miniatura|upright=1.2|Hàbitat espacial en construcció anomenat Stanford Torus, dibuix artístic per a la NASA, 1975. La colonització de l'espai, o colonització espacial, és el concepte de l'habitabilitat permanent humana fora de la Terra. En l'actualitat, hi ha moltes propostes i especulacions sobre la primera colònia espacial. Es mostra com un objectiu a llarg termini d'alguns programes espacials nacionals. Els llocs potencials per a les colònies espacials inclouen la Lluna, Mart, asteroides i hàbitats espacials flotants lliures. Existeixen grans quantitats de materials necessaris per a aquesta fita, com energia solar i aigua, sent disponibles a la Lluna, Mart, asteroides propers a la Terra o altres cossos planetàris.
Diversos grups de desenvolupament com la NASA, l'ESA, i les agències espacials russa i xinesa, com també altres científics han estudiat la viabilitat dels projectes de les colònies espacials en diverses parts del sistema solar. Encara que han determinat que no hi ha matèries primeres utilitzables a la Lluna i els asteroides propers a la Terra, l'energia solar està disponible en grans quantitats però calen majors i noves descobertes científiques, que han de ser avaluades a través de l'enginyeria, una millor comprensió de l'adaptació humana a l'espai i recursos financers, especialment grans per posar en pràctica aquests projectes. Gairebé tots els projectes es redueixen a un nivell d'avaluació teòrica o han estat abandonats.
L'única presència humana permanent a l'espai és ara la de l'estació espacial internacional, que no és independent. El 2008, l'únic projecte amb un pla de finançament era una base permanent amb quatre astronautes a la Lluna que utilitzaria els recursos locals aportats per la NASA entre 2019 i 2024, però el seu pressupost va ser cancel·lat el 2010. L'ESA i les agències espacials russa, japonesa i la xinesa planegen establir una ubicació d'avançada a la Lluna posteriorment del 2025.
Altres estudis teòrics de colònies a l'espai situen sobre altres satèl·lits naturals, asteroides o planetes com Mart han estat estudiats pels científics, i alguns d'ells pensen que les primeres colònies podrien ser estacions espacials situades en òrbites planetàries o solars. S'han analitzat més estudis ambiciosos, com la colonització de les llunes de Júpiter fins a l'establiment de colònies de centenars de milers d'individus o terraformar certs planetes, però aquests són més teòrics i requereixen grans avenços científics i tecnològics que podrien ser possibles en el molt llarg termini.
El director de la NASA fins al 2009, Michael Griffin, va identificar la colonització de l'espai com l'objectiu final dels programes espacials actuals, però la necessitat de la humanitat de colonitzar l'espai en el futur pròxim o llunyà no és unànimement acceptat per la comunitat científica.
Història científica
El concepte de colonització de l'espai està estretament lligat a la del vol espacial i de l'astronàutica.
Una de les figures pioneres de l'astronàutica russa, Konstantín Tsiolkovski, fou un dels primers a esmentar el concepte de la colonització de l'espai de manera científica en el seu llibre de 1903, L'exploració de l'espai còsmic per mitjà dels motors de reacció, Histoire de la colonisation de l'espace, NASA, 2002 en el qual descriu l'ús de l'energia solar, una gravetat artificial per rotació i l'ús d'un hivernacle per crear un ecosistema tancat. Tsiolkovski, K. E., Исследование мировых пространств реактивными приборами Na-ootchnoye Obozreniye (La fusée dans l'espace cosmique), étude scientifique, Moscou, 1903. També és el primer a concebre la idea d'un ascensor espacial en el seu llibre de 1895 L'especulació sobre la terra, el cel i Vesta. Space Elevator Gets Lift, Bob Hirschfeld, 31/1/2002, TechTV, G4 Media, Inc Va resumir el seu punt de vista sobre el futur de la humanitat en una de les cites més famoses:
El físic alemany, Hermann Oberth, proposa, el 1923, l'ús d'estacions espacials permanents i viatges interplanetaris en la seva tesi doctoral rebutjada com una utopia per la Universitat de Múnic però acceptada per la Universitat de Babeş-Bolyai de Romania el mateix any. Jürgen Heinz Ianzer, Hermann Oberth, pǎrintele zborului cosmic (« Hermann Oberth, père du vol cosmique »), p. 3, 11, 13, 15.
miniatura|esquerra|upright=1.3|Projecte de l'estació orbital de Wernher von Braun, 1952.
El científic eslovè Herman Potočnik és el primer a idear una estació orbital en forma de roda col·locada en òrbita geoestacionària.Noordung, H. (Potocnik), Das Problem der Befahrung des Weltraums (Le problème du vol spatial), Schmidt and Co., 1928. Un dels antics ajudants d'Oberth, l'astronàutic Wernher von Braun, va reprendre el 1952 les idees de PotočnikVon Braun, Werner., Crossing the Last Frontier, Colliers, 1952. amb un projecte d'una estació espacial amb forma de roda girant sobre si mateixa per assegurar la gravetat artificial en diàmetre de 75 metres servint de lloc avançat i camp base per a l'assentament permanent a la Lluna a la regió de Sinus Roris i per l'exploració de Mart. L'americà Robert Goddard, un altre pare de l'astronàutica, és el primer a esmentar la idea d'usar un arc espacial de propulsió nuclear per salvar la humanitat de la mort del Sol i portar-la a un altre sistema planetari. Goddard, R. H., The Ultimate Migration (manuscript), Jan.14, 1918, The Goddard Biblio Log, Friends of the Goddard Library, Nov., 1972. La por d'una crítica científica va fer que posés el manuscrit en un sobre tancat i no va ser publicat fins cinquanta anys després. L'ús dels recursos extraterrestres per la conquesta de l'espai també s'afirma per Goddard el 1920.
L'astrofísic suís Fritz Zwicky el 1948Zwicky, F., Morphological Astronomy, The Halley Lecture for 1948, delivered at Oxford, May 2, 1948, The Observatory, vol. 68, août 1948, p. 142-143. i l'astrònom nord-americà Carl Sagan el 1961Sagan, C., The Planet Venus, Science, vol. 133, no. 3456, mars 24, 1961, p. 849-858. són els primers a proposar la idea de la terraformació per transformar les condicions de vida d'un món perquè la humanitat el pugui colonitzar. El físic anglès Freeman Dyson el 1960 posa en relleu la idea que una civilització avançada podria envoltar completament els hàbitats espacials, amb la creació d'una esfera de Dyson.Dyson, F. J., Search for Artificial Stellar Sources of Infrared Radiation, Science, vol. 131, 3 juin 1960.
El 1975 la NASA va publicar una sèrie d'estudis sobre el tema, realitzat en col·laboració amb diverses universitats. Space Settlements, A Design Study, NASA, 1975 L'informe estima que per a la colonització de l'espai sigui possible, s'haurien de considerar milers de llançaments, el que requeriria un sistema de llançament molt més barat que els coets consumibles de llavors. És en aquest context que el desenvolupament del transbordador espacial americà, inicialment un llançador reutilitzable, però en última instància va esdevenir parcialment reutilitzable per raons de costos de desenvolupament i les restriccions pressupostàries a causa de l'eliminació gradual de la cursa espacial després de les missions lunars.
El físic americà Gerard K. O'Neill, en el seu llibre de 1977 The High Frontier: Human Colonies in Space, desenvolupa la idea d'una colonització massiva d'hàbitats espacials gegants.
Després d'una pausa a causa de la paralització de la carrera espacial, que està vinculada a la guerra freda, el concepte de colonització espacial és menys ambiciosa però més realista, amb l'establiment de l'estació espacial internacional, o futures bases permanents a la Lluna o de Mart per la introducció d'un programa a mitjà i llarg termini de la NASA i l'ESA. Molts altres projectes de colonització del sistema solar també han estat estudiats pels científics durant dècades, però no s'han concedit fons de finançament com ara la NASA.
Recursos i tecnologies necessàries Per construir colònies a l'espai cal mà d'obra, aliments, materials de construcció, energia, transport, comunicacions, sostenibilitat ambiental, incloent-hi la gravetat i la protecció contra radiacions. Per ser viable, una colònia ha d'estar situada de manera per tal de facilitar l'accés a aquests recursos. En les següents seccions es desenvolupen els temes abordats pels estudis dels científics i les agències espacials.
Transport Accés a l'espai miniatura|upright=1.2|Enlairament de la missió Apollo 11 a bord d'un coet Saturn V el 16 de juliol de 1969. Des del començament de la conquesta espacial i els primers coets de la dècada del 1960, la tecnologia d'accés a l'espai des de la Terra no ha canviat de manera important, i es basa en llançadors espacials consumibles a part del transbordador espacial americà que va finalitzar el seu servei el 2011.« Le lancement de Discovery reporté à février », Cyberpresse.ca, le 3 décembre 2010. Les tecnologies actuals permeten obtenir un índex constructiu, és a dir la relació entre la massa de les estructures i la massa de propel·lent, de l'ordre d'un 10%. Per a les càrregues que van dirigides a òrbita terrestre baixa van des d'unes poques desenes de tones com a màxim, això condueix a llançadors de múltiples etapes que poden pesar centenars de tones en l'enlairament. La massa de la càrrega útil és només un petit percentatge de la massa del llançador en l'enlairament. La massa en la qual un llançador ha de donar prou velocitat d'escapament que permeti escapar de la gravetat terrestre, a 11 km/s, és 4-5 vegades menor que el rendiment en una òrbita baixa, que cal 8 km/s, el que augmenta el cost per kg.
El cost actual és de diversos milers d'euros per kg. en òrbita, sense incloure els costos de desenvolupament dels llançadors. El coet Ariane 5 pot enviar 20 tones en òrbita baixa de la Terra per un cost de posada en marxa d'uns 150 milions d'euros, 7500 euros per kg de càrrega útil.Les industriels et l'ESA s'accordent sur le plan de sauvetage d'Ariane 5, Les Echos n° 18898 du 30 avril 2003 • page 14 Per al subministrament de l'Estació Espacial Internacional en òrbita baixa, la xifra puja d'11.300 euros per kg. en la nau espacial russa Progress a 43.000 euros per kg. pel vehicle de transferència automatitzat. Es necessiten 14000 euros per enviar càrregues lleugeres en òrbita baixa terrestre amb el futur llançador Vega.Vega : Test réussi du moteur P80, Flashespace.com, 01.12.06 Per enviar una càrrega útil superior a les 100 tones en òrbita baixa, o 47 tones a la Lluna, s'ha de construir un coet gegant dotat de grans tancs per emmagatzemar combustible i oxidant. Un exemple seria el llançador de coets Saturn V que va costar només una tercera part del pressupost del Programa Apollo, el desenvolupament i posada en marxa, més de 6,4 miliards de dòlars en el moment. Budget du programme Apollo à history.nasa.gov
Malgrat aquests números alts, el cost de llançament és marginal al cost total d'algunes missions espacials fora dels costos de desenvolupament del llançador. Per exemple, el cost de 422 milions de dòlars del llançacoets Titan IV representen només el 13% dels 3,27 miliards de dòlars amb càrrec al pressupost de la missió Cassini-Huygens. JPL-NASA Cassini-Huygens mission Quick Facts
No obstant això, el cost del transport a l'òrbita terrestre i més enllà és considerada una de les principals limitacions de l'exploració espacial després que la NASA intentés pensar a resoldre el problema amb coets molt més lleugers gràcies als nous materials, o l'ús dels recursos per a la colonització de planetes, llunes i asteroides amb gravetat amb costos molt més petits que la Terra i, per tant, reduït per al transport tal com va ser estudiat per Robert Zubrin ou O'Neill et la NASA. També hi ha projectes teòrics a llarg termini per construir un ascensor espacial, però encara queden molts reptes a esbrinar. Nasa hopes to catch an elevator to space, The Guardian, 3 septembre 2006
Transport en el sistema solar