有可能实现的。在密封的房间里，声波从前方的墙壁传到后墙，然后再反射回来，与新的声波重叠，如果房间的长度正好与声音的波长一致，发出的声波与反射回来的声波在同一时间会结合成一道“直立的波”，而这一“直立的波”是寂静无声的。由于周围气压高，任何物体一旦处于“直立的波”的位置，移动起来会很困难。
