宇宙移民

方法

宇宙での都市建設では、資源・エネルギー・輸送手段・通信手段・生命維持・放射線対策が必要となる。

資源

月や火星上にコロニーを建設する場合、現地の資源を利用することができる。
しかし、月では炭素と窒素が不足している。また、軌道上のコロニーの場合、地球から資材を打ち上げると費用が高くつくため、大部分の資材は重力が小さく大気も無い月や地球近傍小惑星(NEO)、彗星のものを利用すべきである。月からは大量の酸素やシリコン、金属が取得できると考えられるが、水素、炭素、窒素は少量しか見込めない。NEOからは相当な量の金属、酸素、水素と炭素が取得できると予想される。窒素もいくらか含んでいると考えられるため、地球からの大量供給は必ずしも必要ではなくなる。

エネルギー

軌道上では、太陽エネルギーは安定して大量に存在しており、今日では人工衛星の動力として一般的に使用されている。
コロニーに大量の電力を供給するため、太陽エネルギーを変換するための大規模な施設が必要となる。エネルギーはコロニーからの輸出品となるかもしれず、その場合宇宙太陽光発電で発電した電力はマイクロ波により地球に送られることになる。

輸送手段

輸送手段により、宇宙での作業には限界が設けられる。2010年現在の打ち上げ費用はとても高価で、低軌道(LEO)で1kgあたり$5,000から$30,000に達する。
宇宙への植民では、数千から数万回、またはそれ以上の大量の打ち上げ回数が要求されることから、大気圏への重大な打撃を避けるためにも、よりよい打ち上げ手段が必要とされる。一つの可能性としては、NASAや他の機関が開発中のエアブリージングエンジンを利用した宇宙船が挙げられる。
また、軌道上のコロニー建設では、数百万トンもの資材を月や小惑星から運ぶ必要がある。一つの可能性として考えられているのが、月にマスドライバーを建設し、そこから資材の大部分を建設現場に送ることである。他にも、軌道エレベータ等が検討されており、実現すれば打ち上げ費用の問題は解消されると考えられる。

通信手段

他の条件と比較すると、軌道上や月との通信は簡単な課題となる。既に地球上の多くの通信が、人工衛星を経由して行われている。火星との通信の場合、光の速さでも重大な遅延が発生するため、音声による通話は非現実的である。

放射線対策

宇宙空間では宇宙線などによる自然被曝量が大きく、太陽フレアが発生すると短時間で致死水準に達する。生命を維持するためには、ほとんどの放射線を吸収できるぐらいにコロニーを覆う必要があり、だいたい表面積1平方メートル辺り5〜10tの物質で覆うことが要求される。これは酸素や金属、その他資源を処理した後に残った月や小惑星の土で達成することができる。

火星

火星は頻繁に話題に挙がる場所である。その全表面積は、地球の陸地の面積ほどもあり、大量の水の蓄えがあるかもしれず、また炭素を（大気中に二酸化炭素として）保持している。さらに、これはまだ意見が分かれるところだが、地球と同様の地質学的、水文学的な過程を経て、貴重な鉱物・鉱石も含んでいるかもしれない。施設で火星の地面と大気から資源（水、空気、その他）を生命という「本来の場所」に採取することができる。火星にはその歴史上いくつかの時点で生命が存在した可能性があるということも、火星の植民に強い科学的関心が寄せられる理由となっている。
しかしながら、その大気は非常に薄く（平均で800Paで地球の海面気圧の0.8%）、気候はとても寒冷である。その重力も地球のおおよそ3分の1しかない。しばしば惑星全体をテラフォーミングするか人が住むために一部のみをするかが議論の題材となっている。

月

当然のことながら、その近さと親しさから、地球の月も植民の候補としてしばしば議論されている。月には地球への近さや低重力、つまり商品やサービスのやり取りが簡単にできる、という利点がある。
月の主な欠点は、生命に必要な水素と炭素が揮発しやすく、あまり豊富でないことである。いくつかの極地のクレーターに存在すると考えられている水や氷の堆積物が、これらの元素の重要な供給源として窺われている。
他の解決策としては、地球から水素を運び、月の岩石から取り出した酸素と反応させる方法がある。たとえば補給船の構造物を水素の豊富なプラスティックで作るということもできる。ただどちらの場合にしろ、月のコロニーでは水を念入りにリサイクルすることになるだろう。

地球軌道

他の場所と比較して、軌道は大量の利点と一つの重要な、しかし解決可能な問題を持っている。
地球周辺の軌道には数時間で到達できるが、月には数日が、火星への旅行には何ヶ月もの時間がかかる。地球高軌道では太陽エネルギーは十分絶え間なく利用できるが、全ての惑星では少なくとも半分の太陽光は失われる。無重力下で巨大なコロニーを建設するのは重力下の環境の場合と比べてはるかに簡単である。
宇宙飛行士は手で数トンの人工衛星を動かせることを示して見せた。0Gでのレクリエーションは軌道上のコロニーでは可能だが、月や火星の上では行えない。最後に（擬似）重力だが、どんな水準のものであれ、軌道上のコロニーを回転させることで制御できる。したがって、主な居住区を1Gに保つことができる、だが月は1/6Gで火星は1/3Gである。1Gはごく初期のコロニーでは特に重要で、これにより子供の強い骨と筋肉の成長が確実のものとなる。
軌道のコロニーの主な欠点は資源が無いことである。このため、月（十分な金属、シリコンに酸素を持っている）か地球近傍小惑星（窒素を除き必要な資源を全て持っている）から輸入しなければならない。

小惑星

小惑星の中でも地球近傍小惑星は、たとえば10年ごとに地球の月より近くを通過するなどの利点を持っている。この接近までの間に、この小惑星は太陽から3億5千万km（遠日点）、地球から5億kmのはるか遠くまで旅をするかもしれない。
不利なこととしては重力がかなり小さいこと、また小さな小惑星の表面や内部では10人以上の人口で将来の自給自足が遠くなるかもしれないことがある。無人の補給船が冷たい真空の5億kmの航海をこなすことでさえ、少々の科学技術の進歩で実用となるだろう。移住者は、その小惑星が地球やその他の重要な物体に当たらないと保障されている上で、それらに強い関心を持っているものだろう。

水星

月の植民で使用したいくつかの技術と手法、設備を用いることで、水星の植民は可能であるという提案がなされている。

金星

金星の表面は極めて暑く、また地球の海水面と比べたときに90倍に達する気圧も特徴となる、それが植民場所として他の案を提供することになる。高度50kmほどでは大気もかなり薄く圧力も低くなり、温度も40〜100℃の範囲だろうと考えられる。この辺りの大気はおそらく、いくらかの硫酸を含む濃い雲の領域だろう。この環境でさえも植民の利益となる、水を抽出するための供給源とすることが可能だと提示されている。したがって、金星でもっとも実現しそうなコロニーは、地表から50km上空の雲の中に住むフローティングシティとなるだろう。

エウロパ

アルテミスプロジェクトは木星の衛星の一つエウロパの植民計画をデザインしている。科学者はイグルーに住み、エウロパの氷の外郭をドリルで掘り進み、地下の大洋を調査する。それは人間の居住にエアポケットをも使用できるのかどうかを確かめるためでもある。

巨大ガス惑星

3つの最も遠い巨大ガス惑星でさえ、大気中にフローティングシティを作ることで植民可能かもしれない。フローティングシティは、大量の熱した水素気球で、だいたい地球重力となるあたりにそれを吊るすことで実現することになる。木星はその高重力、脱出速度、放射線のため、居住に適当な場所はより少ないだろう。そのようなコロニーは、核融合炉の燃料として使われるだろうヘリウム3を輸出することができる。

太陽系外惑星

SF作品においては、人類が太陽系を飛び出し、遥か遠い太陽系外惑星に移住する姿が描かれることがある。しかし、これらの惑星は近いものでも数十光年という距離にあり、今の人類の科学力では到達するまでに途方もない時間がかかることから、現実的な目的地としては考えられていない。

スペースコロニー

スペースコロニー（宇宙居住船や軌道コロニーとも呼ばれる）は簡単な中継施設や他の特別な施設とはことなり、恒久的な居住地を意図した宇宙ステーションである。それらは宇宙での文字通り都市となり、人々はそこに住み、生活し、家族を持つだろう。スペースコロニーはまだ建設されていないが、SF作家と技術者から、両者で実現性に差はあるものの、多数の設計案が出されている。
スペースコロニーは、世代宇宙船が数百から数千の人々の家となり正常に機能するかどうかの実験場としての意味でも役に立つ。このようなスペースコロニーは、1世紀にわたりそれ以外の人類から孤立させることができるので、たとえ地球の近くで外から助けがあったとしても役立つだろう。この閉鎖世界の実験で、数千人の人々がその中で1世紀にわたり生存できれば、それは到達への幾分の助けとなる。

太陽系外小惑星帯

2006年現在、太陽以外の恒星の周囲を回る地球型惑星はまだ確認されていない。しかし、地球から11.9光年離れたくじら座τ星など、いくつかの恒星系には豊富な彗星や小惑星が存在することが判明している（小惑星帯#太陽系外の小惑星帯を参照）。これらの資源は人類が移住するためのスペースコロニー建設に使用できると考えられている。

地球上での試み

地上で類似のコロニーを作るもっとも有名な試みはバイオスフィア2で、これは地球の生物圏をそのまま複製しようと試みられた。また、多くの宇宙機関が発展した生命維持システムのテストベッドを建設しているが、これらは長期間の有人宇宙飛行のために設計されたもので植民用ではない。
アムンゼン・スコット基地やデヴォン島の火星北極調査基地 (FMARS)、ホートン火星プロジェクト (HMP) などの厳しい気候の遠く離れた研究所では宇宙に前線基地を作ったり運用したりすることの実験を行うことができる。同様の理由でユタ州にも火星砂漠研究基地 (MDRS) の居住区があり、オーストラリア火星アナログ調査基地 (MARS-Oz) の計画もある。最近ではアタカマ砂漠なども月や火星の模擬として実験に使用される。
極地の方がユタ州などに比べて寒冷ではあるが、デヴォン島の実験は温暖な夏季に行われ、雪解け水の影響で火星の模擬としての条件が低下するなど、実験用の環境としては、極地にも乾燥地にも、それぞれ一長一短がある。
MDRSで2004年2月14日から2月28日に行われた滞在実験には、初の日本人クルーとして、読売新聞社の笹沢教一記者も参加した。