استعمار الفضاء

استعمار الفضاءأوغزو الفضاءهو مشروع ملاحي فضائي للإقامة البشرية الدائمةوباكتفاءٍ ذاتيّتامّ خارجالأرض. درست عدة مجموعات تطويرية من وكالتيناسا(الإدارة الوطنية للملاحة الفضائية والفضاء الأمريكية)وإيسا(وكالة الفضاء الأوروبية) ووكالتي الفضاء الروسيةوالصينية-بالإضافة إلى منظَّمات فلكية أخرى - إمكانية إنشاء مشاريع مستعمرات فضائية في أماكن مختلفة منالنظام الشمسي. وعلى الرغم من أنهم حدَّدوا وجود موادٍّ أولية قابلة للاستثمار علىالقمروالكويكباتالقريبة من الأرض التي تكون فيهاالطاقة الشمسيةمتوفّرةً بكميَّاتٍ كبيرة، والتي لا تتطلب تحقيق أي بحوث أو اكتشافاتٍ علمية جديدة لاختبارها، وقد قدَّروا بأنه قد يتوجب القيامبأعمال هندسيةوتقنية عظيمة، واكتساب معرفةٍ تامة بإمكانية تكيف البشر مع العيش في الفضاء، وخصوصاً الإمكانات المالية الهائلة المطلوبة لإنجاز مثل هذه المشاريع. وبسبب هذه التكاليف تم التنازل عن جميع المشاريع تقريباً والاكتفاء بتقييمها نظرياً، أو حتى تم التخلّي عنها بالكامل في بعض الحالات.
إن التواجد البشري الدائم الوحيد فيالفضاءحالياً هوللمحطة الفضائية الدولية، وهي مع ذلك ليست مكتفيةً ذاتياً. وفي عام 2008، كان المشروع الوحيد لاستعمار الفضاء وفق خطة تمويليَّةٍ هو إنشاء قاعدة دائمة على سطحالقمرمكونة من 4 رواد فضاء، والتي قد تستخدم موارد محلية متوقَّعة من ناسا لأعوام 2019 – 2024، ولكن أعيد النظر في ميزانيتها عام 2010. من جهة أخرى، تنوي وكالة الفضاء الأوروبية بالتّعاون مع وكالات الفضاء الروسيةواليابانيةوالصينيةإنشاء مركز متقدم على القمر بعد عام 2025.
وقد نظر علماء الفلك في دراساتٍ نظريةٍ أخرى لعددٍ من المستعمرات الفضائية الواقعة علىالأقمار الطبيعيةوالكويكباتأو كواكب مثلالمريخ، والبعض منهم يعتقد أنَّ المستعمرات البشرية الفضائية الأولى قد تكونمحطات فضائيةواقعة فيمدارحول الشمس أو أحد الكواكب. وقد حُقِّقت أيضاً دراسات مستقبلية وطموحة من استعمارأقمار كوكب المشتريحتى إقامة مستعمراتٍ بمئات الآلاف من الأفراد أو إعادة تأهيل بعض الكواكب، ولكن ذلك أيضاً يُعد نظري أكثر ويتطلب تقدماً علمياً وتقنياً كبيراً، وهو أمرٌ لن يكون مُمكناً قبل مضيّ وقتٍ طويل جداً. قال مدير ناسا لعام 2009مايكل جريفين، أن استعمار الفضاء يُعَدّ هدفاً أخيراً للبرامج الفضائية الحالية، ولكن مع ذلك، تُعَدّ حاجة البشر لاستعمار الفضاء في مستقبل قريبٍ أو بعيدٍ غير مقبولة بالإجماع من قِبَلالمجتمع العلمي، وما زال هناك نقاش حول هذا الموضوع.
إن مفهوم استعمار الفضاء مرتبطبالرحلة الفضائيةوعلم الملاحة الفضائية والغزو الفضائي ارتباطاً وثيقاً، وقد أسَّسه نفس المفكرون الذين أسَّسوا تلك المفاهيم.
يُعد رائدالملاحة الفضائية الروسيكونستانتين تسيولكوفسكيأوَّل من ذكر مفهوم استعمار الفضاء بأسلوب علمي في كتابه الصادر عام 1903،الصاروخ في الفضاء الهائل، والذي يصف فيه استخدامالطاقة الشمسيةوالجاذبية المصطنعة بالدوران واستخدامالاحتباس الحراريلإنشاءنظام بيئيمغلق.وهو أيضاً أول من تصوَّر مشروع مصعد الفضاء في كتابه الصادر عام 1895، تأمل نظري حول الأرض والسماء وحول كويكب فيستا، يُلخِّص وجهة نظره عن مستقبل البشرية في أحد استشهاداته الأكثر شهرة:
«الأرض هي مهد الإنسانية، ولكن لا تُقضى الحياة كلها فيها.»
يقترح الفيزيائي الألمانيهرمان أوبيرثفي عام 1923، استخدام محطات مدارية دائمة ورحلات بين الكواكب في كتابهو ليس سوىأطروحة الدكتوراةالتي قام بها ورُفضت من قِبَل جامعة ميونخباعتبارهصاحب أوهام، ولكن قبلتها جامعة بابس – بولياي فيرومانيافي نفس العام.
يُعد العالم السلوفاني هرمان بوتوكنيك (باللاتينية:Herman Potočnik) أول من تصوَّر محطة مدارية على شكل عجلة موضوعة فيمدار جغرافي ثابت.وفي عام 1952، أعاد عالم الملاحة الفضائيةفيرنر فون براون(باللاتينية:Wernher von Braun)، أحد مساعدي أوبيرث القدامى، أفكار بوتوكنيكمع مشروع محطة فضائية على شكل عجلة تدور حول نفسها لتوفير جاذبية مصطنعة بقطر 75 متر يفيد كمركز متقدم ومكان أساسي لمنشأة دائمة على القمر في منطقة سينوس روريس (باللاتينية:Sinus Roris) ولاستكشاف كوكب المريخ. وأول من ذكر فكرة استخدام سفينة فضائيةبدفع نوويمن أجل إنقاذ البشرية منشمسقاتلة ونقلها إلىنظام كوكبيآخر هو الأمريكيروبرت جوداردRobert Goddard، مؤسس آخر لعلم الملاحة الفضائية. حيث دفعه الخوف من انتقاد علمي إلى وضع المخطوطة في ظرف مغلق بإتقان ولم ينشره إلا بعد 50 عاماً.وقد عُرض استخدام موارد خارج الأرض لغزو الفضاء أيضاً بواسطة جودارد عام 1920.
إن عالم الفيزياء الفلكي السويسريفريتز زفيكيFritz Zwicky في عام 1948والفلكي الأمريكيكارل ساغانCarl Sagan في عام 1961، هما أول من أصدرا فكرة إعادة تأهيل بعض الكواكب من أجل تغيير ظروف حياة عالم ما، كي تتمكن البشرية من استعماره. والفيزيائي الإنجليزيفريمان ديسونFreeman Dyson في عام 1960 ادعى أن مفهوم حضارة متقدمة ممكن أن يكون بإحاطة نجمها كليًّا بمواطن فضائية أو كويكبات، وابتكر أيضاًكرة ديسون.
وفي عام 1975، نشرت ناسا سلسلة من الدراسات عن هذا الموضوع أجريت بالتعاون مع عدة جامعات، ويقدِّر هذا التقرير أنه كي يصبح الاستعمار الفضائي ممكناً، فإنه ينبغي التفكير في آلاف الإطلاقات، مما قد يتطلب نظام إطلاق أكثر اقتصاداً من الصواريخ المستهلكة آنذاك. وفي ذلك السياق طوَّرالمكوك الفضائي الأمريكيوبشكل أولي صاروخ حامل قابل لإعادة الاستخدام ولكن في النهاية لن يكون قابل لإعادة الاستخدام إلا جزئيًّا، بسبب تكاليف التطوير وقيود الميزانية نتيجة التوقف التدريجيلسباق الفضاءبعدغزو القمر.
طوَّر الفيزيائي الأمريكي جيرارد أونيل في كتابه الصادر عام 1977،الحد الأعلى: مستعمرات بشرية في الفضاء، فكرة استعمار كثيف مع مواطن فضائية ضخمة.
بعد تعطل بسبب توقف سباق الفضاء الذي كان مرتبطاًبالحرب الباردة، بدأ مفهوم استعمار الفضاء يصبح أقل طموحاً ولكن أكثر واقعية، وذلك بإنشاءالمحطة الفضائية الدوليةبقواعد دائمة علىالقمرومن ثم علىالمريخعن طريق تأسيس برنامج متوسط وبعيد المدى من ناساوإيسا.وقد قام العلماء أيضاً بدراسة العديد من المشاريع الأخرى لاستعمار النظام الشمسي منذ عشرات السنين، ولكن لم يتحصل أي منها على تمويلات مؤمنة كما حدث لمشروع ناسا.
يتطلب بناءمستعمراتفي الفضاء وجود اليد العاملة والغذاء ومواد البناء والطاقة والمواصلات والاتصالات وبيئة قابلة للحياة تشملالجاذبيةوالحماية ضدالإشعاعات. ولتكون قابلة للحياة، لابد أن تكون المستعمرة واقعة بطريقة تُسهِّل الوصول إلى مختلف هذه المصادر. في الأقسام التالية تفصيل النقاط المدروسة من قِبَل دراسات العلماء ووكالات الفضاء المختلفة.
منذ بدايات الغزو الفضائي والصواريخ الأولى فيعقد الستينات الميلادية، لم تتطور تقنية الوصول للفضاء من الأرض بشكل كبير، حيث بقيت مرتكزة علىالصواريخ الحاملةالمستهلكة بعيداً عنمكوك الفضاء الأمريكيالذي أوقف خدمته عام 2011.تُمكِّن التقنيات الحالية من الحصول على مؤشر إيجابي حوالي 10% (العلاقة بين وزن الهياكل ووزن مواد الطاقة الدافعة). ولوضع أحمال فيمدار منخفضتتراوح بين قليل من الأطنان إلى عشرات الأطنان كحد أقصى، فإن ذلك يؤدي إلى استخدام صواريخ بعدة طوابق وقادرة على تحمل مئات الأطنان عند الإقلاع.حيث لا يمثل وزن الحمولة النافعة إلا نسبة قليلة من وزن الصاروخ عند الإقلاع. ويُعد الوزن الذي يُمكِّن صاروخ من إعطاءسرعة إفلاتتسمح له بالهروب من الجاذبية الأرضية والتي تقدر بـ 11 كيلومتر في الثانية، أضعف 4 إلى 5 مرات من الأداء في في مدار منخفض الذي يتطلب سرعة 8 كيلومتر في الثانية، مما يُضاعف التكلفة بالكيلوجرام بهذا المقدار.
تقدر التكلفة حالياً بآلاف اليوروات لكل كيلوجرام يوضع في مدار، باستبعاد تكاليف تطوير الصاروخ. وبإمكان الصاروخأريان 5إرسال 20 طن فيمدار منخفضبتكلفة إطلاق تقارب 150 مليون يورو، أي 7500 يورو لكل كيلوجرام من الحمولة النافعة.وبالنسبة لتموين المحطة الفضائية الدولية في مدار منخفض فذلك يكلف من 11300 يورو للكيلوجرام بالمركبة الروسية بروجريس إلى 43000 يورو للكيلوجرامبمركبة النقل الآلية الأوروبية.يجب تخصيص 14000 يورو لإرسال أحمال خفيفة مفيدة في مدار منخفض بصاروخ المستقبل فيجا.ولإرسال حمولة مفيدة بأكثر من 100 طن في مدار منخفض أو 47 طن على القمر، فإنه يتوجب صنع صاروخ ضخم يحتوي على خزانات كبيرة لتخزينالوقودوالمؤكسد. ويعد الصاروخساتورن 5الذي كلَّف ثلث ميزانيةبرنامج أبولوفي التطوير والإطلاق، أي أكثر من 6.4 مليار دولار آنذاك، مثالاً لهذا الصاروخ.
ورغم هذه الأرقام المرتفعة، فإن تكلفة الإطلاق مع ذلك تعتبر هامشية من ناحية التكلفة الإجمالية لبعض المهمات الفضائية من دون تكاليف تطوير الصاروخ. على سبيل المثال، الـ422 مليون دولار من تكلفة إطلاق صاروخ تيتان المكلف جدا لا تمثل إلا 13% من 3.27 مليار دولار من ميزانيةمهمة كاسيني – هايجنزCassini-Huygens.
إلا أن تكلفة النقل حتى المدار الأرضي وما أبعد تعتبر أحد النطاقات الرئيسية للغزو الفضائي بحسب ناسا التي تفكر في حل المشكلة باستخدام صواريخ أكثر خفة بفضل مواد جديدةأو باستخدام موارد الكواكب أو الأقمار أو الكويكبات بجاذبية أضعف منجاذبيةالأرض للاستعمار، وبذلك تنخفض تكاليف النقل كما جاء في دراسة روبرت زوبرينRobert Zubrin أو أونيل O'Neill وناسا.ويوجد أيضا مشاريع نظرية للمدى البعيد لبناءمصعد فضائي، ولكن تبقى العديد من المشاكل ينبغي حلها.
إن وسائل المواصلات المُستخدِمة موارد خارج عن الأرض للدفع قد تقلص التكاليف بطريقة واضحة. وربما تكلف المحروقات المرسلة من الأرض أكثر حتى مع الاختراعات المعروضة أعلاه. وبإمكان تقنيات أخرى كالدفع الآسر وصاروخ فاسيمر VASIMRوالمحرك الأيونيوالصاروخ الشمسي الحراريوالشراع الشمسيوالدفع النووي الحراري، أن تقلل فعليّا مشكلة التكاليف ومشكلة مدة النقل لمرة واحدة إلى الفضاء.وقد يقلل دفع الصاروخ فاسمير مدة النقل بين الأرضوالمريخ، التي تقدر بسنتين حالياً, إلى 39 يوم فقط.
وعلى القمر، هناك إمكانية بناء منجنيق كهرومغناطيسي مدروسة من قبل ناسا لإطلاق المواد الأولية للمنشآت في مدار بتكلفة أقل بكثير من المواد الأولية المرسلة من الأرض·.وبحسب دراسات نظرية أجراها جيروم بيرسون Jerome Pearson، مستشار لدى ناسا، من الممكن استخدام مصعد فضاء قمري. خلافاًلمصعد الفضاءالأرضي وممكن أن يبنى بتقنيات موجودة ولكن لم يُحدد بعد أي برنامج للتنفيذ.
لتموين المستعمرات المدارية، قد يكون إطلاق مواد من الأرض مكلفاً جداً، ويرى كذلك العلماء مثل روبرت زوبرين Robert Zubrin الذي يفكر في إيصال المواد الأولية من القمر وكوكبسيريسوالكويكبات القريبة من الأرضوفوبوسأوديموس، التي تكون قوة الجاذبية فيها ضعيفة جداً ولا يوجد بهاغلاف جويولاغلاف حيويقابل للضرر.حيث ستتمكن المستعمرات على القمروالمريخمن استخدام الموارد المحلية، بما أن القمر لديه كمية غير كافية منالهيدروجينوالكربونوالنيتروجينولكن يحتوي على الكثير منالأكسجينوالسيليكونوالمعادن.بينما تحتوي الكويكبات القريبة من الأرض على كمية كبيرة من المعادن والأكسجين والهيدروجين والكربون بالإضافة إلى القليل من النيتروجين ولكن بقدر غير كافي لتجنب التموين من الأرض. وإذا ماذهبنا بعيداً، يبدو أن الكويكبات الطروادية تحتوي على نسبة عالية منجليد الماءومواد متبخرة أخرى.
تستخدم اليومالطاقة الشمسية,الوفيرة والمعتمد عليها في المدار الأرض، من قبلالأقمارعامةومحطة الفضاء الدولية. حيث لا يوجدليلفي الفضاء ولاغيومولاغلاف جويلحجبضوءالشمس,
وتتوفر الطاقة الشمسية بالواط لكل متر مربع (م) لأي مسافةdمن الشمس يمكن أن تُحسب بصيغةE= 1366/d؛dتستخدمكوحدة قياس فلكية.
لتحويلالطاقة الشمسيةإلىكهرباءللرواد سيتطلب الأمر بنيات كبيرة، ويعد معدل استهلاك الدول المتطورة من 2 – 6 كيلو واط للشخص (أو10 ميجا واط في الساعة للشخص والسنة)، وستكون الاحتياجات في الفضاء كبيرة بلا شك، حيث أن خليتين شمسيةللمحطة الفضائية الدوليةمن ثمانية خلايا قادرة على تغطية احتياجات الثلاثين مسكن المتوسط أرضي.وبين عامي 1978 – 1981، سمحالكونغرس الأمريكيلناساووزارة الطاقة الأمريكية DOEبدراسة الفكرة. بحيث يقومون بتنظيم برنامج تقييم وتطوير الأقمار المنتجة للطاقة، والذي بقي الدراسة الأكثر اكتمالاً وغير محققة في هذا الموضوع·.خاصة في انعدام الجاذبية، يمكن أن يستخدم الضوء الشمسي مباشرة بأفران شمسية مصنوعة من ألواح معدنية خفيفة جداً وقادرة على توليد الحرارة بآلاف الدرجات أو تعكس ضوء الشمس على الحضارات، وبتكلفة بسيطة جداً. وقد تكون الطاقة أيضاً منتج تصدير للمستعمرات الفضائية باستخدامنقل الطاقة اللاسلكيبواسطةالأشعة الكهرومغناطيسيةمنمحطات شمسية مداريةباتجاه القمر أو الأرض.
تعادل ليالي القمر أسبوعين، بينما المناطق الواقعة في أقطاب قمرية معرضة للشمس بشكل دائم. ويعد المريخ أكثر بعداً من الشمس ويتعرض أحياناًلعواصف رمليةتخفف قليلاً من شدة أشعتها. ومع ذك يسرب جوه أشعة شمسية أقل من الموجودة على الأرض، مما يوحي بالأمل في استثمار الطاقة الشمسية بنفس الفعالية، وعلاوة على ذلك، بانتظام أكبر لأشعة الشمس.إذاً قد تبقىالطاقة النوويةخياراً لطاقة مستمرة على هذه الأجرام السماوية، ولكن لم يُكتشف بعد أي معدن لليورانيوم الخام، لذلك قد يتوجب جلب المادة الأولية من الأرض كتلك المخططة لمهمات المريخ من قبل ناسا.وربما يكون تطويرالاندماج النووينافعاً للمستعمرات، فالهليوم موجود في العديد من أجرام النظام الشمسي من ضمنها القمر، فيالحطام الصخريللسطحوالعمالقة الغازية. وستكون أحد الصعوبات الكبرى لاستخدام الطاقة الشمسية الحرارية أو الطاقة النووية في بيئات قليلة أو منعدمة الهواء، في إزالة الحرارة المحتومة المتولدة مندورة كارنو. وذلك سيتطلب أسطح مشعة كبيرة لإزالة الحرارة بواسطةالأشعة تحت الحمراء.
يعتبر الاتصال سهلاً بالنسبة للمدار الأرضي أو القمري، مقارنة بالاحتياجات الأخرى، وأغلب الاتصالات الحالية تُجرى بواسطةقمر. إلا أن الاتصالات مع كوكبالمريخوما أبعد ستعاني من تأخرات ناتجة عن انتشار الضوء وظواهر أخرى مضطربة. وبالنسبةللمريخ، يمثل ذلك التأخير من 3 إلى 22 دقيقة بحسب قربه من الأرض (وذلك لاتصال بسيط دون رد)وأكثر تأخراً بالنسبة للمستعمرات الأكثر بعداً. حيث تقدر الاتصالات مع المستعمرات الواقعة حول نجوم أخرى بالسنوات للأكثر قرباً.
من الممكن أن تنفذ علاقة البقاء بين الكائنات الحية وموطنها وبيئة خارج الأرض بثلاث طرق مختلفة، أو بالجمع ما بينهم:
•	كائنات حية ومواطن منعزلة كلياً عن البيئةبغلاف حيويصناعيكالغلاف الحيوي 2أو نظام آخر لدعم الحياة.
•	تغيير البيئة لكي تصبح موطن قابل للحياة مع إعادة تأهيل الكوكب.
•	تغيير الكائنات الحية لكي تصبح متكيفة على بيئتها الجديدة باستخدامالهندسة الوراثيةأو بإنشاء سايبورغ Cyborg، كما ذكر بواسطةالبعد إنسانية.
وبما أن الحلَّين الأخيرين لم تزل من مجالالخيال العلميأو مما يعتبر نظري، فنظام دعم الحياة هو الحل الفوري. وفي الواقع ستحتاج المستعمرات إلى هواءوماءوغذاءوجاذبيةودرجة حرارةملائمة للبقاء على قيد الحياة لفترة طويلة. بينما على الأرض يُقدمالغلاف الحيويكل ذلك. وفي المنشآت الفضائية، هناك نظام مصغر نسبياً وبدائرة مغلقة سيتوجب عليه إعادة تدوير جميع العناصر الضرورية للحياة دون إمكانية حدوث أي عُطل. وتدرس ناسا NASA وإيسا ESA الإمكانيات المختلفة لأنظمة دعم الحياة التي تقدم خدمات لا تقتصر على إعادةتدوير النفاياتفقط والتي تُستخدم حالياً على المحطة الفضائية الدولية··.
إن أقرب نظام حالي لدعم الحياة هو بالتأكيد نظامالغواصة النووية. حيث تستخدم أنظمة آلية لتتكفل بالاحتياجات البشرية خلال أشهر دون أن تطفو فوق الماء. إلا أن هذه الغواصات تطلقثاني أكسيد الكربون، بما أنها تعيد تدويرالأكسجين. وقد اُعتبر إعادة تدويرثاني أكسيد الكربون CO2في الكتب باستخدام تفاعل ساباتيير Sabatier أو تفاعل بوش Bosch.
وبالنسبة لمهمات المريخ، تتوقع ناسا ثلاث أنظمة للبقاء على قيد الحياة لفترة طويلة من أجل تجنب كل عُطل محرج. اثنان منها مبنية على أنظمة تنقية وتحوُّل كيميائي كتلك المُستخدمة فيالمكوك الفضائي. والثالث يستخدمنباتاتمزروعة محلياً لإنتاج الماء والأكسجين لرواد الفضاء، ولكن التقنية الأخيرة هذه يجب أن يتم التحقق منها.
بيَّن مشروعالغلاف الحيوي 2في ولايةأريزوناالأمريكية، أن غلاف حيوي صغير ومعقد وخادع وصناعي بإمكانه تحمل 8 أشخاص لمدة سنة على الأقل، مع أنه واجه العديد من المشاكل. وبعد سنة، في حين أن المهمة كان يتوجب أن تستغرق سنتين، كان ينبغي أن يُعاد تزويد الغلاف الحيوي بالأكسجين.
وإذا ما ابتعدنا عن الغلاف الحيوي 2، هناك محطات بحث في بيئات معادية كقاعدةمحطة أمندسن سكوتAmundsen-Scott فيالقارة القطبية الجنوبيةأو محطة البحث ضوء المريخFlashline Mars Arctic Research Stationفي القطب الشمالي التابعةلجزيرة ديفون، قادرة أيضاً على أن تقدم خبرة البناء وعملية المركز المتقدم لعوالم أخرى. إن محطة البحث صحراء المريخMars Desert Research Stationالمدعومة من قبل مجتمع المريخ، هي عبارة عن موطن مبني لهذه الأسباب في صحراء ولايةيوتاالأمريكية. وبالنسبة لهذه المحطة، إذا كانت أرضيتها تشبه أرضيةالمريخ، فإن درجات الحرارة تكون شديدة جداً والمناخ البيئي ليس الأكثر قسوة على الأرض.
حددتناسا45 خطر - موزع على 16 نظام - متعلق بالصحة والسلامة وأداء الطاقم خلال مهمة فضائية·والتي ربما تخصص لذلك أيضاً مستعمرات في الفضاء أو على كوكب بجاذبية ضعيفة ويتطلب موطن. وتتعلق أهم المخاطر التي تم تحديدها بـ:
•تخلخل العظام، حيث يشمل خطر تعرض سريع لفقد وكسر في العظام، ويتطلب معالجة ذلك العظم المتضرر، وما إلى ذلك ؛
•	إصابات قلبية وعائيةواضطرابات في نظم دقات القلب وانخفاض أداء الوظائف القلبية الوعائية ؛
•	أخطار مناعية ومُعديةمن تعطل مناعي وحساسيات ومناعة ذاتية، حيث يحدث تغيير في التفاعل بين الجراثيم والساكن ؛
•	إتلاف العضلات الهيكليةوانخفاض الوزن والقوة والتحمل العضلي، وزيادة إمكانية التعرض لإصابات عضلية ؛
•	مشاكل التكيف الحسي والحركي، وانخفاض القدرات في تحقيق أعمال فعالة طيلة الرحلة ودخول الفضاء والهبوط وإعادة التكيف؛ داء الحركة ؛
•	مشاكل في النظام الغذائي·، غذاء غير ملائم... ؛
•	مشاكل في التصرفات، متعلقة بالعامل البشري، من تكيف نفسي سيء؛ ومشاكل سلوكية عصبية؛ وعدم الملائمة بين القدرات المعرفية للطاقم والأعمال المطلوبة؛ وقلة النوم ووقوع اختلال في الروتين اليومي ؛
•	مشاكل متعلقة بالإشعاعات الفضائية، تسرطن؛ ومخاطر على الجهاز العصبي المركزي، ومخاطر على الأنسجة مزمنة وانتكاسية...؛
•	والمخاطر البيئية·، من تلوث الهواء والماء؛ حيث يتطلب الحفاظ على جو مقبول وماء صالح للشرب وتوازن حراري في المناطق القابلة للسكن وإدارة النفايات.
تبيَّنت التأثيرات المضرة بالجسم البشري الذي يعيش في محيط منعدم الجاذبية لمدة طويلة بفضل الإقامات طويلة المدة في المحطات المداريةساليوت Salioutومحطة الفضاء الروسية Mirومحطة الفضاء الدولية ISS، التي قضاها رواد الفضاء مثل فاليري بوليكوف Valeri Polyakov (14 شهراً متوالياً على متن محطة الفضاء الروسية Mir ومجموع 678 يوماً في الفضاء)، أو سيرجي أفدييف Sergei Avdeyev (748 يوماً)، أو سيرقي كريكاليوف Serguei Krikaliov (803 أيام).
إذا كانت مساوئ الفضاء مسببة تأثيرات على المدى القصير كارتباك أو اضطرابات هضمية بسيطة، فإن التكيف البشري للفضاء ولانعدام الجاذبية خلال الإقامات الطويلة يسببان مشاكل أكثر. حيث يُلاحظ فقدان في الكتلة العضلية خصوصاً، وظهورتخلخل في العظاموانخفاض في فعاليةالجهاز المناعي.
في حالة ضعف الجاذبية أو انعدامها، لن يكون الجهاز الحركي خاضعاً للقيود التي تفرضها عليه الجاذبية الأرضية، مما يؤدي إلى تدهور تدريجي. وقد لوحظت تغييرات بعد رحلة فضائية في توازنالكالسيومالذي أصبح سلبياً نتيجة انخفاض الامتصاص المعوي للكالسيوم وارتفاع إفراز الجهاز الهضمي والبولي.وتعد التأثيرات على كثافة المعادن في العظام متفاوتة جداً ولكن تخلخل العظام هو الأكثر بروزاً على العظام والطرف السفلي من الجسم والذي يكون الثقل عليه عادةً والورك والفقرات القطنية وأعناق الفخذ.فلذلك لا يبدو أن الفحص الجسدي بحد ذاته كافياً للحفاظ الدائم على الكتلة العظمية وهناك وسائل عقاقيرية قيد التقييم.
وتتأثر أيضاً العضلات الهيكلية بشكل خفيف مع ظهورضمورعضلي وتضاؤل في القوة القصوى والقدرة، مما يؤدي إلى انخفاض في فعالية الوظائف وارتفاع انهاك عضلات الأعضاء. وللحد من الإصابة العضلية، يبدو أن الطريقة الأكثر فعالية تكون بفحوصات جسدية بدرجة عالية في المقاومة وتُنجَز خلال مدة قصيرة ولكن بشكل متكرر في اليوم·.
إن الحل المثالي للمستعمرات الواقعة في مواطن فضائية هو إنشاء جاذبية اصطناعية باستخدام الدوران أو التسارع. وفي المقابل، يعد التأثر فيوظائف الأعضاءغير معروف بالنسبة للمستعمرات الواقعة على عوالم بجاذبية أقل من جاذبية الأرضكالقمرأوالمريخ، ولا يمكن حل المشكلة بنفس سهولة المستعمرة الواقعة في الفضاء. لذلك قد تكون وسائل تجنب المشاكل الصحية بالتدريب المكثف أو باستخدامأجهزة الطرد المركزي. ربما يحدث تغير في وظائف الأعضاء لرواد الفضاء متعلق بانعدام الجاذبية وذلك على المدى البعيد جداً، بل ربما حياتهم كلها منذ ولادتهم أو بعد عدة أجيال يحدث ضمور الساقين التي قد تفقد قدرتها على الحركة بحسب ما ذكرته وكالة الفضاء الأوروبية ESA، ولكن قد تبقى الأذرع محافظة على جهاز عضلي مشابه للجهاز العضلي لإنسان ما زال عائشاً على الجاذبية الأرضية.وأشار علماء الأحياء وعلماء فيزياء الجهاز العصبي التابعين لوكالة الفضاء الأوروبية ESA، على أن البقاء على قيد الحياة على المدى البعيد في محيط منعدم الجاذبية أقل ضرراً من العودة إلى الأرض بعد إقامة طويلة جداً خارجها.
إن أحد الأعراض الطبيعية الأكثر خطورة على رواد الفضاء هو التعرضللإشعاعاتالفضائية الذي يمثل أحد العقبات الأساسية للاستكشاف البشري للنظام الشمسي.تأتي هذه الإشعاعات بشكل أساسي من جسيمات منبعثة منالأشعة الشمسيةوالأشعة الكونيةوأشعة حزام فان آلن Van Allenالمحيط بالأرض.وسيكون الأثر السلبي للإشعاعات على صحة رواد الفضاء بالغاً جداً، سيَّما وأن الرحلات الفضائية طويلة المدة ستبتعد عن المدار الأرضي المنخفض الذي يقوم بشيئاً من الحماية.
ترسلالجسيماتالمنبعثة من هذه الإشعاعات طاقة كافية لتعديل جزيئاتالحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (ADN), الذي يحدث أضراراً مختلفة بحسب شدة ومدة التعرض. ولا يسبب التعرض البسيط خطراً، حيث أنالخلاياالميتة يتم استبدالها طبيعياً بخلايا جديدة. وفي المقابل خلال تعرض طويل أو شديد خصوصاً, فإن قدرات تعديل الحمض النووي(ADN) سيتم تخطيها وستتلف الخلايا أو تموت، مما يسبب مشاكل صحية على المدى القصير أو البعيد.
يعتمد التعرض للإشعاعات الفضائية على عوامل كالارتفاع ودرجة حماية رائد الفضاء ومدة مهمته ومدة وشدة التعرض ونوع الإشعاعات.وتعتمد سرعة تأثر الفرد من الإشعاعات على حساسيته للإشعاعات وعمره وجنسه وحالته الصحية العامة وقد تؤثر أيضاً تغييرات أخرى مثل انعدام الجاذبية أو الحرارة البدنية.
هناك بعض الأمراض الشديدة كتغييرات دموية أو اضطرابات هضمية (إسهال وغثيان وتقيؤ) قد تكون غير خطرة وتشفى تلقائياً. والبعض الآخر يمكن أن تكون قاسية جداً وتؤدي إلى الموت. لا يسبب التعرض للإشعاعات عادة آثاراً شديدة، باستثناء حالة التعرض لثوران شمسي كبير ينتج عنهإشعاعاتكبيرة جداًوقد تكون قاتلة.إن المشكلة الرئيسية هي التعرض المستمر للإشعاعات الفضائية المسببة لتأثيرات على المدى البعيد مثلالسادوعقموسرطان·,بل حتىشيخوخةقبل أوانها.هناك تأثير مُلاحظ ولكن ما زال غير مدروس علمياً، وهو أن 80% من أطفال رواد الفضاء بجميع الجنسيات المختلفة بنات. وقد لوحظ هذا التأثير سابقاً لدىقائدي الطيارات المقاتلةوربما يكون ذلك مرتبطاً بالإشعاعات أو بأشعة الموجات الكهرومغناطيسية. وفي المقابل لم يحدث لأطفال رواد الفضاء أي مشاكل صحية بالغة.
إن وضع معايير تتعلق بالتعرضات القصوى للإشعاعات التي يمكن أن يتعرض لها رواد الفضاء هو موضوع دراسة اللجنة الدولية التي تتناول المسائل الطبية المتعلقة بروادالمحطة الفضائية الدولية، المكونة من المجموعة المتعددة الجوانب في الأنشطة الطبيةومجموعة عملها على الإشعاعات.وقد وُضعت المعايير باتباع توصيات اللجنة الدولية للحماية من الإشعاعاتوالمجلس الوطني للحماية من الإشعاعات والمقاييس.وإذا تجاوز رائد فضاء الحد الأقصى للتعرض للإشعاعات المقرر لمدة مهنته، فإنه يُمنع من الرحلات الفضائية. حيث تعتبر مهلة التعرض للإشعاعات لفترة ثلاثين يوم وسنة تهدف لتجنب التأثيرات الشديدة، بينما المهلات المقررة لمهنة كاملة تهدف للحماية ضد التأثيرات على المدى البعيد.
يتوجب على وكالات الفضاء دراسة الأعراض الخطرة وتطوير تقنيات حماية ملائمة. ويجب أن تكون المنشئات محاطة بالدروع لامتصاص الإشعاعات. ويُمكن أن يتم ذلك على القمر أوالمريخأو الكويبات باستخدامالحطام الصخريالمحلي أو ببناء منشئات تحت الأرض. سيسبب تصفيح مركبات النقل بين الكواكب والمحطات المدارية كثيراً من المشاكل لأنه يمثل زيادة كبيرة في الوزن وكذلك في الكتلة، وينبغي أن يكون فعال وخفيف في نفس الوقت. وإذا بإمكان التصفيح قليل السماكة ببعض السنتيمترات الحد من التعرض للجسيمات الناتجة عن الثوران الشمسي، فإنه قد يتوجب دروع سميكة بعدة أمتار لجعل الأشعة الكونية أكثر توليداً للطاقة، وهذا الحل يبدو غير واقعي حالياً.هناك مفاهيم أكثر غرابة ً موجودة، كالتي ترتكز على إنشاء نوع منالغلاف المغناطيسيمصغَّر وقادر على حماية رواد الفضاء من الإشعاعات.
من أجل تأمين تغذية ملائمة للمستعمرات المستقبلية وضرورية للمهمات الفضائية طويلة المدة، يتوجب على المختصين أولاً دراسة التغيرات البيئية الناجمة عن الرحلات الفضائية وتحديد الاحتياجات المعينة المتأثرة بالعديد من التغيرات الوظائفية الملاحظة خلال الإقامات في الفضاء.من الواضح الآن أن حالة الغذاء تتغير خلال وبعد الرحلات الفضائية طويلة المدة. ويُلاحظ عند أغلب رواد الفضاء أن نِسَب الطاقة منخفضة جداً وترتبط بنِسَب غير كافية منالفيتاميناتوالمعادن. ويُلاحظ أيضاً انخفاض فيخضاب الدموالحجم الكروي الوسطيوكريات الدم الحمراءوالتي يمكن أن تكون ناتجة عن اضطراب في أيض الحديد المرتبط بالجاذبية الصغرى. وهناك أغذية إضافية يمكن أن تستخدم للحد من هذه التأثيرات، ولكن ذلك يتطلب أيضاً إلى الأبحاث.يمكن أن تكون نسبة المغذيات الكبيرة مؤمنة بشكل مرضي على متن المركبات، ولكن تبقى نسبة ملائمة المغذيات الصغيرة مشكلة ينبغي حلها.حيث ستتفاقم المشكلة في المستعمرات الفضائية الأكثر بعداً عن الأرض وستكون استقلالية غذائية قادرة على تغطية الاحتياجات الغذائية لهذه المواطن بالتأكيد مسألة البقاء على قيد الحياة في حالة حدوث مشكلة في الاستيراد. مثل التأثيرات بعيدة المدى للجاذبية الضعيفة على القمر أوالمريخهي غير معروفة، والاحتياجات البشرية الغذائية الدقيقة على هذه العوالم هي أيضاً نظرية ولا يمكن التعميم إلا بعد تجارب تُنفذ في المدار الأرضي.
ستفرض الحياة في مستعمرةضغطاًوتكيُّفاً نفسياً مقابل ظروف حياة جديدة. تعتقد ناسا أن أمن الطاقم والسير الجيد لمهمة طويلة المدة ربما تكون مهددة بشكل خطير في حال العجزالنفسيالبشري كحدوث أخطاء في إنجاز المهمات الكبيرة ومشاكل في التواصل ودينامية المجموعة ضمن الطاقم، وضغط نفسي حرج نتيجة إقامة في محيط محصور أو اضطرابات فيالنوممزمنة.إن حالات حدوث المشاكل بين الطواقم في التعاون والعمل معاً أو مع المراقبين في الأرض كثيرة، سواءً كان ذلك في البرامج الفضائية الأمريكية أو الروسية. حيث تسببت مشاكل تواصلية واتصال سيء سابقاً في حدوث حالات يحتمل أن تكون خطرة، مثل رفض أعضاء الطواقم التحدث مع بعضهم أو التواصل مع الأرض خلال تحقيق عمليات حرجة.
إن العوامل الخطرة هي التكيف النفسي السيئ ومشاكل في النوم والروتين اليومي، ومشاكل الوصل البشري والنظامي وأمراض عصبية نفسية مثل متلازمة القلقالاكتئابي.
يمكن أن يكون هذا العجز في الأداء البشري ناتج عن تكيف نفسي سيئ مقابل ضغط ملازم لرحلة فضائية. وتُعد أسباب هذا الضغط، المخاطر المحتملة المرتبطة بالمهمة والحياة في محيط محصور ومنعزل. وقد يزداد هذا الضغط بالملل والضجر، خصوصاً على المستوى الغذائي، وبمشاكل التحرر والاعتماد على الآخرين، وبالاختلاط والانفصال عن العائلة والأصدقاء، ومدة الرحلة والتناقضات والضغوطات بين الأشخاص، والعجز الآلي للمركبة، وباتصال سيئ واضطرابات في النوم أو انعزال اجتماعي.
إن اضطراب الدورات الإيقاعية والتدهور الحاد والمزمن لحالة ومقدار النوم هو خطر معروف جداً في الرحلات الفضائية ومُسبباً إرهاق وانخفاض الأداء وارتفاع الضغط. حيث أظهرت جميع الدراسات عن النوم في الفضاء أن المدة المتوسطة للنوم انخفضت إلى 6 ساعات في اليوم، بل أقل من ذلك خلال تحقيق عمليات مهمة أو في حالة الطوارئ. وتتغير أيضاً حالة نوم الرواد في الفضاء. وتعتبر العلاجات التي تعطى غالباًمُنوِّمات. وقد تقلل هذه المشاكل الأداء المعرفي للطاقم بشدة، وتسبب مخاطر على أمنه ونجاح المهمة.
إن الحلول التي ينبغي أن تؤخذ بعين الاعتبار للحد من هذا الخطر هي وضع معايير دقيقة لاختيار الطاقم قبل تنفيذ مهمة. وبمجرد ما تبدأ الرحلة، يكون هناك مراقبة حذرة ضرورية على مستويات الضغط وخطط الضبط والتكيف، والأداء والنوم بجدول دقيق لتشخيص وعلاج الأمراض النفسية والسلوكية التي قد تحدث، وذلك لتأمين نوم جيد ووضع توزيع وبرنامج دقيق لمهمات العمل.
تحددمعاهدة الفضاء الخارجيسابقاً استخدام الفضاء والأجرام السماوية لأهداف عسكرية أو الاستيلاء على موارد كوكب·.كالقمر على سبيل المثال يعتبر ملك للجميع.
يخضع الفضاء والكواكب لهذه المعاهدة في القانون الدولي العام (المادة الثانية)، بينما تخضع المستعمرات لقانون الدولة المالكة للمركبة أو للقاعدة التي يقيمون عليها (المادة الثامنة)، كما هو الحال على السفن في البحار العالمية. إن قانون الفضاء الذي تديرهالجمعية العامة للأمم المتحدة، يُقنن العديد من جوانب استثمار الفضاء وموارده، مثل قرار 47/68 عن المبادئ المتعلقة باستخدام مصادر الطاقة النووية في الفضاء، أو المتمحور حول التعاون الدولي فيما يتعلق باستكشاف واستخدام الفضاء لفائدة ومصلحة جميع الدول.
إن تناسل البشر في الفضاء ما زال موضوعاً محرماً بالنسبة لوكالات الفضاء، ولكن ذلك يسبب أيضاً العديد من الأضرار الجسدية والحيويةوسيكون أساسياً لبقاء المستعمرات على المدى البعيد. لقد اُختبر التناسل في الفضاء سابقاً عدة مرات على العديد من الكائنات الحية مثل الحشرات والأسماك والبرمئيات والثديات وتكلل ذلك بالنجاح، ولكن أيضاً مع بعض الفشل الذي أظهر أن الجاذبية كانت عاملاً مهماً للتناسل.
على سبيل المثال، هناك تجارب أظهرت أن مدة جاذبية 3 ساعات بعد الإخصاب كانت ضرورية لتأمينالتماثل الثنائيعلى يرقات الضفادع.ولم يتم التمكن من تلقيح بيض الدجاج في المدار وتمت تجارب على سمندر البحر (Pleurdèle de Waltl) عامي 1996 و 1998 بواسطة رائدي الفضاء كلودي هاينري Claudie Haigneré ومن ثم ليوبولد ايهارتس Léopold Eyharts، على متنمحطة الفضاء الروسية (Mir)خلال مهمات فرنسية روسية، (Cassiopée) ثم (Pégase) كشفت عن ظهور اضطراب خلال الإخصاب ونمو الجنين.وخلال تجربة سوفييتية، <<5 جرذان إناث و 2 ذكور بقوا 19 يوم في مدار، دون تخليف مواليد بعد عودتهم إلى الأرض. ولكن غير مؤكد أنه تم جماعهم>>، حيث أن الجاذبية الصغرى قادرة على عرقلة المزاوجة في الأوضاع الاعتيادية للحيوانات.
وفي المقابل، تم تناسل السمكأورزياس لاتيبس Oryzias latipesبنجاح عام 1994، بولادة 8 فراخ من السمك بالرغم من بعض الفشل الناتج عن صعوبة تهيئة الحيوانات خلال الجماع. وقد تم إنشاء جاذبية اصطناعية <<في نابذة على متن المكوك الفضائي في سبتمبر عام 1992>>، وتمكنت ناسا من الحصول على <<ولادة 440 من الشراغف (فرخ الضفدع) بحالة جيدة تماماً>>.
إن محاولة الحمل بطفل بطريقة طبيعية قد جربت عام 1982 على متن محطة ساليوت 7 (Saliout 7) عن طريقالجماعبين رائدة الفضاء سفيتلانا سافيتسكايا Svetlana Savitskaya وأحد المستعمرين الاثنين الآخرين للمحطة، ولكن لم يتم الحمل بأي طفل.إن الإمكانية بحد ذاتها على قدرة تحقيق معاشرة جنسية في الفضاء هي في المقابل دُرِست شبه رسمياَ بواسطة ناسا التي ما زالت تنفي الوقائع التي حدثت خلال رحلة للمكوك عام 1996 بحسب ما بيَّنه أحد العلماء من الوكالة أن التجربة قد تم نجاحها.
في عام2002م، قدَّرعالم الأعراق البشريةجون موري John H. Moore أن سكان من 150 إلى 180 فرداً قد يسمحون بتناسل عادي على مدى 60 إلى 80 جيلاً أي ما يقارب 2000 سنة.
قد يكون حجم سكان صغير جداً، مُكوَّن من مرأتين على سبيل المثال، قابل للحياة بنفس مدةالأجنةالبشرية القادمة من الأرض، ربما يكون ذلك ممكناً. وقد يسمح أيضاً استخدام بنك من السائل المنوي بتكوين حجم سكان أولي أضعف مع قرابة لا تُذكر. وربما تتطرأ مع ذلك بعض المشاكلالأخلاقية.
لدى الباحثين في علم الأحياء ميل إلى اعتماد القانون « 50/500 » الصادر من قِبَل فرانكلين Franklin وسوليهSoulé. حيث ينص هذا القانون على أن سكان أساسيين (Ne) من 50 فرداً هو أمر ضروري على المدى القصير لتجنب مستوى قرابة غير مقبول في حين أنه على المدى البعيد يكون سكان Neمن 500 فرد ضروري للحفاظ علىتنوع جينيجيد. إن التوصيةNe=50{\displaystyle N_{e}=50}تلائم قرابة تصل إلى 1% لكل جيل، مما يعتبر نصف الحد الأقصى الذي يقبله المربين المعاصرينللحيوانات الداجنة. وتحاول قيمةNe=500{\displaystyle N_{e}=500}أن توازن نسبة كسب تغيُّر وراثي المرتبطبالتغيُّرات المفاجئةمع نسبة فقدان ناتجة عنالانحراف الوراثي.
يعتمد الحجم الفعال للسكان Neعلى عدد الرجال Nmوالنساء Nfفي السكان حسب الصيغة:
قدرت ناسا أن مستعمرة بأقل من 100٬000 شخص ربما لا يمكن أن تكون مستقلة وقد تحتاج إلى دعم مستمر من الأرض.
يُعد التكاثر الذاتي اختياري ولكن يُمكنه القيام بنمو سريع جداً للمستعمرات، وذلك باستبعاد التكاليف والاعتماد على الأرض. ومن الممكن أيضاً كونه ينص على أن إنشاء كهذه المستعمرة قد يكون أول عمل لتكاثر ذاتي من الحياة الأرضية.
هناك طرق متوسطة تشمل المستعمرات اللاتي بحاجة فقط للمعلومات من الأرض (علم، هندسة، تسلية، إلخ...) أو المستعمرات التي ستحتاج للتموينات البسيطة فقط مثلالدارات المتكاملةأوالأدويةأوالحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين (ADN)أو أدوات معينة.
إن إنشاء مركبات آلية برد ذاتي لتسريع الاستعمار قد نُوقش أيضاً من ناحية نظرية بإعادة استخدام بنية الصانع الشامل الذي أنشأهجون فون نيومانJohn von Neumann ضمن إطار مشروع ديدالوسProjet Daedalus.
يُعد موقع المستعمرات الأولية فيالنظام الشمسينقطة جدال متكررة بين مؤسسي استعمار الفضاء. يُمكن أن تكون مواقع المستعمرات على أرضية أو باطن أرضيةكوكبأوقمر طبيعيأوكويكبولكن أيضاً في مدار حولالأرضأوالشمسأو جرم سماوي آخر أو تكون واقعة على نقطة مننقاط لاغرانج. إن هدفالولايات المتحدةمن الاستكشاف والاستعمار الحالي هو إنشاء قاعدة دائمة على القمر لاختبار أنظمة وتقنيات فضائية جديدة، ولكن أيضاً استخدام موارد القمر الطبيعي من الأرض من أجل تسهيل استكشاف المريخ بواسطة بعثات مؤهلة·والتي قد تكون مرحلة أولى. وستفيد المحطة الفضائية الدولية في دراسة التأثيرات المضرة للإقامات الطويلة في الفضاء على رواد الفضاء وتطوير التجهيزات لمقاومة هذه التأثيرات. وأصبح أيضاً البحث عنالكواكب الخارجة عن المجموعة الشمسيةوالقابلة للسكن هدفاً رسمياً. حيث يعتبر أحد الأهداف التي صرحت بها حكومةالولايات المتحدةهو البحث عن موارد جديدة على كواكب أخرى لتسهيل استكشاف النظام الشمسي، ولكن أيضاً لزيادة فوائدها العلمية والأمنية والاقتصادية، وذلك بدعم التعاون الدولي.ويتأهبالاتحاد الأوروبيوروسيالنفس الهدف، وكليهما أيضاً يؤيدان التعاون الدولي مقابل الوسائل الضخمة المطلوبة.
إن المحطة الفضائية الدولية التي بدأ بناؤها في عام 1998 تُمكِّن من تواجد بشري دائم في الفضاء منذ الثاني من شهر نوفمبر عام 2000، والذي يعد تاريخ الرحلة الأولى. تقع فيمدار أرضي منخفضعلى ارتفاع 350 كم. وسيتم الانتهاء من بناءها عام 2010 وستكون باقية للعمل حتى عام 2016 على الأقل. وستأوي المحطة التي لديها طاقم من ثلاثة أشخاص، ستة أشخاص من أجل استخدام جُل قدراتهم في البحث العلمي.وقد تم البناء بواسطة تعاون دولي بين 16 دولة تشملالولايات المتحدةوروسياواليابانوكندا، والإحدى عشر دولة أوروبية المُكوِّنةلوكالة الفضاء الأوروبية (ESA)،والبرازيل. في عام 2008، زار 163 فرداً من 16 دولة المحطة الفضائية، منهم 107 من وكالة ناسا، و27 من الوكالة الفضائية الفدرالية الروسية، و12 من وكالة الفضاء الأوروبية و 5 سياح فضائيين.
يُعتبر البحث العلمي أحد الأهداف الرئيسية للمحطة باستخدام الظروف الخاصة التي تسود على متنها، يشملعلم الأحياء(بحث طبيوتقانة حيوية)،والفيزياء(ميكانيكا الموائع،علم المواد،ميكانيكا الكم)، وعلم الفلك (يشملعلم الكون)،وعلم الطقس·وتقنيات الصغائر(النانو). هناك ماتخطى البحث المخطط، حيث سمحت الحياة اليومية على متن الفضاء من معرفة الكثير عن يوميات رواد الفضاء في بيئة كهذه. على سبيل المثال، يستخدم طاقم المحطةتوقيت عالمي منسقواقع على أبعاد متساوية بين مركزي تحكمههيوستنوموسكو، وإنشاءليالياصطناعية بإغلاق نوافذ المحطة، حيث تشرق الشمس وتغرب 16 مرة في اليومأو تعود أو تحدث تجارب في الجزء الأكثر سكوناً للمحطة وغير متوقع لهذا الأثر،مركبة النقل الآلية الأوروبيةجول-فيرنJules-Verne.
يتعلق القسم الطبي من البحث بجزء كبير عن التكيف البشري في الفضاء ودراسة تأثيرات غياب الجاذبية الطويل على الجسم البشري، وذلك للمهمات المستقبلية طويلة المدة.إن المشروع الرسمي لوكالة ناسا هو استخدام المحطة الفضائية الدولية كداعم لمهماتها القادمة على القمروالمريخ.حيث يقترح نيكولاي سيفاستيلنوف Nicolai Sevastyanov، رئيس الهيئة الفضائية إنيرجيا Corporation spatial Energia، استخدام المحطة كسطح لجمع مركبات قمرية مستقبلية، ولكن أيضاً كمرفأ لاستقبال الهيليوم 3 (hélium 3) المستخرج من القمر ضمن إطار تعاون دولي.
تكلف كل رحلة للمكوك الفضائي 1.3 مليار دولار، بما فيها تكلفة التطوير، أي 173 مليار دولار المجموع الكلي لكامل البرنامج من عام 1981 إلى عام 2010لـ131 رحلة، منها 29 رحلة لبناءالمحطة الفضائية الدوليةوالتي قدرت لها وكالة الفضاء الأوروبية تكلفة 100 مليار يورو أي ما يعادل 157 مليار دولار.
يعتبرالقمربفضل قربه المكان الأقرب لاستعمار بشري وذلك حسب المقياس الزمني. ويتمتع أيضاًبسرعة إفلاتضعيفة جداً التي تسمح بتبادل أسهل للمواد مع الأرض أو مع مستعمرات فضائية أخرى، بل أيضاً إنشاء مصعد فضاء قمري على المدى البعيد جداً. وإذا كان القمر لديه كميات غير كافية منالهيدروجينوالكربونوالنيتروجين، فإنه يملك الكثير منالأكسجينوالسيليكونوالمعادن.كما هو الحال بالنسبةللمريخ، حيث ستُسبب الجاذبية القمرية الضعيفة التي تمثل سدس جاذبية الأرض مشاكل حين العودة للأرض أو على صحة المستعمرين المستقبليين. كالجانب الظاهر يكون في جزء محمي منالرياح الشمسيةبواسطة الأرض، يفترض أن يكون ذلك في البحار من الجانب المخفي أن توجد أكبر التجمعات للهيليوم3 على القمر.يُعد هذاالنظيرنادراً جداً على الأرض، لكن لها قدرة كبيرة فيما يتعلق بالمحروقات في مفاعلات الاندماج النووي، إذاً قد يكون ذلك أداة دفع جديدة.
اتبعتناساالمشروع الذي أطلقه الرئيسجورج بوش George W. bushفيما يتعلق بمركز قمري متقدم واقع على أحد الأقطاب في عام 2024·، وبتمويل مُؤمن حتى هذا التاريخ، ولكن تم إلغاء ذلك بواسطة الرئيسباراك أوباما Barack Obamaفي شهر فبراير عام 2010 عند طلبه ميزانية عام 2011.ومن المخطط أن يأوي المركز المتقدم 4 رواد فضاء سيتناوبون خلال مدة 6 أشهر وسيستخدمون الموارد المحلية.وكانت وكالة الفضاء تريد <<مد النطاق الاقتصادي الأرضي>>.
تتوقعوكالة الفضاء الأوروبيةوجود قاعدة دائمة في عام 2025 والتي قد يبدأ بناؤها في عام 2020.وتتوقع الوكالة الفضائية الفدرالية الروسية وجود قاعدة دائمة على القمر بعد عام 2025 بقليلوبعد إعلانوكالة الاستكشاف الجوي الفضائية اليابانيةعن قاعدة مبنية بمساعدةالإنسان الآليلعام 2025، أرجأت البناء إلى عام 2030.ويتوقع رئيس الهيئة الفضائية إنيرجيا، نيكولاي سيفاستيانوف، إنشاء قاعدة قمرية روسية عام 2015 لاستخراج الهيليوم 3 بطريقة صناعية عام 2020، بالرغم من ذلك إلا أنه سيتطلب مُنشأة منجمية كبيرة جداً.اقترحت الأكاديمية الصينية للعلوم ضمن تقرير إستراتيجية التطوير لأصحاب القرار السياسيين بناء قاعدة على القمر عام 2030.ولدى الصين أيضاً مشاريع لاستثمار الهيليوم 3 القمري.
يُعدالمريخوالقمر الهدفان المميزان بالنسبة لمشاريع الاستعمار والاستكشاف المستقبلية لوكالات الفضاء مع إرسال بعثات بشرية ابتداءً منسنوات 2020بواسطة ناساوقد دُرست مشاريع قاعدة المريخ عدة مرات.وطُورت فكرة بناء قاعدة علىالمريخبواسطة رائد مهمات أبولو وعضو مجلس الشيوخهاريسون شميت Harrison Schmittووكالة ناسا منذ نهاية عقد السبعينات مع تاريخ بناء مخطط لما قبل سنوات 2000، مما أثار اهتمام الرئيسجيمي كارتر Jimmy Carterمؤقتاً.وتم التخلي عن المشروع لأسباب سياسية ومُنحت الأولوية للمكوك الفضائي ثم تمت العودة للمشروع واستبعد عدة مرات على مر العقود التالية، حتى تناول المشروعإعادة تأهيل المريخعلى المدى البعيد والنظري جداً,مع استخدام موارد محلية لدعم المهمة.
إن مساحةالمريخمساوية لمساحة الأرض القارية وتحتوي على مخازين مياه كبيرة على أقطابهاوممكن علىالطبقة الجليديةأيضاً, بل حتى على الجزء الذي يتجمد في الشتاء، مما قد يسهل استعماره بحسب ماذكره بعض العلماء المنضمين في مجتمع المريخ.ويحتوي المريخ علىثاني أكسيد الكربونبكثرة في أجوائه والعديد من المعادن الخامكالحديد.ويُعتبر المريخ الهدف الأساسي للاستعمار عن طريق الكائن البشري بالنسبة لمجتمع المريخ، وبإمكان الاستقلالية الاقتصادية الضرورية للاستعمار بحسب رأيهم أن تساهم في جعلها قاعدة انطلاق ممتازة لمنشأة منجمية للكويكبات.إن جاذبيةالمريخهي أيضاً علمية، لأن الباحثون يعتقدون أنالحياة خارج الأرضيمكن أن تحدث في زمن من تاريخها كما حدث على الحجر النيزكي المريخي ALH84001وأنه بإمكان الحياة أن تكون حاضرة دائماً على الكوكب على شكل بقع سوداء وغيرها اكتشفت بالقرب من الأقطاب التي تظهر في كل ربيع، وتلك فرضية مرفوضة من قبل علماء آخرين وناسا.
إلا أن الجو الخفيف جداً فيالمريخودرجات الحرارة المنخفضة والإشعاعات المرتفعة ستتطلب أنظمة دعم للحياة مشابهة لما خصص للفضاء مع أفضلية القدرة على استخدام الموارد المحلية للتطوير.إضافة إلى ذلك، تعد آثار الجاذبية المريخية الضعيفة على المدى البعيد التي تمثل ثلث الجاذبية الأرضية غير معروفة وربما تجعل العودة إلى الأرض مستحيلة للبشر المولودين علىالمريخأو الذين مكثوا مدة طويلة عليه كما هو الحال في انعدام الجاذبية.
يعدأوروباوكاليستووغانيميدأكبر ثلاثة أقمار تابعة لكوكب المشتري. وهم مكسيِّون بالجليد ويعتبرون هدفاً لمهمات مأهولة لناسا على المدى البعيد جداً.
تم تحديد كاليستو مبدئياً كقاعدة متقدمة حولالمشتريفي السنوات 2045 وذلك بدراسة قامت بها ناسا عام 2003من ناحية ضعف تعرضه لإشعاعات المشتري. وقد تمكِّن القاعدة المأهولة بالبشر وأيضاًبالإنسان الآليمن استكشاف هذا القمر وإنتاج المحروقات من أجل العودة إلى الأرض ولكن أيضاً من أجل المهمات المتجهة إلى أقمار المشتري الأخرى ومنها قمر أوروباالذي ربما يمتلك مثل كاليستومحيطاتتحت طبقة جليده وربما الحياة أيضاً.
تم دراسة استعمار قمر أوروبا عن طريق مشروع أرتيميس Artemis، وقد أنشئت شركة خاصة لاستعمار القمر بطريقة قابلة للحياة اقتصادياً. وقد تكون المستعمرة واقعة تحت الطبقة الجليدية بستة امتار على الأقل لتتحمل المستويات الكثيفة للإشعاعات.حيث يعتمد المشروع على تقدم مستقبلي للتقنيات من أجل النجاح ولكن استقبلته ناسا بريبة.
بحسب الدراسات النظرية التي حققها جيرارد أونيل Gerard K. O'Neill وناسافي أعوام 1975 – 1977، بإمكان مركبات فضائية واقعة في الفضاء تدعى مستعمرات فضائية أو مستعمرات مدارية أومحطات فضائيةأن تفيد يوماً ما في استقبال البشر بشكل دائم. ستكون مدناً حقيقية أو عوالم مستقلة بأحجام مختلفة من بضع آلاف إلى ملايين الأفراد. وتعتبر هذه المركبات الفضائية بالنسبة لأونيل الطريقة الأفضل لاستعمار الفضاء، وقابلة للحياة أكثر من استعمار الكواكب. إن السيئة الوحيدة للمستعمرات الواقعة في الفضاء هي نقص المواد الأولية التي يجب أن تُستورد من كواكب أخرى أو كويكبات، وما يميزها هو غياب الجاذبية لتكاليف نقل أقل بكثير.ويمكن أن تكون المركبات الفضائية واقعة في مدار أرضي أو علىنقاط لاغرانجلتكون قريبة من الأرض.
بالمقارنة مع مواقع أخرى، يمتلك المدار الأرضي مميزات عديدة وعيب وحيد. حيث يمكن بلوغ المدارات الأرضية في بضع ساعات في حين أنه يتوجب أيام للذهاب إلى القمر وشهور للوصول إلىالمريخ. ويجعل انعدام الجاذبية بناء المستعمرات أكثر سهولة نسبياً، وبرهنرواد الفضاءذلك بنقل أقمار تزن أطنان باليد. إذاً يتم التحكم بالجاذبية المستعارة على أي مستوى بحسب دوران المستعمرة. إضافة إلى مناطق السكن يمكن أن تكون 1 g. لا تعرف حتى الآن ماهي الجاذبية الدنيا للبقاء على صحة جيدة ولكن 1 g ستمكِّن بالتأكيد من نمو أفضل لأطفال المستعمرين.
هناك إمكانية أخرى للمواقع هينقاط لاغرانجالخمسة الأرضية - القمرية. وبالطبع يتوجب بضع الأيام للوصول إليها بوسائل الدفع الحالية، وتستفيد من منفذ للطاقة الشمسية مستمر باستثناء حالات الكسوف النادرة. حيث أنه لن يحدث لنقاط لاغرانج الخمسة الأرضية – الشمسية كسوف ولكن فقط النقطة الأولى L1 والثانية L2 قابلتان لحدوث الكسوف لساعات قليلة، وتتطلب الأخرى ات شهوراً ولكن البعض منها مع ذلك قد يكون أكثر استقراراً مثل النقطة الرابعة L4 أوالخامسة L5.إلا أن ميل نقاط لاغرانج إلى جمع الغبار والحطام مثل غيوم كورديليوسكي Kordylewski وتتطلب إلى تدابير استقرارية، ذلك من شأنه أن يجعلها أقل ملائمة لبناء المستعمرات من المتوقعة بشكل أولي.
لم يتم تطوير مفهوم المواطن الفضائية العملاقة ابداً عن طريق ناسا ولم يتجاوز الدراسة النظرية ابداً، وباعتبار الحاجة إلى إرسال مليون طن في مدار حول الأرض خلال 6 أو 10 سنوات أمراً مستحيلاً دون وسيلة نقل قليلة التكلفة تصل إلى 55 دولار للكيلوجرام كما نصت عليه الدراسة آنذاك مع تطويرات في المكوك الفضائي لصاروخساتورن 5. ومع ذلك فقد أخذت الدراسة بعين الاعتبار جميع الثوابت الملائمة، بما في ذلك تمهيدات كالتأثير علىطبقة الأوزونبأكثر من 2000 إطلاق ضروري.
يمكن أن يُستعمر كوكبعطاردباستخدام نفس التقنية أو التجهيز بالنسبة للقمر بالإضافة إلى ميزة كون الجاذبية مساوية لجاذبيةالمريخووجود حقل مغناطيسي بخمسين من الموجود على الأرض، مما يقدم حماية أولية، بحسب ماذكره أستاذعلم الكواكبوالمدير السابق لـ Jet Propulsion Laboratory بروس مورايBruce C. Murray. ستُنشأ المستعمرات في الأقطاب لتجنب درجات الحرارة الشديدة التي تسود على باقي الكوكب بالإضافة إلى ميزة وجود جليد الماء.إن فائدة كوكب عطارد الاقتصادية تكون في احتوائه تجمعات المعادن الخام بكميات أكبر بكثير من جميع كواكب النظام الشمسي الأخرى.
يمتلكالزهرةبيئة من أكثر البيئات المعادية في النظام الشمسي، مما لا يدعم استعماره ككوكب حتى على المدى البعيد، ولكن مع ذلك هناك مشاريع تم اثارتها عن طريق العلماء كمشاريع المنشآت في أجوائه العالية.كما يمتلك الزهرة مميزات كونه الكوكب الأقرب للأرض واحتوائه جاذبية مقاربة جداً لجاذبية كوكبنا.
فوبوسوديموس، قمران طبيعيان تابعةللمريخ، هما على الأرجح مؤهلين لبناء مواطن فضائية أو إنشاء مستعمرة عليهما. ربما يمتلك فوبوس للماء على شكلجليد.ويشير جيم بلاكسكو Jim Plaxco، من المجتمع الوطني الفضائي، منظمة تدعم استعمار الفضاء، إلى أنه بفضل ضعف زيادة السرعة الضرورية للعودة إلى الأرض، ذلك قد يُمكِّن من إيصال المحروقات ومواد أخرى إلى المنطقة الأرضية – القمرية، ولكن أيضاً إلى وسائل النقل حول النظام المريخي. ذلك يجعل هذه المواقع مُجدية من نظرة اقتصادية، لأنها سهلة الوصول عن طريق باقي النظام الشمسي ومن المحتمل أن يكون لديها مصادر كبيرة للطاقة.يقترح ليونارد وينستين Leonard M. Weinstein منمركز لانغلي البحثيالتابع لناسا، إنشاءمصعد فضاءعلى فوبوس من أجل جعل تجارة فضائية أكثر اقتصاداً بين نظام الأرض – القمر ونظام المريخ – فوبوس.
يمكن أن يتم استعمارالكويكباتبأفضلية جيدة على الكويكبات القريبة من الأرض عن الكويكبات الواقعة فيالحزام الرئيسي. حيث يميِّز الكويبات القرايبة من الأرض أن قربها بطريقة منتظمة، وأحياناً في داخل المدار القمري، مما يعني انخفاض تكاليف وزمن النقل. وبإمكان مدار هذه الكويكبات أن يبعدها كثيراً عن الأرض، حيث أن البعض منها يبعدها المدار إلى مسافة أكثر من 2.3و.ف.
إن ميزة الكويكبات في الاستعمار هي موادها الأولية الوفيرة بالحديدة أو النيكل أو الماء وكثرتها. وقد يرتكز اقتصادها إذاً على الاستخلاص المنجمي باتجاهالمريخأو القمر اللذان ربما يكون تموينهما أكثر سهولة وأقل تكلفة من الأرض بسبب ضعف جاذبيتهما، ويتشاركهما في هذه الميزة الكوكب القزمسيريس.لا تُفقد الأهداف المحتملة، حيث يُقدر عدد الكويكبات ذات قطر أعلى من 1 كم بــ 750000 كويكب في الحزام الرئيسي.وسيستلزم الاستعمار بناء قاعدة على أسطحها أو على الأكثر أرجحية تكون محفورة داخل الكويكب، مما قد يؤدي إلى بناء موطن فضائي ذو مساحة كبيرة.
يعتبر (33342)1998 WT24 مثالاً جيداً لكويكب قريب من الأرض قابل لاستثمار اقتصادي من ناحية طبيعة مداره أو الكويكب (433)Eros من ناحية تكوينه الغني بالحديد.
كانسيريس،كوكب قزمواقع فيحزام الكويكبات، مُعيناً كقاعدة مثالية أساسية للمنشأة المنجمية للكويكبات.وهو غني بالماء على شكل جليد، وتُمكِّن نظرية المحيط في سطحه من الاكتشافلحياة خارج الأرضوهي مادة أولية محتملة ومهمة للمستعمرين المستقبليين. يجعل موقعه الاستراتيجي وضعف جاذبيته التموين باتجاهالمريخأو القمر أكثر سهولة وأقل تكلفة كما هو الحال بالنسبة للكويكبات الأخرى.
إن المستعمرات الواقعة بالقرب من كوكبزحلوكوكبأورانوسوكوكبنبتونسيتاح لديها الهيليوم 3 للتصدير لأنه متواجد بكثرة في العمالقة الغازيةوسيكون مطلوب جداً من قبلالمفاعلات الاندماجيةالمستقبلية للمستعمرات الأخرى والمركبات، وذلك بحسب دراسة قامت بها ناسا. ويُعد المشتري أقل جاهزية لاستخراج منجمي بسببجاذبيتهالعاليةوسرعة إفلاتهالمرتفعة وعواصفه العنيفة وإشعاعاته.
تم تعيينتيتان، القمر الأكبرلزحل، كهدف جيد للاستعمار بواسطة عالم الفضاء روبرت زوبرينRobert Zubrin، لأن الأمر يتعلق بالقمر الوحيد في النظام الشمسي الذي يمتلك جوَّاً كثيف وكونه غني بالتكوينات الكربونية.
إن استعمار ملياراتالأجرام الوراء نبتونيةباشتمالالكوكب القزمبلوتوقد تم اقتراحه كموقع للاستعمار ولكن على المدى البعيد جداً، حيث أن بعد معرفة المسافات يتوجب عشرات السنين للرحلة بالتقنيات الحالية، كما أن هناك مشاريع دفع نووي جديدة ما زالت في مرحلة نظرية قد تقلص الرحلة ذهاباً وإياباً إلى 4 سنوات.
في عام 1994، اقترحكارل ساغان Carl Saganبناء مواطن فضائية عليها مثل كرة برنال Sphère de Bernal التي قد يعيش عليها المستعمرون بفضل مفاعلات الاندماج لآلاف السنين قبل الانتقال نحو نجوم أخرى.ويُؤيدفريمان ديسون Freeman Dysonفي عام 1999حزام كايبركموطن مستقبلي للبشرية، مُتنبئاً بأن ذلك قد يتكاثر خلال مئات السنوات.
قد يستغرق استعمار جميع المواقع القابلة للاستثمار منالنظام الشمسيعشرات أو مئات السنين وذلك لا يحتوي على أي كوكب قابل للسكن مثل الأرض. هناك مئات المليارات من النجوم فيمجرتنا،درب التبانة، بأهداف محتملة للاستعمار الفضائي. وبعد معرفة المسافات الكاسحة بين النجوم، يبدأ الموضوع تجاوز المجال العلمي للدخول في ما يتعلق بالرؤية المستقبليةوالخيال العلمي. ولكن حتى على هذا المستوى، أُنجزت أعمال بواسطة علماء لاستكشاف الإمكانيات المتنوعة، ولكن لم يتجاوز أي منها المرحلة النظرية.
منذ بدايةعقد التسعينات، اُكتشفت العديد منالكواكب خارج المجموعة الشمسية(464 في 6 يوليو 2010)، بعض الأنظمة الكوكبية تشمل من 4 إلى 5 كواكب·.تُمكِّن التقنية الحالية من اكتشاف العمالقة الغازية فقط، ولكن بعضها واقعة فيالنطاق الصالح للسكنمن نجمها وقد تمتلك أقمار مناسبة للاستعمار أو قادرة على تأمين الحياة. إن البحث عن كوكب أرضي مثل كوكب الأرض هو هدف برامج مشروع البحث عنكوكب أرضيTerrestrial Planet Finder، التابع لناسا ومشروع داروين الفضائي Projet spatial Darwin التابع لوكالة الفضاء الأوروبية والمخطط لسنوات 2020. إن تحديدصلاحية السكن لكوكبستكون الأهمية الكبرى قبل إطلاق رحلات في المستقبل البعيد. حيث يُحصي الدليل HabCat، المنشأ لبرنامج SETI، 17129 نجمة بإمكانها احتواء كواكب قابلة للسكن.ويُعتبر الأمر المثالي هو العثور على كوكب يدور في المنطقة القابلة للسكن لتوأم شمسي.
يأتي من بين أفضل المرشحين المتعرَّف عليهم حتى الآن النجم المزدوجرجل القنطور Alpha Centauriأحد أقرب النجوم إلى الأرض وبإمكانه احتواء نظام كوكبي مستقر.حيث يرد رجل القنطور في أعلى قائمة مشروع بحث كوكب أرضي.ولدى النجمتاو قيطس Tau Ceti، الواقع على ما يقارب 12سنة ضوئيةمن الأرض، كمية كبيرة من المذنبات والكويكبات في مدار حول نفسه والذي قد يكون مستخدم لبناء مواطن بشرية.
يعزز اكتشافغليزا 581 سي(Gliese 581 c)وغليزا 581 دي (Gliese 581 d)في يوم24 ابريلعام2007، وهيأراضي هائلةواقعة في النطاق الصالح للسكن من شمسهاغليزا 581(Gliese 581)، على 20.5 سنة ضوئية من النظام الشمسي، الآمال في العثور على وجهة صالحة للسكن ويوم يمكن بلوغه بالتقنيات البشرية.
تتطلب مركبة النقل بين النجوم نظام دفع يسمح بكسب سرعة أعلى بكثير من سرعة مركبات النقل بين الكواكب الموجودة إذا ما أريد الوصول إلى النجم الهدف في زمن معقول. على سبيل المثال، الجرم المبني عن طريق الإنسان الأكثر بعداً عن الأرض ويبتعد عنها في أسرع وقت، المسبار الفضائيفوياجر 1الذي تم إطلاقه في عام1977واكتسب سرعة 17.37 كم/ثانية، أي 3.5 و.ف/سنة·,وصل إلى حدود النظام الشمسي فقط وقد استغرق 72000 سنة للعودة إلى النجمقنطور الأقرب Proxima Centauri.
يُعتبرمشروع أوريون، الذي أُسس فيعقد الخمسينات، أول دراسة لابتكارمركبة فضائيةتُحرك بالدفع النووي النابض. واقترح الفكرة عالم الرياضياتستانيسلو أولام Stanislaw Ulamوأدار المشروع فريق من المهندسين يشمل بعض شخصيات مشهورة مثل عالمي الفيزياء ثيدور تايلور Theodore Taylorوفريمان ديسون Freeman Dyson. إن سرعة الرحلة البحرية التي يمكن بلوغها بمركبة الاندماج أوريون هي من 8 إلى 10 % منسرعة الضوء(0,08 – 0,1 c) وقد تبلغ مركبة الانشطار من 3 إلى 5 % من سرعة الضوء. إلى 0,1 c، قد تستغرق مركبة الاندماج أوريون 44 سنة للوصول إلىقنطور الأقرب، النجم الأقرب.يفتقد المشروع دعمه السياسي بسبب قلق حول موضوع العدوات التي يسببها الدفع وتم التخلي عنه نهائياً بعدمعاهدة الحظر الجزئي للتجارب النوويةعام 1963.
اُقترح أول تحسين لفكرة أوريون عام 1978 بواسطة British Interplanety Society. إن مشروع ديدالوس Projet Daedalus هو عبارة عن مسبار آلي بين النجوم باتجاهنجم السهمالذي قد يصل 12% من سرعة الضوء بفضل نظام دفع مرتكز على الاندماج المتفجر لأقراصديوتيريومأوتريتيومالتي يتم إطلاقها بواسطةالقصور الذاتي. ومع ذلك، لا يخطط هذا المشروع لنظام تباطؤ ولا يسمح إذاً إلا باستكشاف عاجل لنظام كوكبي وأيضاً أقل من كونه استعمار.
في عام 1989، حسَّنتبحرية الولايات المتحدةوناسا ديدالوس أيضاً مع مشروع لونجشوت projet Longshot، وذلك بمسبار ذو 396 طن. حيث يُعد الهدف هو الوصول إلى النظام الثلاثيرجل القنطورخلال 100 عام، الذي يعتبر الجار الأقرب للشمس (مسافة 4.36 سنة ضوئية) ويقع في مدار حول رجل القنطور ب. وقد يعمل المحرك خلال العبور الكلي مستمراً بسرعة (ثم متباطئاً) المركبة.
البشرية إذاً هي أيضاً بعيدة عن مركبة مأهولة بين النجوم وأبعد أيضاً عن مركبة مستعمر التي قد يتوجب احتوائها على أنظمة دعم للحياة لرحلة ربما تطول على الأقل إلى حوالي خمسين سنة للوصول إلى أقرب النجوم. إن الفرضية الأكثر احتمالاً هي بناء مركبة جيلية أو عقد جسر فضائي كالذي تصورهروبرت جوداردRobert Goddard والذي قد يقوم برحلة دون السرعة الضوئية، وبطاقم يتجدد خلال عدة أجيال قبل أن تنتهي الرحلة. وربما يتم ذلك بمستعمرة من النظام الشمسي وتلك تُعد كافية ذاتياً في موطن فضائي وقد تكون مزودة بوسيلة دفع. بينما فرضية مركبة ثابتة والتي ربما يمضي عليها أغلب أو جميع الطاقم الرحلة تحت حرارة منخفضة جداً (تدعى بطريقة غير ملائمة حياة معلقة أو إسبات)، ولذلك تتطلب نظام دعم للحياة أقل ضرورة، لم يتم تطويرها بواسطة العلماء لأنه لا يزال غير ممكن إعادة كائن بشري للحياة بعد وضعه تحت درجة حرارة منخفضة جداً.
بالنسبة لعالم الفلك الفيزيائي نيكولا برانتزوس Nicolas Prantzos، حتى لو كان استعمارأنظمة كوكبيةأخرى مُقدر أنه مستحيل من قبل بعض العلماء بسبب صعوبات تقنية لا يُمكن تجاوزها اليوم، من الممكن أن تظهر خلال قرنين أو ثلاثة على الأقل ثلاثة أشكال منالحضارات: مُستعمر لكواكب شبيهة بالأرض بفضل إعادة التأهيل، ومستعمر آخر لكويكبات أو مذنبات، ومستعمر ثالث يقوم برحلات عبر النجوم على متن مركبات عالمية.
في عام2001، سأل موقع الأحداث الفضائية SPACE.comفريمان ديسون Freeman Dysonوريتشارد جوت J. Richard Gott وسيد جولدسين Sid Goldstein، لأي الأسباب قد يتوجب على البشر الحياة في الفضاء. وكان جوابهم:
منذ عام 1798، يعلن الاقتصاديتوماس مالتوسفي كتابه تجربة على مبدأ السكان:
<<إن أصول التواجد التي تستوعبها هذه البقعة من الأرض، مع غذاء ومساحة كافية للتمدد، بإمكانه ملئ ملايين العوالم خلال آلاف السنين>>.
في عقد السبعينات، يقترحجيرارد أونيلبناء مواطن فضائية التي من الممكن أن تأوي 30000 مرة من قدرة الأرض على تحمل السكان البشر باستخدام حزام الكويكبات فقط، وأن النظام الشمسي في مجموعته قد يمكنه استقبال نسب النمو السكاني الحالية لآلاف السنين.قدَّر مؤسس استعمار الفضاء مارشال سافاج Marshall Savage بإتباعه النظرية المؤيدةلنموالسكان البشرالمتسارع في عام 1992 أن سكان من 5 تريليون (5×10)شخص في النظام الشمسي كان قابل للوصول للعام 3000، وأغلبية هؤلاء السكان يعيشون في حزام الكويكبات.بينما يقترح أستاذ علم الكواكب فيجامعة أريزوناجون لويس John S. Lewis أن الموارد الضخمة للنظام الشمسي ربما تمكن بإيواء 100 بليار(10أو 100 مليون مليار) شخص. ويُقدر أن مفهوم نقص الموارد <<هو وهم تولد من الجهل>>.
بالنسبةلعالم الإناسةبين فيني Ben Finney الذي شارك هو وغيره في مشروع SETIوالفيزيائي الفلكيايريك جونيس Eric Jones، تعتبر هجرة البشرية إلى الفضاء مستمرة بتاريخها وطبيعتها، والتي تعتبر تكيفاً تقنياً واجتماعياً وثقافياً لغزو أراضي وبيئات جديدة.
كتب لويس هال Louis J. Halle ، عضو سابق فيوزارة الخارجية الأمريكية، في مجلةالشؤون الخارجيةأن استعمار الفضاء سيحفظ البشرية في حالحرب نووية. وفي نفس الفكرة، يقترح كل من الصحفي والكاتب ويليام بوروس William E. Burrows والكيميائي الحيوي روبرت شابيرو Robert Shapiro مشروعاً خاصاً، وهو التحالف لنجدة الحضارة بهدف إنشاء نوع من المخزن الاحتياطي خارج الأرض للحضارة البشرية. بالإضافة إلى العالمبول دافيسحيث أنه يؤيد فكرة أنه إذا كانت كارثة كوكبية تهدد بقاء الكائن البشري على الأرض، ربما بإمكان مستعمرة باكتفاء ذاتي <<إعادة استعمار>> الأرض وإعادة إنشاءالحضارة. ويشدد أيضاً الفيزيائيستيفن هوكينغبقوله:
<<لا أعتقد أن الجنس البشري سيستمر في آلاف السنين القادمة إلا إذا انتشرنا في الفضاء. هناك كثير جداً من الحوادث التي بإمكانها أن تقضي على الحياة في كوكب واحد. لكني متفائل. سنصل إلى النجوم>>.
بالنسبة له، مسألة حبس الجنس البشري في كوكب واحد تضعه تحت إمكانية حدوث أي كارثة كتصادم مع كويكب أو حرب نووية مما قد يؤدي إلىانقراض جماعي. ربما لن يكون استعمار النظام الشمسي إلا خطوة أولى قبل البحث عن كوكب آخر تحت ظروف مؤاتية لظروف الأرض فينظام كوكبيآخر، حولنجمآخر.
وأيضاً ربما يمكِّن استعمارأنظمة شمسيةأخرى من الهروب منالدمار المخطط لشمسنا، وقد يسمح استعمار مجرات أخرى بالبقاء في حالالاصطدام بين المجرات.
هناك سبب آخر مهم لتبرير استعمار الفضاء ألا وهو الجهد المستمر لزيادة المعارف والإمكانيات التقنية للبشرية والتي قد يمكنها أن تحل بشكل مفيد محل المنافسات السلبيةكالحرب. يُصرح مجتمع المريخ على سبيل المثال:
<<ينبغي الذهاب إلى المريخ، لأن الامر يتعلق بتحدي رائع يجب أن يسجل. فالحضارات بحاجة إلى أن تتنافس في تحديات كهذه لتتطور. حيث لعبت الحرب هذا الدور منذ زمن طويل. والآن ينبغي العثور على أسباب أخرى لتجاوز ذلك>>.
في الحقيقة تعتبر ميزانية الفضاء متدنية جداً مقارنة بميزانيةالدفاع. على سبيل المثال بالاستشهاد بحالة الولايات المتحدة عام 2008، كان مايقدر بـ 845 مليار دولار تكاليف صريحة نتيجةحرب العراق.وبالمقارنة، فقد كلَّفمرصد هابل الفضائي2 مليار دولار وتُعد ميزانية ناسا السنوية 16 مليار. إن الأولوية الممنوحة لحرب العراق هي استخدام سيء للميزانية الفيدرالية بحسب رأي المدوِّن والمؤسس لصحيفةأمريكا اليومألان نوهارثAllen Neuharth. لا يُتوقع أن تتجاوز توقعات الميزانية الحالية لناسا حتى عام 2020 والتي تشمل استثمار محطة الفضاء الدولية وإنشاء قاعدة على القمر، حاجز الـ25 مليار دولار في السنة.
يقارن رئيس مجتمع المريخ روبرت زوبرين الأهمية التاريخية للقرارات المتخذة الآن بين الحرب والغزو لعوالم جديدة والقرار المتخذ آنذاك عن طريقالملكة إيزابيلا الأولىوفرناندو الثانيوالذي نتذكره لتمويله رحلةكريستوفر كولومبوس، وليس لسياسة سلطتهم.
إن التقنيات الفضائية الناتجة عن غزو الفضاء ساعدت البشرية بشكل عام مثل:الأقمار الصناعية للاتصالاتوالأرصاد الجوية وترصد الأرضونظام التموضع العالمي، التي تدخل في الحياة اليومية للبشر الذين يعيشون فيالأرضوهناك العديد من التقنيات كانت مستخدمة بعد ذلك في قطاعات متنوعة من الصناعة والتجارةكالملاحة الجويةوالطاقات المتجددةوالبلاستيكوالخزف، وما إلى ذلك··.وبحسب رأي سيجفريد W. H Siegfried التابع لــ Boeing Integrated Defense Systems سيمكِّن استعمار الفضاء من مضاعفة هذه الجهود المفيدة للاقتصاد والتقنية والمجتمع كامله على نطاق واسع جداً.
سيسمح استعمار الفضاء بإنشاء وإطلاق مواطن فضائية، بحسب وجهة نظر ناسا أكبر بكثير، على سبيل المثال بمواد مُرسلة من القمر أو قوةالجاذبيةأقل 6 مرات من على الأرض بمساعدة المنجنيق الكهرومغناطيسي، أو بحسبالقوات الجوية الأمريكية، مركبات ثقيلة جداً مُجمعة على مرافئ فضائية.وهناك دراسات أظهرت أنمقاريبأومقاريب كاشوفيةعملاقة التي تتمعن كامل الكون قد يمكن جمعها على القمر وتسمح بتوفير ظروف ترصّد أفضل بكثير من على الأرض·.
إن رؤية الأرض كشيء وحيد وصغير جداً على النطاق الكوني سيمكنها إعطاء معنى بالغ للوحدة والخضوع لسكانها، بالإضافة إلى استيعاب ضعف الغلاف الحيوي وتجرديةالحدودمثل ما أشار إليه رائد الفضاء والكاتبكارل ساغان(الذي أنشأالمجتمع الكوكبي) في كتابهنقطة زرقاء باهتة.خلال أكثر من 40 سنة من العمل، أظهر التعاون الدولي في الفضاء قيمته كجهد مُوَّحد.
في عام 2005، عاد مدير ناسامايكل غريفينإلى رأيفيرنر فون براونفي فترةبرنامج أبولووعيَّن استعمار الفضاء كهدف للبرامج الفضائية الحالية بقوله:
<<...إن الهدف ليس استكشاف عالمي فقط... هو أيضاً نشر المستوطن البشري خارج الأرض كما نتقدم مع الوقت... وعلى المدى البعيد، لن يتمكن كائن واقع على كوكب وحيد من البقاء على قيد الحياة... إذا ما أردنا نحن البشر البقاء على قيد الحياة لمئات أو آلاف أو ملايين السنين، علينا أن نعمِّر كواكب أخرى. فالتقنية اليوم هي كالتي بالكاد يُمكن تخيلها. لم نتخيلها إلا في الطفولة... أعني بذلك أنه في يوم ما، ولا أعلم متى، سيكون هناك بشر يعيشون خارج الأرض أكثر من الذين يعيشون عليها. سيمكننا حتى الوصول إلى أن يكون هناك بشر يعيشون على أقمار المشتري مثلما هناك بشر يعيشون على كواكب أخرى. سيمكننا الحصول على بشر يبنون مواطن على كويكبات... أعلم أن البشر سيستعمرون النظام الشمسي ويوماً ما سيذهبون إلى أبعد من ذلك>>.
يعتقد الدكتور كيت كووين Keith Cowin، عالم متخصص سابق لدى ناسا، وريتشارد كوك Richard C. Cook محلل سابق لحكومة الولايات المتحدة، أن استعمار الفضاء مُكلف جداً وسيكون مُهدراً للوقت والمال العام والخاص أيضاً عند تمويل برامج ذات تكاليف هائلة. على سبيل المثال، كلفت المحطة الفضائية الدولية كثر من 100 مليار دولار دون أي نتيجة فورية وبميزانية قد تكون مستخدمة لتحسين ظروف الحياة على الأرض أو برامج فضائية أخرى·.إضافة إلى أن استعمار الفضاء بحسب ماذكره كوك، ربما يُصاحب بإعادة عسكرة للاستعماروسباق تسلحجديد.ويعتقد عضو مجلس الشيوخ الأمريكي بيل نيلسون Bill Nelson، رائد فضاء سابق، أن الـ5 % من الارتفاع السنوي لميزانية ناسا لن تكفي لتأمين البرنامج رؤية لاستكشاف الفضاء Vision for Space Exploration التابع للرئيس جورج بوش وبالرغم من أن الولايات المتحدة تنفق للبحث الفضائي أكثر من جميع دول العالم الأخرى مجتمعة.ووفقاً لاستطلاع أجري عام 2004، قد يفضل 55 % من رأي الشعب الأمريكي أن تكون الميزانية مُنفقة من أجل التعليم أو الصحة بدلاً من هذا البرنامج.
بالنسبة لأندريه ليبو André Lebeau، المدير السابق للمركز الوطني للدراسات الفضائية (CNES) ومدير برامج محطة الفضاء الأوروبية، تبقى النشاطات التجارية المرتبطة باستعمار الفضاء محدودة، ومتركزة على أماكن ضعيفة جداً. إضافة إلى أن التقنيات الضرورية معقدة جداً، بل تأملية، ولا شيء يضمن أنها تُستعمل بشكل مرضي ومُثمر. وشدد أيضاً على أن هناك العديد من الأماكن المناسبة للسكن على الأرض ليست مُستخدمة (ثلاثة أرباع الأراضي البارزة تقريباً غير مسكونة، دون نسيان الوسط الواسع تحت البحر وتحت الأرض)، وأن الكثير من الموارد تبقى غير مُستثمرة (الوقود الأحفوري،اليورانيوم،المعادن الخام... وموارد أخرى تحت الأرض على أعماق غير مستكشفة أيضاً أو في مناخ مُعادي؛ الطاقة الشمسية المحتملة فيالصحاري(قاحلة كالبارد) والرياح المحتملة من المناطق البحرية والجبلية ؛الهيدروجين الوفير ولكن مسيطر عليه بطريقة سيئة...) وأن العمل هذا قد يكون أسهل مبدئياً من استعمار الفضاء.
بالنسبة للآخرين، يبدو أن التقدمات التقنية المرتبطة بالغزو الفضائي فقط تقنيات لا تفيد إلا في البلدان الأكثر تطوراً وفي المصالح الاقتصادية الأكثر تأثيراً. وبالنسبة للفيزيائي الذي حصل على جائزة نوبلريتشارد فاينمان Richard Feynman، لم يقدم غزو الفضاء أي تقدم علمي كبير.
إن تقدماتعلم الإنسالة(الإنسان الآلي)والذكاء الاصطناعييجعل التواجد البشري في الفضاء غير مفيد كلياً حسب رأي لورنس كروسLawrence Krauss، في المستقبل القريب على الأقل. وفي الحقيقة منذ الرحلة الأخيرة لأبولو على القمر (أبولو 17،1972)، كان كل الاستكشاف الفضائي ماوراء المدار الأرضي مُهدد من قبل المسابير المتحكم بها عن بعد بدرجة مرتفعة من التحكم الذاتي. إن إنشاء مستعمرات بشرية لن يقدم إلا إلغاء تمويلات من مشاريع علمية آلية أكثر نفعاً.في مقابلة لمجلة البحث (La Recherche)، جاك بلامونت Jacques Blamont الذي كان أحد مؤسسي وكالة الفضاء الأوروبية، حتى تحدث قائلاً أنه إذا <<البرنامج العلمي التابعلوكالة الفضاء الأوروبيةسليم، فإن الإنسان في الفضاء بلا مستقبل>>.ويضيف جاك أن:<<استكشاف النظام الشمسي يجب أن يستمر بواسطة المركبات الآلية>>. وهذا رأي أليكس رولاند أيضاً Alex Roland، المتخصص في تاريخ ناسا.
إذاً من الأكثر احتمالية أنه إذا كانت الموارد الخارجة عن الأرض من النظام الشمسي مستثمرة يوماً ما، فذلك في الأغلب لن يتم إلا بواسطة الآلات ذات التحكم عن بعد ومبرمجة مسبقاً، وتدار عند الاقتضاء بواسطة فرق بشرية مصغرة. وبالأخذ بالاعتبار مدى الإمكانية الأرضية التي لا تزال غير مكتشفة حتى الآن، فلا يجب أن يتجاوز الاستعمار الجدي للفضاء بهدف التعمير على الأغلبالمدار المنخفض للأرضقبل وقت طويل.
في حال أنه يوجدحياة خارج الارض، طُرح للنقاش خطر التلوث وهدم البيئة لكوكب آخر بواسطة إنشاء موطن بشري. فيما يخص كوكبالمريخ، يفترض روبرت زوبرين أنه حتى إذا كانت الحياة التي يمكن أن تُكتشف علىالمريخعلى شكلبكتيريامختلفة كلياً، فإن التخلي عن الاستعمار أو إعادة التأهيل لحمايته قد يكون حجة جمالية ولكن ليست أخلاقية والتي يجب أن تستقر على ماهو مفيد للكائن البشري. بالنسبة له، قد يكشف العثور على حياة علىالمريخأن ظهور الحياة هو حدث شائع في الكون، وأنه إذاً لن تحصل هذه الحياة إلا على فائدة علمية. إن <<عودة تلوث>> الأرضبالبكتيرياالخارجة عن الأرض هو أيضاً أمر يتم التأمل فيه.
في حال أنالحياة تكون متطورة في مكان آخر من الكون، وأنه توجد حضارات خارج الأرض وقد وصلت مستوى تقني كافي، فربما بإمكانها أن تصل إلى استعمار أنظمة كوكبية أخرى. إن مفارقة فيرمي Paradoxe de Fermi، التي أصدرها الفيزيائي حامل نفس الاسم، هي مبنية على مسألة أنه إذا كانت توجد مثل هذه الحضارات وقد استعمرت المجرة، فإن البشرية قد تكتشف آثارها كموجات الراديو التي ربما زارت موجاته الخارج الأرض سابقاً. وقد أُصدرت العديد من الفرضيات للجواب على هذه المفارقة، منفرضية الأرض النادرةالتي تبحث على أن الحياة توجد فقط على الأرض إلى فرضية حديقة الحيوانات التي تراقب فيها الكائنات الفضائية الأرض والبشرية عن بعد، دون محاولة التفاعل بطريقة الباحثين الذين كانوا يراقبون الحيوانات البدائية عن بعد، متجنبين الدخول في اتصال من أجل ألاَّ يشوشوا عليهم.
إن النموذج المرجاني للاستعمار المجرِّي الذي أعدَّه جيفري بينيت Jeffrey O. Bennett وسيث شوستاك G.Seth Shostak، يصف التوزيع الممكن للحضارات التي استعمرت أنظمة كوكبية في المجرة. حسب رائد الفضاء كلوديو ماكوني Claudio Maccone باستخدامه ما يلزم مدة مليونَي سنة لكي تنتشر البشرية في أرجاء المجرة، بحساب رحلة تظهر 1 % منالسرعة الضوئية، والأخذ بعين الاعتبار زمن استعمار الكواكب القابلة للسكن 1000 عام. وبالأخذ بعين الاعتبار عمر الكون، يعتقد ماكوني ان مفارقة فيرمي هي إذاً محلولة.
إذا كان استعمار الفضاء موضوع تقليدي من علم الخيال، فتاريخ المفهوم العائد لناساوروبرت سالكيلدRobert Salkeld يسلط الضوء على دور رواد علم الخيال بجانب مؤسسي علم الفضاء، حيث خالط على سبيل المثالجول فيرنقسطنطين تسيولكوفسكي.
في الحقيقة يعتبر الاستعمار كموضوع خيالي والاستعمار كمشروع بحثي غير مستقلان. حيث يُغذي البحث الخيال والخيال يتنفس البحث أحياناً.ويُعد مشروع ITSF (اختراعات تقنية لعلم الخيال)، المدعوم من قبل وكالة الفضاء الأوروبية، مثالاً لهذا التخصيب المتقاطع.
يسلط مؤلفعلم الخيالنورمان سبينراد Norman Spinrad الضوء على دور علم الخيال كقوة ذات رؤية خلَّفت غزو الفضاء، وذلك بحسب رأيه تعبير محرَّف وميولهإمبريالية، واستعمار الفضاء.ويكشف أيضاً أن السياسي والكاتب في علم الخيال جيري بورنيل Jerry Pournelle راغباً في إنعاش غزو الفضاء في هذا الهدف بداية عقد الثمانينات، وفي الواقع أطلق مشروعمبادرة الدفاع الاستراتيجيلإدارةرونالد ريغان، الأمر الذي يُعد بالنسبة له فشل، لأنه بدلاً من ألاَّ ينعش البرنامج العسكري البرنامج الفضائي، فقد حدث العكس، حيث نقلت تكاليف البرنامج 40 مليار دولار إلى بناء قاعدة على القمر.
أعلن أحد الأسماء الكبيرة في علم الخيال،آرثر سي كلارك، الشغوف والمؤيد لأفكار مارشال سافاج Marshall Savage، في مقال ذو رؤية مستقبلية عام 2001، التاريخ الذي ورد في أحد أعماله الأكثر شهرة، أنه في عام 2057 قد يكون هناك بشر على القمروالمريخوأوروبا وغانيميد وتيتان وفي مدار حول الزهرة ونيبتون وبلوتو.