Kosmose koloniseerimine

Inimtsivilisatsiooni ellujäämine

Peamine argument, miks on kosmose koloniseerimine vajalik, on tagada inimkonna säilitamine luues alternatiivseid elamiskohti, kus oleks võimalik edasi elada, kui toimub Maal inimese põhjustatud katastroof, mis muudab Maa elamiskõlbmatuks.
Teoreetik ja kosmoloog Stephen Hawking on väitnud 2001 ja 2006, et tsivilisatsiooni päästab kosmose koloniseerimine. 2001 ennustas ta, et inimkond sureb välja järgmise tuhande aasta jooksul, kui ei looda kosmose kolooniaid. Hilisemas väites on ta välja pakkunud 2 võimalust: kas me koloniseerime kosmose järgmise 200 aasta jooksul või vaatame vastu enda pikaajalisele väljasuremisele.

Kosmoses leiduvad ressursid

Kosmoses on materjale ja energiat tohutus koguses. Eri hinnangute järgi on ainuüksi Päisesesüsteemis piisavalt energiat ja materjale, et hoida üleval tuhat kuni mitu miljonit korda praegusest Maal elavatest inimestest.
Päisesesüsteemist väljaspool Linnutee galaktikas ja mitme tuhande miljoni teises vaadeldavas galaktikas on võimalik planeete kohti koloniseerida ja ressursse koguda. Kuigi nendesse kohtadesse jõudmine on võimatu, kui kohale jõudmiseks ei kasuta generatsiooni laevu või ei looda uusi revolutsioonilisi meetodeid kosmoses reisimiseks nagu valgusekiirusest kiiremini töötavad mootorid.

Kosmose asuala

Kosmose asustamine toob kaasa ka vajaduse hakata täpsemalt määratlema, kas tegemist on kosmose kolooniaga või orbitaalkolooniaga või hoopis on tegemist kosmosejaamaga, mis on mõeldud alaliseks elamiseks. Kosmoses oleksid need kohad "linnad", kus elanikud elavad, töötavad ja loovad perekondi. Teadlased ja ulmeteoste autorid on välja pakkunud mitmeid disaine. Sellised kohad on ülejäänud inimkonnast eraldatud, kuid asuksid piisavalt lähedal Maale, et vajadusel abi saada. Nii on võimalik saada teada, kas 1000 inimest saavad omal käel hakkama, enne kui saata inimesi kaugemale, kus ei ole võimalik vajadusel enam abi pakkuda.

Meetod

Kosmose kolooniate ehitamiseks on vaja vett, toitu, ruumi, inimesi, ehitusmaterjale, energiat, transporti, sidet, elussüsteemi, tehislikku gravitatsiooni, radiatsiooni kaitset ja hulganisti investeeringuid. On täitsa võimalik, et kolooniad hakkavad asuma vajalikke ressursside vahetus läheduses. Üks põhilisi ettevõtmisi on hakata veenma riike, et nad investeeriksid kosmose kolooniate valmimisse. Selle argumendi on välja toonud John Hickmann  ja Neil deGrasse Tyson.

Materjalid

Kuul, Marsil või asteroidil olevad kolooniad saavad kaevandada kohalikke mineraale. Kuul on puudu selliseid kergeid elemente nagu argooni, heeliumi, süsinikku, vesinikku ja lämmastikku. Kuu Cabeuse kraatrist on leitud kõrge kontsentratsiooniga vett. Missiooni peateadlane Anthony Colaprete hindab, et Cabeuse kraater sisaldab ligikaudu 1% vett või isegi rohkem. Jääd peaks leiduma ka teistes pidevalt varjus olevates kraatrites, mis asuvad Kuu poolustel. Kuigi Kuul leidub madala kontsentratsiooniga heeliumi regoliidis, arvatakse, et He-3 leidub kuukivimis ligikaudu miljon tonni. Samuti on regoliidis tööstuslikult tähtsaid elemente nagu hapnik, räni, ja metallidest raud, alumiinium ja titaan.
Maalt materjalide saatmine kosmosesse on kallis, seega suurem osa materjale hakkavad kolooniad saama Kuult, Maa-lähedastelt asteroididelt, Phoboselt või Deimoselt. Sellistest kohtadest kaevandamine on kasulik: seal on väike raskusjõud, ei ole atmosfääri tõmmet kosmose kaubalaevadele ja ei ole biosfääri. Paljud Maa-lähedased asteroidid sisaldavad suures koguses metalle. Sfäärilise pinnakihi all on võimalik leida miljardte tonnide viisi jääd ja kerogeeni, samuti ka lämmastikuühendeid.

Energia

Kosmose orbiidil on päikeseenergia usaldusväärne ja seda on külluslikult. Tihti kasutatakse seda satelliitide energiaga varustamiseks, kuna kosmoses ei ole ööd, ei ole pilvi või atmosfääri, mis blokeeriksid päikesevalgust. Valguse intensiivsus sõltub kauguse ruudu pöördväärtusest. Seega päikeseenergia tugevus Päikesest kaugusel d on E = 1367/d² W/m², kus d on astronoomilises ühikus (AU) ja 1367 W/m² on energia, mis on võimalik saada Päikesest 1 astronoomilise ühiku kaugusel.
Kosmoses on lihtne saavutada tööstuslikult kõrged temperatuurid Päiksese ahjudes, mis on valmistatud suurtest paraboolsetest peeglitest. Lamedad peeglid peegeldavad päikesevalguse radiatsiooni kaitsest mööda elamispindadeni selleks et vältida otsest kokkupuudet kosmilise kiirgusega või luua näilikult Päikese liikumine üle koloonia taevavõlvi. Samuti kasutatakse seda valgust viljade peal, et viljad kasvaksid rohkem ja oleks rohkem saaki.

Kohalik transport

Kuu ja Marsi sõidukid on sobilikud vastaval pinnasel sõitmiseks. Ekskursioonide pidamiseks ja hoodustöödeks kasutatakse tõenäoliselt skafandreid.

Kommunikatsioon

Side orbiidil ja Kuul on lihtne võrreldes teiste nõudmistega. Suur osa praegusest maapealsest sidest juba liigub läbi satelliitide. Kui kolooniad on Maast kaugemal, siis muutub side pidamine suuremaks koormaks. Ülekanne Marsile ja sealt tagasi kannatab suurte viivitustega, kuna vahemaad on suured ja side liigub valguskiirusel. Seetõttu võivad tekkida reaalajas rääkimisel 7 kuni 44 minutilised viivitused, mis muudavad real ajas rääkimise ebapraktiliseks. Samas muud sidepidamisviisid nagu e-post ja kõneposti teate jätmine ei ole aga probleemiks, kuna need ei vaja reaalajas sidepidamist.

Elusüsteem

Kosmose asulates peab elussüsteem importima ja taastöötlema kõiki toitaineid kokku kukkumata. Lähim maapealne analoog, mida võib sobiliku kosmose elussüsteemi loomiseks tuumaallveelaevad. Allveelaevad kasutavad mehaanilist elussüsteemi ja saavad mitu kuud vee all olla.
Kuigi täiesti mehaaniline elussüsteem on mõeldav, siis üldiselt on pakutud elussüsteemiks suletud ökoloogilist süsteemi. Arizonas Biosphere 2 projekt on näidanud, et väike kompleksne inimtehtud biosfäär on võimeline ülal pidama kuni 8 inimest vähemalt ühe aasta, kuigi ka seal esines mitmeid vigu. Kahe aastase missiooni käigus tuli ühe aasta järel täiendada hapniku varusid. See näitab seda, et saavutati atmosfääriline suletus.

Radiatsiooni kaitse

Surmavat radiatsiooni kosmoses tekitavad kosmilised kiired ja päikesepursked. Väljaspool Maa atmosfääri on elamine keeruline. Selleks, et kaitsta elu, asutused peavad olema piisava kihiga, et neelata enamuse radiatsioonist, kui ei suudeta luua magnetilist või plasma radiatsiooni kaitset.
Vähendamaks radiatsioonidoosi mõne mSv-ni või veel vähemaks, peab kaitsekihi materjali olema 4 tonni ruutmeetri kohta. Sel juhul on radiatsiooni tase kõvasti madalam kui Maal leiduvates looduslikes asulates. See aga tekitab probleemi kosmoselaeva manööverdamisel, kuna laev on massiivne. Inerts nõuaks väga võimsaid põtkureid, et alustada või peatada tiirlemist ümber oma telje. Teine võimalus on lasta elektrimootoritel laeva kahte osa teineteise suhtes vastassuunas tiirelda. Radiatsiooni kaitse võib olla pöörleva sisemuse ümber, mis on statsionaarne.

Maa orbiit

Võrreldes teiste võimalike asukohtadega on Maa orbiidil tiirlemine oluline eelis ja üks suurem lahendatav probleem. Maa-lähedastele orbiitidele on võimalik jõuda tundidega. Kuule jõuab päevadega ning Marsile jõudmiseks läheb aega kuid. Lisaks on Maa orbiidil rikkalikult päikeseenergiat. Gravitatsiooni on võimalik luua kosmose koloonia tiirlemise intensiivsusega.
Peamiseks puuduseks orbitaalkolooniatel on materjalide puudus. Neid materjale on võimalik importida Maalt, kuid see on väga kallis. Odavamalt on võimalik saada materjale Kuult, Maa-lähedastelt asteroididelt, komeetidelt või mujalt.

Kuu asustamine

Tänu Maa lähedusele on arutatud Kuu koloniseerimist. Kuul on väiksem paokiirus, mis lubab lihtsamini vahetada kaupa ja teenuseid. Kuul elamise puudusteks on kergesti lenduvate elementide nagu hapniku, lämmastiku ja süsiniku puudumine, mis on elamiseks vajalik. Jäälademeid on võimalik leida polaarkraatrites. Vesinikku on võimalik tuua Maa-lähedastelt asteroididelt ning ühendada hapnikuga, mida võetakse välja kuukivist.
Kuu madal gravitatsioon on samuti probleemiks, kuna ei ole teada, kas 1/6 Maa raskusjõust on piisav hooldamaks inimese tervist pikaks perioodiks.

Lagrange'i punktid

Teine Maa-lähedane asustamise võimalus on 5 Maa ja Kuu Lagrange'i punkti. Kuigi nendeni jõudmiseks praeguse tehnoloogiaga kulub üldiselt paar päeva. Mitmed Lagrange'i punktid saavad pidevat päikeseenergiat. Maa ja Kuu Lagrange'i punktid L4 ja L5 on stabiilsed ning sinna koguneb tolmu ja kosmose prügi, seevastu L1-L3 punktid on ebastabiilsed ning vajavad aktiivset stabiliseerimist põtkurite abil. Kuna L1-L3 on ebastabiilsed punktid, siis on hakatud kahtlema nende punktide sobivuses kosmose kolooniaks.
Lisaks punktid L1, L3-L5 asuvad Maa magnetväljast väljas saavad kosmilist kiirgust ning kosmose kolooniatel on vaja radiatsioonivastast kaitset. L2 punktis on võimalik tekitada looduslik öö ja päev režiim, kuna punkt asub Kuu taga.

Maa-lähedased asteroidid

Paljud väikesed asteroidid, mis pöörlevad ümber Päikese, liiguvad Maa ja Kuu vahelt mööda mitu korda ühes dekaadis. Oma suure ekstsentrilisuse tõttu võib asteroid liikuda kuni 350 000 000 kilomeetri kaugusele Päikesest ja 500 000 000 kilomeetri kaugusele Maast.

Marss

Marsi maapind on ligikaudu sama suur kui Maa maismaa. Kui Marsi lõunapoolusel olev jää ühtlaselt üle terve planeedi jaotada, siis oleks jää kihi paksuseks 12 meetrit. Süsinikku on võimalik saada süsinikdioksiidist, mida leidub Marsi atmosfääris.
Marsil võivad olla toimunud sarnased geoloogilised ja hüdroloogilised protsessid nagu Maal. Seetõttu võib Marsil olla väärtuslikke mineraale. Sobiva varustusega on eluks vajalikke ressursse võimalik saada Marsi maapinnast ja atmosfäärist.
Marsi atmosfäär on väga õhuke, mistõttu on ka rõhk madal (ligikaudu 800 Pa), seega on vaja luua Maa atmosfääri rõhuga rõhukuplid, et tagada elu. Samuti on Marsil kliima palju jahedam kui Maal. Tolmutormid, mis võivad kesta kuu või rohkem, blokeerivad enamuse päikesevalgusest. Marsi gravitatsioon on ligikaudu kolmandik Maa gravitatsioonist ning ei ole teada, kas see on piisav, et toetada inimeste elamist pikemas perspektiivis.
Marsi pinnal on radiatsioon palju tugevam ning on vaja ka kaitset päikesetormidest kiirguva radiatsiooni eest, kuna puudub magnetväli.

Phobos ja Deimos

Marsi kuud võivad olla kosmose koloniseerimise kohtadeks. Kuudel võib olla elamine võimalik, kui kasutada sarnaseid meetodeid, mida kasutatakse asteroididel elamiseks.

Veenus

Veenuse maapinnal on liiga kuum elada, kuna keskmine temperatuur on 462 kraadi ning atmosfääri rõhk on vähemalt 90 korda suurem kui Maa maapinnal olev atmosfääri rõhk. Oma massiivse atmosfääri tõttu on võimalik kasutada alternatiivset kohta koloniseerimiseks. Ligikaudu 50 kilomeetri kõrgusel on rõhk langenud mõne atmosfäärini ja temperatuur on vahemikus 40–100 kraadi. See atmosfääri osa on tõenäoliselt kaetud tihedate pilvedega, mis sisaldavad natukene väävelhapet.

Merkuur

On pakutud välja ideid, et Merkuuril on võimalik kolooniat luua sama tehnoloogiaga ja meetodiga nagu tehtaks seda Kuul. Selliseid kolooniad on võimalik luua peaaegu ainult poolustele, kuna ülejäänud planeedil on päevane temperatuur väga ekstreemne. Poolustel on temperatuur pidevalt alla −93 kraadi.
Merkuuri polaaralasid on vaadeldud Maalt ja praegu MESSENGERi sondiga toimuvate vaatlused on piisavad, et polaarala kraatritest, mis on pidevalt varjatud Päikese eest, on võimalik leida jääd ja/või teisi kergesti lenduvaid elemente. Samuti on teadlased teinud mõõtmisi Merkuuri eksosfääris, mis on põhimõtteliselt vaakum, ja näidanud välja, et eksosfääris leiduvad ioonid on pärit veest.

Ceres

Ceres on kääbusplaneet asteroidivöös, mille mass on umbes 1/3 kogu vöö massist. Päikesesüsteemi sisemistest planeetidest on Ceres oma massi ja ruumalaga kuues planeet. Cerese pindala on veidi suurem kui Argentina pindala. Asteroidide kaevandamise peabaasiks sobib Ceres väga hästi, kuna ta on suurim asteroidide vöös. Sealt oleks võimalik transportida kaevandatud mineraale Kuule, Marsile ja Maale.

Jupiteri kuud – Europa ja Ganymedes

Jupiteri kuu Europa koloniseerimiseks on loodud Artemise projekt. See seisneb selles, et teadlased asustavad iglud ja puurivad läbi Europa jääkooriku, selleks, et uurida pinnaalust ookeani. See projekt võtab vaatluse alla võimalike õhutaskute koloniseerimist. Europat peetakse üheks kõige koloniseeritavamaks kehaks päikesesüsteemis.
Ganymedes on päikesesüsteemi suurim kuu. Selle kuu eripära on see, et tal on magnetväli ja seetõttu ei saa kuu pind nii palju kiirgust kui muidu. Magnetvälja olemasolu viitab sellele, et Ganymedese tuum on vedel ja kuu geoloogiline ajalugu on rikkalik.

Saturni kuud – Titan ja Enceladus

Titani on kolonisatsiooniks välja pakutud, kuna see on ainukene kuu päikesesüsteemis, millel on tihe atmosfäär. Atmosfäärist leiab rikkalikult süsiniku ühendeid. Robert Zubrin on märkinud, et Titanil leidub kõiki kergesti lenduvaid elemente, mis on eluks vajalikud. See teeb Titanist tõenäoliselt kõige soodsamaks koloniseerimise kohaks päikesesüsteemis. Zubrin ütleb, et mingil määral on Titan kõige sõbralikum maaväline maailm kolonisatsiooniks päikesesüsteemis.
Enceladus on väike jäine kuu, mis pöörleb Saturni lähedal. Encelausel on märkimisväärselt väga hele maapind ja geisritaolised avad jää ja vee aurust, mis purskab lõuna polaarpiirkonnas. Kui Enceladusel on vedelat vett, siis muutub Enceladuse üheks peamiseks maaväliseks elu otsimiskohaks ja võimalikuks koloniseerimiskohaks Marsi ja Saturni kuu Europa kõrval.