Колонизация космоса — это использование космического пространства для колонизации , например, постоянного проживания, эксплуатации или территориальных претензий. Внеземная колонизация — это более широкая форма, включающая использование небесных тел , отличных от Земли, для межпланетной колонизации .
Обитание и территориальное использование внеземного пространства предлагалось, например, для космических поселений или внеземных горнодобывающих предприятий. На сегодняшний день не было создано ни одного постоянного космического поселения, кроме временных космических мест обитания , и не было законно заявлено о притязаниях на внеземную территорию или землю . Предъявление территориальных претензий в космосе запрещено международным космическим правом , определяющим космос как общее наследие . Международное космическое право имело целью предотвратить колониальные претензии и милитаризацию космоса [3] [4] и выступало за установление международных режимов для регулирования доступа к космосу и его совместного использования, особенно для определенных мест, таких как ограниченное пространство геостационарной орбиты [3] или Луны.
Было высказано много аргументов за и против заселения космоса. Две наиболее распространенные причины в пользу колонизации — выживание человеческой цивилизации и жизни на Земле в случае катастрофы планетарного масштаба (природной или антропогенной) и наличие дополнительных ресурсов в космосе, которые могли бы позволить расширить человеческое общество. Наиболее распространенные возражения включают опасения, что коммерциализация космоса может, вероятно, усилить интересы уже могущественных, включая основные экономические и военные институты; огромные издержки упущенных возможностей по сравнению с расходованием тех же ресурсов на Земле; и обострение уже существующих пагубных процессов, таких как войны , экономическое неравенство и ухудшение окружающей среды . [5] [6] [7] [8] [9] [10]
Космическое поселение создало бы прецедент, который поднял бы многочисленные социально-политические вопросы. Простое строительство необходимой инфраструктуры представляет собой устрашающие технологические и экономические проблемы. Космические поселения, как правило, задумываются как обеспечение почти всех (или всех) потребностей большего числа людей в среде в космосе, которая очень враждебна для человеческой жизни и недоступна для обслуживания и поставок с Земли. Это потребовало бы значительной разработки в настоящее время примитивных технологий, таких как контролируемые экологические системы жизнеобеспечения . С учетом высокой стоимости орбитального космического полета (около 1400 долларов за кг или 640 долларов за фунт на низкую околоземную орбиту с помощью SpaceX Falcon Heavy ), космическое поселение в настоящее время было бы чрезвычайно дорогим. На технологическом фронте наблюдается постоянный прогресс в снижении стоимости доступа в космос ( многоразовые системы запуска могут достигать 20 долларов за кг на орбиту), [11] и в создании автоматизированных методов производства и строительства .
Пока еще нет планов по строительству космического поселения какой-либо крупной организацией, будь то правительственной или частной. Тем не менее, за эти годы было сделано много предложений, предположений и проектов космических поселений, и значительное число сторонников и групп космической колонизации активно действуют. Несколько известных ученых, таких как Фримен Дайсон , выступили в поддержку космического поселения. [12]
Этот термин использовался широко, применяясь к любому постоянному присутствию человека, даже роботизированному, [13] [14] в частности, наряду с термином «поселение», который неточно применялся к любой среде обитания человека в космосе , от исследовательских станций до самоподдерживающихся сообществ в космосе .
Слова «колония» и «колонизация» являются терминами, укорененными в колониальной истории на Земле, что делает их как географическими, так и политическими терминами. Такое широкое использование для любой постоянной человеческой деятельности и развития в космосе подвергалось критике, особенно как колониальное и недифференцированное [15] (см. ниже Возражения).
В этом смысле колония — это поселение, которое претендует на территорию и использует ее для поселенцев или их метрополии . Поэтому человеческий аванпост , хотя и может быть космической средой обитания или даже космическим поселением , автоматически не является космической колонией. [16] Хотя перевалочные пункты , такие как торговые фабрики (торговые посты), часто превращались в колонии.
Поэтому любое базирование может быть частью колонизации, в то время как колонизация может пониматься как процесс, который открыт для большего количества претензий, помимо базирования. Международная космическая станция , самая долгозанятая внеземная среда обитания на сегодняшний день, не претендует на территорию и, таким образом, обычно не считается колонией. При этом простые спутники, занимающие орбиты, были определены Морибой Джа как колониальные, когда рассматривались как контролирующие орбиту через них, а не через более широкое управление. [17]
Когда начались первые программы космических полетов, они частично использовали — и продолжают использовать — колониальные пространства на Земле, такие как места проживания коренных народов в комплексе Вумера Рейндж Королевских ВВС , Гвианском космическом центре или в настоящее время для астрономии на телескопе Мауна-Кеа . [18] [19] [20] Когда в 1950-х годах был осуществлен орбитальный космический полет, колониализм все еще был сильным международным проектом, например, облегчая Соединенным Штатам продвижение своей космической программы и космоса в целом в рамках « Нового рубежа ». [21]
В то же время начала космической эры деколонизация снова набрала силу, создав множество новых независимых стран. Эти новые независимые страны противостояли космическим странам, требуя антиколониальной позиции и регулирования космической деятельности, когда космическое право было поднято и обсуждено на международном уровне. Страхи конфронтации из-за захватов земель и гонки вооружений в космосе между несколькими странами, имеющими космические возможности, росли и в конечном итоге были разделены самими космическими странами. [4] Это привело к формулировке согласованного международного космического права, начиная с Договора о космосе 1967 года, называющего космос « достоянием всего человечества » и закрепляющего положения о международном регулировании и совместном использовании космического пространства.
Появление геостационарных спутников подняло вопрос об ограниченном пространстве в космическом пространстве. Группа экваториальных стран, все из которых были странами, которые когда-то были колониями колониальных империй, но не имели возможностей для космических полетов, подписали в 1976 году Боготскую декларацию . Эти страны заявили, что геостационарная орбита является ограниченным природным ресурсом и принадлежит экваториальным странам, расположенным непосредственно ниже, не рассматривая ее как часть космического пространства, общего для человечества . Посредством этого декларация бросила вызов доминированию на геостационарной орбите космических стран, определив их доминирование как империалистическое. Более того, это доминирование в космосе предвещало угрозы Договору о космосе, гарантировавшем доступ к космосу, как в случае с космическим мусором , который постоянно растет из-за отсутствия регулирования доступа. [22] [23] [3]
В 1977 году на орбиту Земли была выведена первая постоянная космическая станция « Салют-6» . В конце концов, на смену первым космическим станциям пришла МКС , крупнейшая на сегодняшний день космическая станция и самая близкая к космическому поселению. Построенная и эксплуатируемая в рамках многостороннего режима, она стала образцом для будущих станций, например, вокруг и, возможно, на Луне . [24] [25] Международный режим лунной деятельности требовался международным Договором о Луне , но в настоящее время разрабатывается на многосторонней основе, как в случае с Соглашениями Артемиды . [26] [27] Единственным местом обитания на другом небесном теле до сих пор были временные среды обитания пилотируемых лунных посадочных модулей . Подобно программе «Артемида», Китай возглавляет усилия по созданию лунной базы под названием Международная лунная исследовательская станция, начиная с 2030-х годов.
В первой половине XVII века Джон Уилкинс в своей книге «Рассуждения о новой планете» предположил , что будущие путешественники, такие как Фрэнсис Дрейк и Христофор Колумб, могут достичь Луны и позволить людям жить там. [28]
Первой известной работой о колонизации космоса была повесть Эдварда Эверетта Хейла « Кирпичная луна» 1869 года об обитаемом искусственном спутнике. [29] В 1897 году Курд Лассвиц также писал о космических колониях.
Русский пионер ракетной науки Константин Циолковский предвидел элементы космического сообщества в своей книге « За пределами планеты Земля», написанной около 1900 года. Циолковский представлял себе, как его космические путешественники строят теплицы и выращивают урожай в космосе. [30] Циолковский верил, что выход в космос поможет совершенствовать людей, что приведет к бессмертию и миру. [31]
Одним из первых, кто заговорил о колонизации космоса, был Сесил Родс , который в 1902 году говорил об «этих звездах, которые вы видите над головой ночью, об этих огромных мирах, которых мы никогда не сможем достичь», добавив: «Я бы аннексировал планеты, если бы мог; я часто думаю об этом. Мне грустно видеть их такими ясными и такими далекими». [32]
В 1920-х годах Джон Десмонд Бернал , Герман Оберт , Гвидо фон Пирке и Герман Нордунг развили эту идею. Вернер фон Браун представил свои идеи в статье журнала Colliers 1952 года . В 1950-х и 1960-х годах Дэндридж М. Коул [33] опубликовал свои идеи.
Еще одной основополагающей книгой на эту тему стала книга «Высокий рубеж: человеческие колонии в космосе» Джерарда К. О'Нила [34], изданная в 1977 году, за которой в том же году последовала книга «Колонии в космосе» Т. А. Хеппенхаймера . [35]
Марианна Дж. Дайсон написала «Дом на Луне; Жизнь на космическом рубеже» в 2003 году; [36] Питер Эккарт написал «Справочник по лунной базе» в 2006 году [37] , а затем «Возвращение на Луну» Харрисона Шмитта , написанное в 2007 году. [38]
Космическая деятельность юридически основана на Договоре о космосе , главном международном договоре. Но космическое право стало более крупной правовой областью, которая включает в себя другие международные соглашения, такие как значительно менее ратифицированный Договор о Луне и различные национальные законы.
В статье первой Договора о космосе были установлены основные положения космической деятельности: «Исследование и использование космического пространства, включая Луну и другие небесные тела, осуществляются на благо и в интересах всех стран, независимо от степени их экономического или научного развития, и являются достоянием всего человечества».
И продолжил в статье 2, заявив: «Космическое пространство, включая Луну и другие небесные тела, не подлежит национальному присвоению ни путем провозглашения суверенитета, ни путем использования или оккупации, ни какими-либо другими средствами». [39]
Развитие международного космического права во многом вращалось вокруг определения космического пространства как общего наследия человечества . Великая хартия вольностей космоса, представленная Уильямом А. Хайманом в 1966 году, четко обозначила космическое пространство не как terra nullius , а как res communis , что впоследствии повлияло на работу Комитета ООН по мирному использованию космического пространства . [40] [41]
Основным аргументом в пользу колонизации космоса является долгосрочное выживание человеческой цивилизации и земной жизни. [42] Разрабатывая альтернативные места за пределами Земли, виды планеты, включая людей, могли бы продолжать жить в случае природных или антропогенных катастроф на Земле . [43]
В двух случаях физик-теоретик и космолог Стивен Хокинг выступал за колонизацию космоса как средство спасения человечества. В 2001 году Хокинг предсказал, что человеческая раса вымрет в течение следующей тысячи лет, если колонии не будут созданы в космосе. [44] В 2010 году он заявил, что у человечества есть два варианта: либо мы колонизируем космос в течение следующих двухсот лет, либо мы столкнемся с долгосрочной перспективой вымирания . [45]
В 2005 году тогдашний администратор НАСА Майкл Гриффин определил колонизацию космоса как конечную цель текущих программ космических полетов, заявив:
... цель не только в научных исследованиях ... она также заключается в расширении диапазона обитания человека от Земли до Солнечной системы по мере того, как мы движемся вперед во времени ... В долгосрочной перспективе вид, обитающий на одной планете, не выживет ... Если мы, люди, хотим выжить в течение сотен тысяч миллионов лет, мы должны в конечном итоге заселить другие планеты. Сегодня технологии таковы, что это едва ли возможно. Мы находимся в младенчестве этого. ... Я говорю о том, что однажды, я не знаю, когда этот день наступит, будет больше людей, живущих вне Земли, чем на ней. У нас вполне могут быть люди, живущие на Луне. У нас могут быть люди, живущие на лунах Юпитера и других планетах. У нас могут быть люди, создающие среду обитания на астероидах ... Я знаю, что люди колонизируют Солнечную систему и однажды выйдут за ее пределы. [46]
Луис Дж. Халле, бывший сотрудник Госдепартамента США , писал в Foreign Affairs (лето 1980 г.), что колонизация космоса защитит человечество в случае глобальной ядерной войны . [47] Физик Пол Дэвис также поддерживает точку зрения, что если планетарная катастрофа будет угрожать выживанию человеческого вида на Земле, самодостаточная колония могла бы «обратно колонизировать» Землю и восстановить человеческую цивилизацию . Автор и журналист Уильям Э. Берроуз и биохимик Роберт Шапиро предложили частный проект « Альянс по спасению цивилизации » с целью создания внеземной « резервной » человеческой цивилизации. [48]
Основываясь на своем принципе Коперника , Дж. Ричард Готт подсчитал, что человеческая раса может просуществовать еще 7,8 миллионов лет, но вряд ли когда-либо колонизирует другие планеты. Однако он выразил надежду, что окажется неправ, поскольку «колонизация других миров — это наш лучший шанс подстраховаться и улучшить перспективы выживания нашего вида». [49]
В теоретическом исследовании 2019 года группа исследователей размышляла о долгосрочной траектории человеческой цивилизации. [50] Утверждается, что из-за конечности Земли, а также ограниченной продолжительности Солнечной системы , выживание человечества в далеком будущем, скорее всего, потребует обширной колонизации космоса. [50] : 8, 22f Эта «астрономическая траектория» человечества, как ее называют, может произойти в четыре этапа: на первом этапе космические колонии могут быть основаны в различных пригодных для жизни местах — будь то в открытом космосе или на небесных телах вдали от Земли — и временно оставаться зависимыми от поддержки с Земли. На втором этапе эти колонии могут постепенно стать самодостаточными, что позволит им выжить, если или когда материнская цивилизация на Земле потерпит неудачу или умрет. На третьем этапе колонии могут развиваться и расширять свое жилье самостоятельно на своих космических станциях или небесных телах, например, с помощью терраформирования . На четвертом этапе колонии могли бы самовоспроизводиться и основывать новые колонии дальше в космосе, процесс, который затем мог бы повториться и продолжаться с экспоненциальной скоростью по всему космосу. Однако эта астрономическая траектория может быть недолговечной, так как она, скорее всего, будет прервана и в конечном итоге придет в упадок из-за истощения ресурсов или напряженной конкуренции между различными человеческими фракциями, что приведет к сценарию «звездных войн». [50] : 23–25
Ресурсы в космосе, как в материалах, так и в энергии, огромны. В Солнечной системе достаточно материала и энергии, чтобы поддерживать от нескольких тысяч до более чем миллиарда раз больше нынешнего населения Земли, в основном за счет самого Солнца. [51] [52] [53]
Добыча полезных ископаемых на астероидах, вероятно, станет ключевым игроком в колонизации космоса. Воду и материалы для создания структур и защиты можно легко найти на астероидах. Вместо пополнения запасов на Земле, необходимо создать на астероидах станции добычи и заправки, чтобы облегчить космические путешествия. [54] Оптическая добыча — это термин, который НАСА использует для описания извлечения материалов из астероидов. НАСА считает, что использование топлива, полученного из астероидов, для исследования Луны, Марса и далее сэкономит 100 миллиардов долларов. Если финансирование и технологии поступят раньше, чем предполагалось, добыча полезных ископаемых на астероидах может стать возможной в течение десятилетия. [55]
Хотя некоторые элементы инфраструктурных требований выше уже могут быть легко произведены на Земле и, следовательно, не будут очень ценными в качестве предметов торговли (кислород, вода, руды цветных металлов, силикаты и т. д.), другие высокоценные элементы более распространены, их легче производить, они более высокого качества или могут быть произведены только в космосе. Они могли бы обеспечить (в долгосрочной перспективе) высокую отдачу от первоначальных инвестиций в космическую инфраструктуру. [56]
Некоторые из этих ценных товаров включают драгоценные металлы, [57] [58] драгоценные камни, [59] электроэнергию, [60] солнечные батареи, [61] шарикоподшипники, [61] полупроводники, [61] и фармацевтические препараты. [61]
Добыча и извлечение металлов из небольшого астероида размером с 3554 Amun или (6178) 1986 DA , оба небольших околоземных астероида, будет в 30 раз больше металла, чем люди добыли за всю историю. Металлический астероид такого размера будет стоить приблизительно 20 триллионов долларов США по рыночным ценам 2001 года [62]
Основными препятствиями для коммерческой эксплуатации этих ресурсов являются очень высокая стоимость первоначальных инвестиций [63] , очень длительный период, необходимый для ожидаемой отдачи от этих инвестиций ( проект «Эрос» рассчитан на 50 лет разработки) [64] и тот факт, что это начинание никогда ранее не реализовывалось, т.е. высокорискованный характер инвестиций.
Экспансия людей и технический прогресс обычно приводили к той или иной форме опустошения окружающей среды, а также уничтожению экосистем и сопутствующей им дикой природы . В прошлом экспансия часто происходила за счет перемещения многих коренных народов , в результате чего обращение с этими народами варьировалось от вторжения до геноцида. Поскольку в космосе нет известной жизни, это не обязательно должно быть следствием, как указывали некоторые сторонники космических поселений. [65] [66] Однако на некоторых телах Солнечной системы существует потенциал для существующих местных форм жизни, и поэтому негативные последствия космической колонизации нельзя игнорировать. [67]
Контраргументы утверждают, что изменение только местоположения, но не логики эксплуатации, не создаст более устойчивого будущего. [68]
Аргументом в пользу колонизации космоса является смягчение предполагаемых последствий перенаселения Земли , таких как истощение ресурсов . [69] Если бы ресурсы космоса были открыты для использования и были построены жизнеспособные среды обитания, поддерживающие жизнь, Земля больше не определяла бы ограничения роста. Хотя многие из ресурсов Земли невозобновляемы, колонии вне планеты могли бы удовлетворить большую часть потребностей планеты в ресурсах. С доступностью внеземных ресурсов спрос на земные снизится. [70] Сторонники этой идеи включают Стивена Хокинга [71] и Джерарда К. О'Нила . [34]
Другие, включая космолога Карла Сагана и писателей-фантастов Артура Кларка [ 72] и Айзека Азимова [73] , утверждали, что отправка любого избыточного населения в космос не является жизнеспособным решением проблемы перенаселения человечества. По словам Кларка, «битва за население должна вестись или быть выиграна здесь, на Земле». [72] Проблема для этих авторов заключается не в нехватке ресурсов в космосе (как показано в таких книгах, как Mining the Sky [74] ), а в физической непрактичности отправки огромного количества людей в космос для «решения» проблемы перенаселения на Земле.
Сторонники колонизации космоса ссылаются на предполагаемую врожденную тягу человека к исследованиям и открытиям и называют это качеством, лежащим в основе прогресса и процветания цивилизаций. [75] [76]
Ник Бостром утверждал, что с утилитарной точки зрения колонизация космоса должна быть главной целью, поскольку это позволило бы очень большому населению жить очень долго (возможно, миллиарды лет), что произвело бы огромное количество полезности (или счастья). [77] Он утверждает, что важнее снизить экзистенциальные риски, чтобы увеличить вероятность возможной колонизации, чем ускорить технологическое развитие, чтобы колонизация космоса могла произойти скорее. В своей статье он предполагает, что созданные жизни будут иметь позитивную этическую ценность, несмотря на проблему страдания .
В интервью 2001 года Фримен Дайсон, Дж. Ричард Готт и Сид Голдштейн спросили их о причинах, по которым некоторые люди должны жить в космосе. [12] Их ответы были следующими:
Биотическая этика — это раздел этики, который ценит саму жизнь. Для биотической этики и ее распространения на космос как панбиотической этики, человеческой целью является обеспечение и распространение жизни и использование пространства для максимизации жизни.
При колонизации внешней Солнечной системы возникнет множество проблем. К ним относятся:
Колонизация космоса рассматривалась как способ решения проблемы перенаселения человечества еще в 1758 году [78] и упоминалась в качестве одной из причин, по которым Стивен Хокинг занялся исследованием космоса. [79] Однако критики отмечают, что замедление темпов роста населения с 1980-х годов снизило риск перенаселения. [78]
Критики также утверждают, что затраты на коммерческую деятельность в космосе слишком высоки, чтобы быть прибыльными по сравнению с земными отраслями промышленности, и, следовательно, вряд ли в обозримом будущем мы увидим значительную эксплуатацию космических ресурсов. [80]
Другие возражения включают опасения, что предстоящая колонизация и коммерциализация космоса, вероятно, усилит интересы уже могущественных, включая крупные экономические и военные институты, например, крупные финансовые институты, основные аэрокосмические компании и военно-промышленный комплекс , что приведет к новым войнам и усугубит уже существующую эксплуатацию рабочих и ресурсов , экономическое неравенство , бедность , социальное разделение и маргинализацию , ухудшение состояния окружающей среды и другие пагубные процессы или институты. [8] [9] [10]
Дополнительные проблемы включают создание культуры, в которой люди больше не рассматриваются как люди, а скорее как материальные активы. Вопросы человеческого достоинства , морали , философии , культуры , биоэтики и угроза лидеров с манией величия в этих новых «обществах» должны быть решены для того, чтобы колонизация космоса отвечала психологическим и социальным потребностям людей, живущих в изолированных колониях. [81]
В качестве альтернативы или дополнения к будущему человеческой расы многие писатели-фантасты сосредоточились на сфере «внутреннего пространства», то есть на компьютерном исследовании человеческого разума и сознания — возможно, на пути к развитию Мозга-матрешки . [82]
Роботизированные космические аппараты предлагаются в качестве альтернативы, чтобы получить многие из тех же научных преимуществ без ограниченной продолжительности миссии и высокой стоимости жизнеобеспечения и обратной транспортировки, которые характерны для пилотируемых миссий. [83]
Следствием парадокса Ферми — «никто другой этого не делает» [84] — является аргумент о том, что, поскольку не существует никаких доказательств существования инопланетной технологии колонизации , статистически маловероятно, что мы даже сможем использовать этот же уровень технологий. [85]
Космическая колонизация обсуждалась как постколониальное [40] продолжение империализма и колониализма , [89] [90] [91] [92] призывающее к деколонизации вместо колонизации. [93] [94] Критики утверждают, что нынешние политико-правовые режимы и их философское обоснование, выгодны империалистическому освоению космоса, [92] что ключевые лица, принимающие решения в космической колонизации, часто являются богатыми элитами, связанными с частными корпорациями, и что космическая колонизация в первую очередь будет привлекать их сверстников, а не простых граждан. [95] [96] Кроме того, утверждается, что существует необходимость в инклюзивном [97] и демократическом участии и реализации любого исследования космоса, инфраструктуры или проживания. [98] [99] По словам эксперта по космическому праву Майкла Доджа, существующее космическое право , такое как Договор о космосе , гарантирует доступ к космосу, но не обеспечивает социальную инклюзивность или не регулирует негосударственных субъектов. [93]
В частности, повествование о « Новой границе » подверглось критике как нерефлексированное продолжение колониализма поселенцев и явной судьбы , продолжающее повествование об исследовании как основополагающем для предполагаемой человеческой природы . [100] [101] [90] [95] [91] Джун Юн считает колонизацию космоса решением выживания человечества и глобальных проблем, таких как загрязнение, империалистическим; [102] другие определили космос как новую зону жертвоприношения колониализма. [103]
Натали Б. Тревино утверждает, что не колониализм, а колониальность будет перенесена в космос, если ее не осмыслить. [104] [105]
Более конкретно, пропаганда территориальной колонизации Марса в противовес обитанию в атмосферном пространстве Венеры получила название «сурфацизм» [ 106] [107] — концепция, схожая с поверхностным шовинизмом Томаса Голда .
В более общем плане космическая инфраструктура, такая как обсерватории Мауна-Кеа, также подвергалась критике и протестам как колониальная. [108] Гвианский космический центр также был местом антиколониальных протестов, связывая колонизацию как проблему на Земле и в космосе. [40]
Что касается сценария первого внеземного контакта , то утверждается, что использование колониального языка поставит под угрозу такие первые впечатления и встречи. [93]
Более того, космические полеты в целом и космическое право в частности подвергались критике как постколониальный проект, поскольку они были построены на колониальном наследии и не способствовали совместному доступу к космосу и его преимуществам, слишком часто позволяя использовать космические полеты для поддержания колониализма и империализма, прежде всего на Земле. [40]
Автоматизированные космические аппараты для полета на Марс должны быть стерилизованы, иметь не более 300 000 спор на внешней стороне аппарата, и более тщательно стерилизоваться, если они контактируют с «особыми областями», содержащими воду, иначе это может привести к загрязнению экспериментов по обнаружению жизни или самой планеты. [109] [110]
Невозможно стерилизовать человеческие миссии до этого уровня, поскольку люди обычно являются хозяевами ста триллионов микроорганизмов тысяч видов человеческого микробиома , и их нельзя удалить, сохранив жизнь человека. Сдерживание кажется единственным вариантом, но это серьезная проблема в случае жесткой посадки (т. е. крушения). [111] Было проведено несколько планетарных семинаров по этому вопросу, но пока нет окончательных рекомендаций относительно дальнейших действий. [112] Люди-исследователи также могут непреднамеренно загрязнить Землю, если они вернутся на планету, неся с собой внеземные микроорганизмы. [113]
Здоровье людей, которые могут участвовать в колонизации, будет подвергаться повышенным физическим, умственным и эмоциональным рискам. NASA узнало, что без гравитации кости теряют минералы , вызывая остеопороз . [114] Плотность костей может уменьшаться на 1% в месяц, [115] что может привести к большему риску переломов, связанных с остеопорозом, в более позднем возрасте. Смещение жидкости к голове может вызвать проблемы со зрением. [116] NASA обнаружило, что изоляция в закрытых помещениях на борту Международной космической станции приводит к депрессии , нарушениям сна и снижению личного взаимодействия, вероятно, из-за замкнутых пространств, монотонности и скуки длительного космического полета. [115] [117] Циркадный ритм также может быть подвержен влиянию космической жизни из-за влияния на сон нарушенного времени заката и восхода солнца. [118] Это может привести к истощению, а также другим проблемам со сном, таким как бессонница , что может снизить их производительность и привести к расстройствам психического здоровья. [118] Высокоэнергетическая радиация представляет собой риск для здоровья, с которым столкнутся колонисты, поскольку радиация в глубоком космосе смертоноснее, чем та, с которой астронавты сталкиваются сейчас на низкой околоземной орбите. Металлическая защита на космических аппаратах защищает только от 25–30% космической радиации, что, возможно, оставляет колонистов подверженными воздействию оставшихся 70% радиации и ее краткосрочных и долгосрочных осложнений для здоровья. [119]
Местоположение является частой темой спора между сторонниками космической колонизации. Место колонизации может быть на физической планете , карликовой планете , естественном спутнике , астероиде или на орбите. Колонизация Солнечной системы привлекла наибольшее внимание.
Для поселений не на теле см. также космическую среду обитания .
Утверждалось, что космическая колонизация распространяется от Земли и до нее, колониализм захватил пространство на Земле и использовал его для космических полетов, как в случае с Гвианским космическим центром [120] , а также путем строительства объектов для космической колонизации, как в случае со Звездной базой [121] .
Геостационарная орбита была одним из первых вопросов обсуждения колонизации космоса, при этом экваториальные страны отстаивали особые права на орбиту (см. Боготскую декларацию ). [122]
Космический мусор , особенно на низкой околоземной орбите , характеризуется как продукт колонизации, занимающий пространство и затрудняющий доступ к космосу из-за чрезмерного загрязнения мусором, с резким увеличением в ходе военной деятельности и без недостатка управления. [122]
Луна обсуждается как цель для колонизации из-за ее близости к Земле и более низкой скорости убегания . Обильный лед находится в постоянно затененных кратерах около полюсов, что может обеспечить потребности лунной колонии в воде, [123] хотя признаки того, что ртуть также находится там, могут представлять опасность для здоровья. [124] [125] Самородные драгоценные металлы , такие как золото , серебро и, вероятно, платина , также концентрируются на лунных полюсах за счет электростатического переноса пыли. [125] Однако отсутствие атмосферы на Луне не обеспечивает защиты от космической радиации или метеоритов, поэтому лунные лавовые трубки были предложены в качестве мест для получения защиты. [126] Низкая поверхностная гравитация Луны также вызывает беспокойство, поскольку неизвестно, достаточно ли 1/6 g для поддержания здоровья человека в течение длительных периодов. [127] Интерес к созданию лунной базы возрос в 21 веке как промежуточного этапа перед колонизацией Марса, с такими предложениями, как лунная деревня для исследований, добычи полезных ископаемых и торговли с постоянным проживанием. [128]
Ряд государственных космических агентств, таких как Россия (2014), [129] Китай (2012) [130] [ требуется обновление ] и США (2012) [131], периодически выдвигали на первый план планы по строительству первой лунной базы.
Глава Европейского космического агентства (ЕКА) Ян Вернер на Международном астронавтическом конгрессе в Бремене, Германия, в октябре 2018 года предложил сотрудничество между странами и компаниями в области лунных возможностей, концепцию, получившую название « Лунная деревня» . [132]
В директиве от декабря 2017 года администрация Трампа поручила НАСА включить лунную миссию в маршрут к другим направлениям за пределами околоземной орбиты (BEO). [133] [132]
В интервью в мае 2018 года генеральный директор Blue Origin Джефф Безос указал, что Blue Origin построит и запустит лунный модуль Blue Moon самостоятельно, с частным финансированием , но что они построят его быстрее и добьются большего, если это будет сделано в партнерстве с существующими правительственными космическими агентствами. Безос особо упомянул направление NASA от декабря 2017 года и концепции ESA Moon Village . [132]
В 2023 году Министерство обороны США начало исследование необходимой инфраструктуры и возможностей, необходимых для развития лунной экономики в течение следующих десяти лет. [134]
Еще одной возможностью вблизи Земли являются стабильные точки Лагранжа L 4 и L 5 системы Земля-Луна , в которых космическая колония может плавать бесконечно. Общество L 5 было основано для содействия заселению путем строительства космических станций в этих точках. Джерард К. О'Нил предположил в 1974 году, что точка L 5 , в частности, могла бы вместить несколько тысяч плавучих колоний и позволила бы легко путешествовать в колонии и из них из-за неглубокого эффективного потенциала в этой точке. [135]
Многие планеты Солнечной системы рассматривались для колонизации и терраформирования . Главными кандидатами на колонизацию во внутренней Солнечной системе являются Марс [136] и Венера [137] . Другими возможными кандидатами на колонизацию являются Луна [138] и Меркурий [139] .
Когда-то считавшийся телом, обедненным летучими веществами, как Луна, Меркурий теперь известен как богатый летучими веществами, удивительно богатый летучими веществами, чем любое другое земное тело во внутренней Солнечной системе. [140] Планета также получает в шесть с половиной раз больше солнечного потока, чем система Земля/Луна, [141] что делает солнечную энергию эффективным источником энергии; ее можно использовать с помощью орбитальных солнечных батарей и направлять на поверхность или экспортировать на другие планеты. [142]
Геолог Стивен Джиллетт предположил в 1996 году, что это может сделать Меркурий идеальным местом для строительства и запуска космических аппаратов с солнечным парусом , которые могли бы запускаться в виде сложенных «кусков» с помощью двигателя массы с поверхности Меркурия. Оказавшись в космосе, солнечные паруса будут развернуты. Солнечная энергия для двигателя массы должна быть легко производимой, а солнечные паруса около Меркурия будут иметь в 6,5 раз большую тягу, чем около Земли. Это может сделать Меркурий идеальным местом для получения материалов, полезных для строительства оборудования, которое можно будет отправить на Венеру (и терраформировать ее). Огромные солнечные коллекторы также могут быть построены на Меркурии или около него для производства энергии для крупномасштабных инженерных мероприятий, таких как лазерные паруса для запуска в близлежащие звездные системы. [143]
Поскольку у Меркурия по сути нет осевого наклона, дно кратеров около его полюсов находится в вечной темноте , никогда не видя Солнца. Они функционируют как холодные ловушки , удерживая летучие вещества в течение геологических периодов. Подсчитано, что полюса Меркурия содержат 10 14 –10 15 кг воды, вероятно, покрытой примерно 5,65×10 9 м 3 углеводородов. Это сделало бы возможным сельское хозяйство. Было высказано предположение, что можно было бы вывести сорта растений, которые бы использовали преимущества высокой интенсивности света и длинного дня Меркурия. Полюса не испытывают значительных изменений дня и ночи, как остальная часть Меркурия, что делает их лучшим местом на планете для основания колонии. [141]
Другой вариант — жить под землей, где смена дня и ночи будет достаточно сглажена, чтобы температура оставалась примерно постоянной. Есть признаки того, что Меркурий содержит лавовые трубки , как Луна и Марс, которые могли бы подойти для этой цели. [142] Подземные температуры в кольце вокруг полюсов Меркурия могут достигать комнатной температуры на Земле, 22±1 °C; и это достигается на глубинах, начиная примерно с 0,7 м. Это присутствие летучих веществ и обилие энергии заставило Александра Болонкина и Джеймса Шиффлетта считать Меркурий предпочтительным для колонизации, чем Марс. [141] [144]
Однако третьим вариантом может быть постоянное перемещение, чтобы оставаться на ночной стороне, поскольку 176-дневный цикл дня и ночи на Меркурии означает, что терминатор движется очень медленно. [142]
Поскольку Меркурий очень плотный, его поверхностная гравитация составляет 0,38g, как у Марса, хотя это и меньшая планета. [141] Это было бы легче приспособить, чем лунную гравитацию (0,16g), но дает преимущества в отношении более низкой скорости убегания от Меркурия, чем от Земли. [142] Близость Меркурия дает ему преимущества перед астероидами и внешними планетами, а его низкий синодический период означает, что окна запуска с Земли на Меркурий встречаются чаще, чем с Земли на Венеру или Марс. [142]
С другой стороны, колонии на Меркурии потребуется значительная защита от радиации и солнечных вспышек, а поскольку на Меркурии нет воздуха, декомпрессия и экстремальные температуры будут представлять постоянный риск. [142]
Условия на поверхности Венеры крайне неблагоприятны для жизни человека: средняя температура поверхности составляет 464 °C (достаточно жарко, чтобы расплавить свинец), а среднее поверхностное давление в 92 раза превышает атмосферное давление Земли — примерно эквивалентно глубине одного километра под океанами Земли. [145] (Есть некоторые различия; из-за своей высоты пик Максвелл Монтес имеет температуру 380 °C и давление 45 бар, что делает его самым холодным и наименее герметичным местом на поверхности Венеры. [146] [147] Также есть несколько горячих точек с температурой около 700 °C.) Солнечная энергия недоступна на поверхности из-за постоянного облачного покрова, а атмосфера из углекислого газа ядовита. [148]
Однако верхние слои атмосферы Венеры имеют гораздо более похожие на земные условия и предлагались как вероятное место колонизации по крайней мере с 1971 года советскими учеными. [149] На высоте чуть более 50 км (верхние слои облаков) атмосферное давление примерно равно давлению на поверхности Земли, а температура колеблется от 0 до 50 °C. Присутствуют летучие элементы, необходимые для жизни (водород, углерод, азот, кислород и сера), а над облаками в изобилии присутствует солнечная энергия. Наддув не потребуется; люди даже смогут безопасно выходить за пределы мест обитания с запасом кислорода и одеждой для защиты от капель серной кислоты. Джеффри Лэндис указал, что пригодный для дыхания воздух является подъемным газом в атмосфере Венеры: кубический метр воздуха поднимет полкилограмма, а заполненный кислородом и азотом аэростат размером с город на Венере сможет поднять массу города. Это предполагает плавающие аэростатные города как метод колонизации Венеры. Отсутствие разницы давления между внешней и внутренней средой означает, что есть достаточно времени для устранения нарушений среды обитания. При площади, превышающей площадь суши Земли всего в три раза, места хватило бы даже для миллиарда таких городов. [148] Атмосфера обеспечивает достаточную защиту от радиации на этой высоте, а гравитация Венеры в 0,90g, вероятно, достаточна для предотвращения негативных последствий микрогравитации для здоровья. [148]
День на Венере очень длинный на поверхности, но атмосфера вращается намного быстрее планеты (явление, называемое суперротацией ), поэтому плавающая среда обитания будет иметь день около ста часов. Лэндис выгодно сравнивает это с полярными днями и ночами на Земле, которые намного длиннее. Плавающая среда обитания в более высоких широтах на Венере будет приближаться к нормальному 24-часовому циклу. Добыча полезных ископаемых на поверхности даст доступ к важным промышленным металлам, и к ней можно будет получить доступ с помощью самолетов, воздушных шаров или фуллереновых кабелей, предназначенных для выдерживания высоких температур. Чтобы избежать проблемы движения среды обитания относительно ее добывающих устройств, среда обитания может спуститься в нижние слои атмосферы: этот регион более жаркий, но Лэндис утверждает, что среда обитания большого размера будет иметь достаточную теплоемкость для кратковременного пребывания при более высоких температурах. [148]
Колонизация Венеры была предметом многих произведений научной фантастики еще до зари космических полетов и до сих пор обсуждается как с вымышленной, так и с научной точки зрения. Предложения по Венере сосредоточены на колониях, плавающих в верхних слоях атмосферы [150] и на терраформировании .
Гипотетическая колонизация Марса вызвала интерес у государственных космических агентств и частных корпораций и получила широкое освещение в научно-фантастических произведениях, фильмах и искусстве. Самые последние [ когда? ] обязательства по исследованию постоянного поселения включают обязательства государственных космических агентств — NASA , ESA , Roskosmos , ISRO и CNSA — и частных организаций — SpaceX , Lockheed Martin и Boeing . [ нужна ссылка ]
Пояс астероидов содержит около 10 18 метрических тонн общего количества доступного материала — в десять тысяч раз больше, чем доступно в околоземных астероидах [151] — но он распределен тонко, поскольку охватывает обширную область космоса. Самый большой астероид — Церера , диаметр которого составляет около 940 км, что достаточно для того, чтобы быть карликовой планетой . Следующие два по величине — Паллада и Веста , оба около 520 км в диаметре. Беспилотные суда снабжения должны быть практичны при небольшом технологическом прогрессе, даже пересекая 500 миллионов километров космоса. Колонисты были бы сильно заинтересованы в том, чтобы их астероид не столкнулся с Землей или любым другим телом значительной массы, но им было бы крайне трудно переместить астероид [ требуется цитата ] любого размера. Орбиты Земли и большинства астероидов очень далеки друг от друга с точки зрения дельта-v, а астероидные тела имеют огромный импульс . Ракеты или двигатели массы, возможно, могут быть установлены на астероидах, чтобы направить их путь по безопасному курсу.
На Церере есть легкодоступная вода, аммиак и метан, важные для выживания, топлива и, возможно, терраформирования Марса и Венеры. Колония может быть основана на поверхности кратера или под землей. [152] Однако даже Церера управляет лишь крошечной поверхностной гравитацией в 0,03g, чего недостаточно для предотвращения негативных эффектов микрогравитации (хотя это облегчает транспортировку на Цереру и обратно). Таким образом, потребуются либо медицинские процедуры, либо искусственная гравитация. Кроме того, колонизация главного пояса астероидов, вероятно, потребует наличия инфраструктуры на Луне и Марсе. [152]
Некоторые предполагают, что Церера может выступать в качестве главной базы или центра для добычи астероидов. [152] Однако Джеффри А. Лэндис указал, что пояс астероидов — плохое место для базы по добыче астероидов, если планируется эксплуатировать более одного астероида: астероиды не расположены близко друг к другу, и два астероида, выбранных наугад, вполне вероятно, будут находиться по разные стороны от Солнца друг от друга. Он предполагает, что было бы лучше построить такую базу на внутренней планете, такой как Венера: внутренние планеты имеют более высокие орбитальные скорости, что делает время перехода к любому конкретному астероиду короче, и вращаются по орбите вокруг Солнца быстрее, так что окна запуска к астероиду встречаются чаще (более низкий синодический период ). Таким образом, Венера ближе к астероидам, чем Земля или Марс с точки зрения времени полета. Время перелета для путешествий Венера-Церера и Венера-Веста составляет 1,15 и 0,95 года соответственно по траекториям с минимальной энергией, что даже короче, чем Земля-Церера и Земля-Веста на 1,29 и 1,08 года соответственно. [148] Энтони Тейлор, Джонатан С. Макдауэлл и Мартин Элвис предлагают луну Марса Фобос в качестве центра добычи астероидов пояса: главный пояс более доступен с марсианской орбиты, чем с низкой околоземной орбиты с точки зрения дельта-v , луна обеспечивает большую платформу и массу для радиационной защиты, и она находится недалеко от поверхности Марса. Следовательно, база Фобос для добычи астероидов работает рука об руку с экономически с поселением на Марсе. [151]
Пилотируемые миссии к внешним планетам должны были бы прибывать быстро из-за эффектов космической радиации и микрогравитации во время путешествия. [153] В 2012 году Томас Б. Кервик написал, что расстояние до внешних планет сделало их исследование человеком непрактичным на данный момент, отметив, что время в пути для поездок туда и обратно на Марс оценивается в два года, и что самое близкое сближение Юпитера с Землей более чем в десять раз дальше, чем самое близкое сближение Марса с Землей. Однако он отметил, что это может измениться со «значительным прогрессом в проектировании космических аппаратов». [154] Ядерно-термические или ядерно-электрические двигатели были предложены как способ совершить путешествие к Юпитеру за разумное время. [155] Другой возможностью были бы плазменные магнитные паруса , технология, уже предложенная для быстрой отправки зонда на Юпитер. [156] Холод также был бы фактором, требующим надежного источника тепловой энергии для скафандров и баз. [154] Большинство крупных лун внешних планет содержат водяной лед , жидкую воду и органические соединения, которые могут быть полезны для поддержания человеческой жизни. [157] [158]
Роберт Зубрин предложил Сатурн, Уран и Нептун в качестве выгодных мест для колонизации, поскольку их атмосферы являются хорошими источниками термоядерного топлива, такого как дейтерий и гелий-3 . Зубрин предположил, что Сатурн будет самым важным и ценным, поскольку он находится ближе всего и имеет обширную спутниковую систему. Высокая гравитация Юпитера затрудняет извлечение газов из его атмосферы, а его сильный радиационный пояс затрудняет разработку его системы. [159] С другой стороны, термоядерная энергия еще не достигнута, и термоядерная энергия из гелия-3 более трудна для достижения, чем обычный дейтерий-тритиевый синтез . [160] Джеффри Ван Клив, Карл Гриллмэр и Марк Ханна вместо этого сосредоточились на Уране, потому что дельта-v, необходимая для вывода гелия-3 из атмосферы на орбиту, вдвое меньше, чем необходимая для Юпитера, и потому что атмосфера Урана в пять раз богаче гелием, чем атмосфера Сатурна. [161]
Галилеевы луны Юпитера (Ио, Европа, Ганимед и Каллисто) и Титан Сатурна являются единственными лунами, которые имеют гравитацию, сравнимую с земной Луной. Луна имеет гравитацию 0,17g; Ио - 0,18g; Европа - 0,13g; Ганимед - 0,15g; Каллисто - 0,13g; и Титан - 0,14g. Тритон Нептуна имеет примерно половину гравитации Луны (0,08g); другие круглые луны обеспечивают еще меньше (начиная с Титании и Оберона Урана - около 0,04g). [154]
Система Юпитера в целом имеет определенные недостатки для колонизации, включая глубокий гравитационный колодец . Магнитосфера Юпитера бомбардирует луны Юпитера интенсивным ионизирующим излучением [164], доставляя около 36 Зв в день незащищенным колонистам на Ио и около 5,40 Зв в день на Европе . Воздействие около 0,75 Зв в течение нескольких дней достаточно, чтобы вызвать радиационное отравление , а около 5 Зв в течение нескольких дней является смертельным. [165]
Сам Юпитер, как и другие газовые гиганты, имеет дополнительные недостатки. У него нет доступной поверхности, на которую можно было бы приземлиться, а легкая водородная атмосфера не обеспечила бы хорошую плавучесть для какой-то воздушной среды обитания, как это было предложено для Венеры.
Уровень радиации на Ио и Европе экстремальный, достаточный, чтобы убить незащищенных людей в течение земных суток. [166] Поэтому только Каллисто и, возможно, Ганимед могли бы разумно поддерживать человеческую колонию. Каллисто вращается за пределами радиационного пояса Юпитера. [154] Низкие широты Ганимеда частично экранированы магнитным полем луны, хотя и недостаточно, чтобы полностью устранить необходимость в радиационной защите. На обоих есть доступная вода, силикатная порода и металлы, которые можно добывать и использовать для строительства. [154]
Хотя вулканизм Ио и приливное нагревание представляют собой ценные ресурсы, их эксплуатация, вероятно, нецелесообразна. [154] Европа богата водой (ожидается, что ее подповерхностный океан будет содержать более чем в два раза больше воды, чем все океаны Земли вместе взятые) [155] и, вероятно, кислородом, но металлы и минералы придется импортировать. Если на Европе существует инопланетная микробная жизнь, иммунная система человека может не защитить от нее. Однако достаточная радиационная защита может сделать Европу интересным местом для исследовательской базы. [154] Частный проект «Артемида» разработал в 1997 году план колонизации Европы, включающий поверхностные иглу в качестве баз для бурения льда и исследования океана под ним, и предполагающий, что люди могли бы жить в «воздушных карманах» в слое льда. [167] [168] [155] Ганимед [155] и Каллисто, как ожидается, также будут иметь внутренние океаны. [169] Возможно, удастся построить наземную базу, которая будет производить топливо для дальнейшего исследования Солнечной системы.
В 2003 году НАСА провело исследование под названием HOPE (Revolutionary Concepts for Human Outer Planet Exploration) относительно будущего исследования Солнечной системы. [170] Целью была выбрана Каллисто из-за ее удаленности от Юпитера и, следовательно, вредного излучения планеты. Можно было бы построить наземную базу, которая производила бы топливо для дальнейшего исследования Солнечной системы. HOPE оценила время полета туда и обратно для пилотируемой миссии примерно в 2–5 лет, предполагая значительный прогресс в технологиях движения. [154]
Ио не идеален для колонизации из-за своей враждебной среды. Луна находится под влиянием высоких приливных сил, что вызывает высокую вулканическую активность. Сильный радиационный пояс Юпитера затмевает Ио, доставляя 36 Зв в день на луну. Луна также чрезвычайно сухая. Ио является наименее идеальным местом для колонизации из четырех галилеевых лун. Несмотря на это, ее вулканы могли бы стать энергетическими ресурсами для других лун, которые лучше подходят для колонизации.
Ганимед — крупнейший спутник в Солнечной системе. Ганимед — единственный спутник с магнитосферой , хотя и затмеваемый магнитным полем Юпитера . Благодаря этому магнитному полю Ганимед — один из двух спутников Юпитера, на поверхности которых возможно поселение, поскольку он получает около 0,08 Зв радиации в день. Ганимед может быть терраформирован. [163]
В 2006 году обсерватория Кека объявила, что бинарный троян Юпитера 617 Патрокл и, возможно, многие другие трояны Юпитера, вероятно, состоят из водяного льда со слоем пыли. Это говорит о том, что добыча воды и других летучих веществ в этом регионе и их транспортировка в другие места Солнечной системы, возможно, через предлагаемую Межпланетную транспортную сеть , может быть осуществима в не столь отдаленном будущем. Это может сделать колонизацию Луны , Меркурия и астероидов главного пояса более практичной.
У Сатурна есть семь лун, достаточно больших, чтобы быть круглыми : в порядке увеличения расстояния от Сатурна это Мимас , Энцелад , Тефия , Диона , Рея , Титан и Япет . Титан является крупнейшим и единственным с гравитацией, подобной лунной: это единственная луна в Солнечной системе, имеющая плотную атмосферу и богатая углеродсодержащими соединениями, что предполагает его как цель колонизации. [166] На Титане есть водяной лед и большие метановые океаны. [171] Роберт Зубрин определил, что Титан обладает изобилием всех элементов, необходимых для поддержания жизни, что делает Титан, возможно, самым выгодным местом во внешней Солнечной системе для колонизации. [166]
Небольшая луна Энцелад также представляет интерес, имея подповерхностный океан, отделенный от поверхности всего лишь десятками метров льда на южном полюсе, по сравнению с километрами льда, отделяющими океан от поверхности на Европе. Там присутствуют летучие и органические соединения, а высокая плотность луны для ледяного мира (1,6 г/см 3 ) указывает на то, что ее ядро богато силикатами. [159]
Радиационный пояс Сатурна намного слабее, чем у Юпитера, поэтому радиация здесь не так важна. Диона, Рея, Титан и Япет вращаются за пределами радиационного пояса, а толстая атмосфера Титана будет адекватно защищать от космической радиации. [159]
Роберт Зубрин определил Сатурн , Уран и Нептун как « Персидский залив Солнечной системы», как крупнейшие источники дейтерия и гелия-3 для развития термоядерной экономики, причем Сатурн является самым важным и ценным из трех из-за его относительной близости, низкого уровня радиации и большой системы лун. [172] С другой стороны, планетолог Джон Льюис в своей книге 1997 года «Mining the Sky » настаивает на том, что Уран является наиболее вероятным местом для добычи гелия-3 из-за его значительно более мелкой гравитационной скважины, что облегчает отталкивание загруженного космического корабля-танкера. Кроме того, Уран является ледяным гигантом , что, вероятно, облегчит отделение гелия от атмосферы.
Зубрин определил Титан как обладающий изобилием всех элементов, необходимых для поддержания жизни, что делает Титан, возможно, самым выгодным местом во внешней Солнечной системе для колонизации. Он сказал: «В определенном смысле Титан является самым гостеприимным внеземным миром в Солнечной системе для человеческой колонизации». [166] Широко публикуемый эксперт по терраформированию Кристофер Маккей также является соисследователем зонда Гюйгенс , который приземлился на Титане в январе 2005 года.
Поверхность Титана в основном не имеет кратеров и, таким образом, считается очень молодой и активной, и, вероятно, состоит в основном из водяного льда и озер жидких углеводородов (метана/этана) в полярных регионах. Хотя температура криогенная (95 К), она должна быть способна поддерживать базу, но необходимо больше информации о поверхности Титана и деятельности на ней. Плотная атмосфера и погода, такие как потенциальные внезапные наводнения, также являются факторами, которые следует учитывать.
9 марта 2006 года космический зонд НАСА « Кассини» обнаружил возможные доказательства наличия жидкой воды на Энцеладе . [173] Согласно этой статье, «карманы жидкой воды могут находиться не более чем в десятках метров под поверхностью». Эти выводы были подтверждены НАСА в 2014 году. Это означает, что жидкую воду можно было бы собирать гораздо легче и безопаснее на Энцеладе, чем, например, на Европе (см. выше). Обнаружение воды, особенно жидкой воды, обычно делает небесное тело гораздо более вероятным кандидатом на колонизацию. Альтернативной моделью активности Энцелада является разложение клатратов метана/воды — процесс, требующий более низких температур, чем извержения жидкой воды. Более высокая плотность Энцелада указывает на большее, чем среднее сатурновское, силикатное ядро, которое могло бы обеспечить материалы для базовых операций.
Фримен Дайсон предположил, что в течение нескольких столетий человеческая цивилизация переместится в пояс Койпера . [174] [175] За пределами орбиты Нептуна, в поясе Койпера и во Внутреннем и Внешнем облаке Оорта, существует от нескольких сотен миллиардов до триллионов кометоподобных тел, богатых льдом. Они могут содержать все ингредиенты для жизни (водяной лед, аммиак и богатые углеродом соединения), включая значительные количества дейтерия и гелия-3. После предложения Дайсона число известных транснептуновых объектов значительно возросло.
Колонисты могли бы жить в ледяной коре или мантии карликовой планеты, используя термоядерный синтез или геотермальное тепло [ нужна цитата ] и добывая летучие вещества и минералы из мягкого льда или жидкого внутреннего океана. Учитывая легкую гравитацию и, как следствие, более низкое давление в ледяной мантии или внутреннем океане, колонизация внешней поверхности скалистого ядра могла бы дать колонистам наибольшее количество минеральных и летучих ресурсов, а также изолировать их от холода. [ нужна цитата ] Поверхностные среды обитания или купола являются еще одной возможностью, поскольку уровни фоновой радиации, вероятно, будут низкими. [ нужна цитата ]
Также были предложения разместить роботизированные аэростаты в верхних слоях атмосферы гигантских планет Солнечной системы для разведки и, возможно, добычи гелия-3 , который может иметь очень высокую ценность на единицу массы в качестве термоядерного топлива. [176] [161]
Поскольку Уран имеет самую низкую скорость убегания из четырех гигантских планет, он был предложен в качестве места добычи гелия-3 . [161] Если человеческий надзор за роботизированной деятельностью окажется необходимым, один из естественных спутников Урана может служить базой. [ по чьему мнению? ]
Предполагается, что один из спутников Нептуна может быть использован для колонизации. Поверхность Тритона демонстрирует признаки обширной геологической активности, что подразумевает наличие подповерхностного океана, возможно, состоящего из аммиака/воды. [177] Если бы технологии продвинулись до такой степени, что использование такой геотермальной энергии стало бы возможным, это могло бы сделать колонизацию криогенного мира, подобного Тритону, осуществимой, дополненной энергией ядерного синтеза . [ требуется ссылка ]
За пределами Солнечной системы есть до нескольких сотен миллиардов потенциальных звезд с возможными целями колонизации. Основная трудность заключается в огромных расстояниях до других звезд: примерно в сто тысяч раз дальше, чем планеты в Солнечной системе. Это означает, что потребуется некое сочетание очень высокой скорости (некоторые более дробного процента скорости света ) или времени путешествия, длящегося столетия или тысячелетия. Эти скорости намного превосходят то, что могут обеспечить современные двигательные системы космических аппаратов .
Технология колонизации космоса в принципе могла бы позволить человеческому расширению на высоких, но субрелятивистских скоростях, существенно меньших скорости света, c . Межзвездный колониальный корабль был бы похож на космическую среду обитания, с добавлением основных двигательных возможностей и независимой генерации энергии.
Гипотетические концепции звездолетов , предложенные как учеными, так и в научной фантастике, включают в себя:
Вышеуказанные концепции, по-видимому, ограничены высокими, но все еще субрелятивистскими скоростями из-за фундаментальных соображений энергии и массы реакции, и все они повлекут за собой время путешествия, которое может быть обеспечено технологией космической колонизации, допускающей автономные среды обитания со сроком службы от десятилетий до столетий. Тем не менее, человеческая межзвездная экспансия со средней скоростью даже 0,1% от c позволила бы заселить всю Галактику менее чем за половину галактического орбитального периода Солнца ~240 000 000 лет, что сопоставимо с временными рамками других галактических процессов. Таким образом, даже если межзвездные путешествия на почти релятивистских скоростях никогда не будут осуществимы (что невозможно определить в настоящее время), развитие космической колонизации может позволить человеческую экспансию за пределы Солнечной системы, не требуя технологических достижений, которые пока нельзя разумно предвидеть. Это могло бы значительно повысить шансы на выживание разумной жизни в космических масштабах времени, учитывая множество природных и связанных с человеком опасностей, которые были широко отмечены.
Если человечество получит доступ к большому количеству энергии, порядка массы-энергии целых планет, в конечном итоге может стать возможным создание двигателей Алькубьерре . Это один из немногих методов сверхсветового перемещения, которые могут быть возможны в рамках современной физики. Однако, вероятно, что такое устройство никогда не сможет существовать из-за фундаментальных проблем, которые возникают. Подробнее об этом см. Трудности создания и использования двигателя Алькубьерре .
Расстояния между галактиками примерно в миллион раз больше, чем расстояния между звездами, и поэтому межгалактическая колонизация будет включать путешествия продолжительностью в миллионы лет с использованием специальных самоподдерживающихся методов. [178] [179] [180]
Строительство колоний в космосе потребует доступа к воде, еде, пространству, людям, строительным материалам, энергии, транспорту, коммуникациям , жизнеобеспечению , имитируемой гравитации , защите от радиации , миграции, управлению и капиталовложениям. Вероятно, колонии будут располагаться вблизи необходимых физических ресурсов. Практика космической архитектуры стремится превратить космические полеты из героического испытания человеческой выносливости в нормальность в рамках комфортного опыта. Как и в случае с другими попытками открытия границ, капиталовложения, необходимые для колонизации космоса, вероятно, будут поступать от правительств, [181] аргумент, выдвинутый Джоном Хикманом [182] и Нилом Деграссом Тайсоном [183] .
Пилотируемые космические полеты позволили временно переселить лишь нескольких привилегированных людей и не позволили переселить на постоянной основе космических мигрантов.
Общество и мотивация космической миграции были подвергнуты сомнению, поскольку они укоренены в колониализме, подвергая сомнению основы и инклюзивность космической колонизации. Подчеркивая необходимость размышлений над такими социально-экономическими вопросами, помимо технических проблем для реализации. [184] [185]
Были набросаны или предложены различные модели транспланетного или внеземного управления. Часто предполагающие необходимость нового или независимого внеземного управления, особенно в пустоте, образовавшейся из-за критикуемого в настоящее время отсутствия космического управления и инклюзивности.
Утверждалось, что космический колониализм, подобно земному колониализму , приведет к формированию колониальных национальных идентичностей. [186]
Федерализм изучался как средство решения проблем таких отдаленных и автономных сообществ. [187]
В космических поселениях система жизнеобеспечения должна перерабатывать или импортировать все питательные вещества без «сбоя». Ближайшим земным аналогом космической системы жизнеобеспечения, возможно, является атомная подводная лодка . Атомные подводные лодки используют механические системы жизнеобеспечения, чтобы поддерживать людей в течение месяцев без всплытия, и эта же базовая технология, предположительно, может быть использована для использования в космосе. Однако атомные подводные лодки работают по «открытому циклу» — извлекая кислород из морской воды и, как правило, сбрасывая углекислый газ за борт, хотя они перерабатывают имеющийся кислород. [188] Другая часто предлагаемая система жизнеобеспечения — это закрытая экологическая система, такая как Биосфера 2. [ 189]
Хотя существует множество физических, психических и эмоциональных рисков для здоровья будущих колонистов и пионеров, были предложены решения для исправления этих проблем. Mars500 , HI-SEAS и SMART-OP представляют собой усилия по снижению последствий одиночества и изоляции в течение длительных периодов времени. Поддержание связи с членами семьи, празднование праздников и сохранение культурной идентичности оказали влияние на минимизацию ухудшения психического здоровья. [190] Также разрабатываются инструменты для здоровья, которые помогут астронавтам снизить тревожность, а также полезные советы по снижению распространения микробов и бактерий в закрытой среде. [191] Риск радиации для астронавтов может быть снижен за счет частого мониторинга и сосредоточения работы на минимизации времени отсутствия защиты. [119] Будущие космические агентства также могут гарантировать, что каждый колонист будет иметь обязательное количество ежедневных упражнений для предотвращения деградации мышц. [119]
Космические лучи и солнечные вспышки создают смертельную радиационную среду в космосе. На орбите вокруг некоторых планет с магнитосферами (включая Землю) пояса Ван Аллена затрудняют жизнь над атмосферой. Чтобы защитить жизнь, поселения должны быть окружены достаточной массой, чтобы поглощать большую часть входящей радиации, если только не будут разработаны магнитные или плазменные радиационные щиты. [192] В случае поясов Ван Аллена их можно было бы осушить с помощью орбитальных тросов [193] или радиоволн. [194]
Пассивная массовая защита в четыре метрических тонны на квадратный метр площади поверхности снизит дозу радиации до нескольких мЗв или менее в год, что значительно ниже уровня некоторых населенных районов с высоким естественным фоном на Земле. [195] Это может быть остаточный материал (шлак) от переработки лунного грунта и астероидов в кислород, металлы и другие полезные материалы. Однако это представляет собой существенное препятствие для маневрирования судов с такой массивной массой (мобильные космические аппараты, особенно вероятно, будут использовать менее массивную активную защиту). [192] Инерция потребует мощных двигателей для запуска или остановки вращения или электродвигателей для вращения двух массивных частей судна в противоположных направлениях. Защитный материал может быть неподвижным вокруг вращающегося внутреннего пространства.
Монотонность и одиночество, которые возникают в результате длительной космической миссии, могут сделать астронавтов восприимчивыми к лихорадке в салоне или психотическому срыву. Более того, недостаток сна, усталость и перегрузка работой могут повлиять на способность астронавта хорошо работать в такой среде, как космос, где каждое действие имеет решающее значение. [196]
Можно приблизительно сказать, что колонизация космоса станет возможной, когда необходимые методы колонизации космоса станут достаточно дешевыми (например, доступ в космос с помощью более дешевых систем запуска), чтобы покрыть совокупные фонды, собранные для этой цели, в дополнение к предполагаемой прибыли от коммерческого использования космоса . [ необходима цитата ]
Хотя нет никаких непосредственных перспектив для больших сумм денег, необходимых для колонизации космоса, которые будут доступны с учетом традиционных затрат на запуск, [197] есть некоторая перспектива радикального снижения затрат на запуск в 2010-х годах, что, следовательно, уменьшит стоимость любых усилий в этом направлении. С опубликованной ценой в 56,5 млн долларов США за запуск до 13 150 кг (28 990 фунтов) полезной нагрузки [198] на низкую околоземную орбиту , ракеты SpaceX Falcon 9 уже являются «самыми дешевыми в отрасли». [199] Достижения, которые в настоящее время разрабатываются в рамках программы разработки многоразовой пусковой системы SpaceX , чтобы сделать возможным многоразовое использование Falcon 9, «могут снизить цену на порядок, стимулируя большее космическое предпринимательство, что, в свою очередь, еще больше снизит стоимость доступа к космосу за счет экономии масштаба». [199] Если SpaceX добьется успеха в разработке многоразовой технологии, можно ожидать, что она «окажет значительное влияние на стоимость доступа в космос» и изменит все более конкурентный рынок услуг по запуску космических аппаратов. [200]
Президентская комиссия по реализации политики США в области исследования космоса предложила учредить поощрительную премию , возможно, правительством, за достижение цели колонизации космоса, например, предложив премию первой организации, которая отправит людей на Луну и будет содержать их в течение фиксированного периода времени, прежде чем они вернутся на Землю. [201]
Эксперты обсуждают возможное использование денег и валют в обществах, которые будут созданы в космосе. Quasi Universal Intergalactic Denomination, или QUID, представляет собой физическую валюту, изготовленную из полимера PTFE, пригодного для использования в космосе , для межпланетных путешественников. QUID был разработан для компании обмена валют Travelex учеными из Национального космического центра Великобритании и Университета Лестера. [202]
Другие возможности включают включение криптовалюты в качестве основной формы валюты, как это предложил Илон Маск . [203]
Колонии на Луне, Марсе, астероидах или богатой металлами планете Меркурий могли бы добывать местные материалы. На Луне не хватает летучих веществ, таких как аргон , гелий и соединения углерода , водорода и азота . Ударник LCROSS был нацелен на кратер Кабеус , который был выбран как имеющий высокую концентрацию воды для Луны. Извергся шлейф материала, в котором было обнаружено некоторое количество воды. Главный научный сотрудник миссии Энтони Колапрете подсчитал, что кратер Кабеус содержит материал с 1% воды или, возможно, больше. [204] Водяной лед также должен быть в других постоянно затененных кратерах вблизи лунных полюсов. Хотя гелий присутствует только в низких концентрациях на Луне, где он откладывается в реголит солнечным ветром, по оценкам, в целом существует миллион тонн He-3. [205] Он также имеет промышленно значимые кислород , кремний и металлы, такие как железо , алюминий и титан .
Запуск материалов с Земли стоит дорого, поэтому основные материалы для колоний могут поступать с Луны, околоземного объекта (NEO), Фобоса или Деймоса . Преимущества использования таких источников включают: более низкую гравитационную силу, отсутствие атмосферного сопротивления грузовых судов и отсутствие биосферы, которую можно повредить. Многие NEO содержат значительное количество металлов. Под более сухой внешней корой (подобной нефтяному сланцу ) некоторые другие NEO представляют собой неактивные кометы, которые включают миллиарды тонн водяного льда и углеводородов керогена , а также некоторые соединения азота. [206]
Еще дальше от Юпитера находятся троянские астероиды, которые, как полагают, богаты водяным льдом и другими летучими веществами. [207]
Почти наверняка потребуется переработка некоторых видов сырья.
Солнечная энергия на орбите обильна, надежна и широко используется для питания спутников сегодня. В открытом космосе нет ночи, и нет облаков или атмосферы, которые блокировали бы солнечный свет. Интенсивность света подчиняется закону обратных квадратов . Таким образом, солнечная энергия, доступная на расстоянии d от Солнца, равна E = 1367/ d 2 Вт/м 2 , где d измеряется в астрономических единицах (а.е.), а 1367 Вт/м 2 — это энергия, доступная на расстоянии орбиты Земли от Солнца, 1 а.е. [208]
В невесомости и вакууме космоса высокие температуры для промышленных процессов могут быть легко достигнуты в солнечных печах с огромными параболическими отражателями из металлической фольги с очень легкими опорными конструкциями. Плоские зеркала для отражения солнечного света вокруг радиационных экранов в жилые помещения (чтобы избежать доступа космических лучей в зону прямой видимости или чтобы изображение Солнца казалось движущимся по их «небу») или на посевы еще легче и проще в изготовлении.
Для удовлетворения потребностей поселенцев в электроэнергии понадобятся большие солнечные фотоэлектрические батареи или тепловые электростанции. В развитых частях Земли потребление электроэнергии может составлять в среднем 1 киловатт на человека (или примерно 10 мегаватт-часов на человека в год.) [209] Эти электростанции могут находиться на небольшом расстоянии от основных сооружений, если для передачи энергии используются провода, или гораздо дальше при беспроводной передаче энергии .
Основным экспортом первоначальных проектов космических поселений, как ожидалось, будут большие солнечные энергетические спутники (SPS), которые будут использовать беспроводную передачу энергии (фазированные микроволновые лучи или лазеры, излучающие длины волн, которые специальные солнечные элементы преобразуют с высокой эффективностью) для передачи энергии в места на Земле или в колонии на Луне или другие места в космосе. Для мест на Земле этот метод получения энергии чрезвычайно безопасен, с нулевыми выбросами и гораздо меньшей площадью земли, требуемой на ватт, чем для обычных солнечных панелей. После того, как эти спутники будут в основном построены из лунных или астероидных материалов, цена электроэнергии SPS может быть ниже, чем энергия из ископаемого топлива или ядерной энергии; их замена будет иметь значительные преимущества, такие как устранение парниковых газов и ядерных отходов от производства электроэнергии. [210]
Беспроводная передача солнечной энергии с Земли на Луну и обратно также является идеей, предложенной в интересах колонизации космоса и энергетических ресурсов. Физик доктор Дэвид Крисвелл, работавший в NASA во время миссий Apollo, предложил идею использования энергетических лучей для передачи энергии из космоса. Эти лучи, микроволны с длиной волны около 12 см, будут почти нетронутыми при прохождении через атмосферу. Их также можно будет направить на большее количество промышленных зон, чтобы держать их подальше от людей или животных. [211] Это позволит использовать более безопасные и надежные методы передачи солнечной энергии.
В 2008 году ученые смогли отправить 20-ваттный микроволновый сигнал с горы на острове Мауи на остров Гавайи. [212] С тех пор JAXA и Mitsubishi совместно работают над проектом стоимостью 21 миллиард долларов по размещению на орбите спутников, которые могли бы генерировать до 1 гигаватта энергии. [213] Это следующие достижения, которые сегодня реализуются в области беспроводной передачи энергии для космической солнечной энергетики.
Однако ценность энергии SPS, доставляемой по беспроводной сети в другие места в космосе, как правило, будет намного выше, чем на Землю. В противном случае средства генерации энергии должны быть включены в эти проекты и понести большие расходы в виде затрат на запуск с Земли. Поэтому, за исключением предлагаемых демонстрационных проектов по доставке энергии на Землю, [214] первым приоритетом для электроэнергии SPS, вероятно, будут такие места в космосе, как спутники связи, топливные склады или ускорители «орбитального буксира», перевозящие грузы и пассажиров между низкой околоземной орбитой (LEO) и другими орбитами, такими как геосинхронная орбита (GEO), лунная орбита или высокоэксцентричная околоземная орбита (HEEO). [215] : 132 Система также будет полагаться на спутники и приемные станции на Земле для преобразования энергии в электричество. Поскольку эта энергия может быть легко передана с дневной стороны на ночную, энергия будет надежной 24/7. [216]
Ядерная энергия иногда предлагается для колоний, расположенных на Луне или на Марсе, поскольку подача солнечной энергии слишком прерывиста в этих местах; на Луне ночи длятся две земные недели. На Марсе есть ночи, относительно высокая гравитация и атмосфера с большими пылевыми бурями, которые покрывают и разрушают солнечные панели. Кроме того, большее расстояние Марса от Солнца (1,52 астрономических единиц, а.е.) означает, что только 1/1,52 2 или около 43% солнечной энергии доступно на Марсе по сравнению с земной орбитой. [217] Другим методом была бы беспроводная передача энергии на лунные или марсианские колонии со спутников солнечной энергии (SPS), как описано выше; трудности генерации энергии в этих местах делают относительные преимущества SPS там намного большими, чем для энергии, передаваемой в места на Земле. Для того чтобы также иметь возможность выполнить требования лунной базы и энергии для обеспечения жизнеобеспечения, обслуживания, связи и исследований, в первых колониях может использоваться комбинация как ядерной, так и солнечной энергии. [211]
Для солнечной тепловой и ядерной энергетики в безвоздушных средах, таких как Луна и космос, и в меньшей степени в очень тонкой марсианской атмосфере, одной из главных трудностей является рассеивание неизбежно вырабатываемого тепла . Для этого требуются довольно большие площади радиаторов.
Космическое производство может обеспечить саморепликацию. Некоторые считают это конечной целью, поскольку это позволит экспоненциально увеличить число колоний, одновременно устраняя затраты на Землю и зависимость от нее. [218] Можно утверждать, что создание такой колонии станет первым актом саморепликации Земли . [219] Промежуточные цели включают колонии, которые ожидают только информации от Земли (наука, инженерия, развлечения), и колонии, которым просто требуется периодическая поставка легких предметов, таких как интегральные схемы , лекарства, генетический материал и инструменты.
В 2002 году антрополог Джон Х. Мур подсчитал [220] , что численность населения в 150–180 человек позволит стабильному обществу существовать в течение 60–80 поколений, что эквивалентно 2000 лет.
Предполагая, что путешествие продлится 6300 лет, астрофизик Фредерик Марин и физик-теоретик Камиль Белуффи подсчитали, что минимальное жизнеспособное население для корабля поколений , который должен достичь Проксимы Центавра, составит 98 поселенцев в начале миссии (затем экипаж будет размножаться до тех пор, пока не достигнет стабильной популяции в несколько сотен поселенцев внутри корабля). [221] [222]
В 2020 году Жан-Марк Салотти предложил метод определения минимального количества поселенцев для выживания на внеземном мире. Он основан на сравнении необходимого времени для выполнения всех видов деятельности и рабочего времени всех человеческих ресурсов. Для Марса потребовалось бы 110 человек. [223]
Несколько частных компаний объявили о планах колонизации Марса . Среди предпринимателей, возглавляющих призыв к космической колонизации, — Илон Маск, Деннис Тито и Бас Лансдорп . [224] [225]
Организации, которые вносят вклад в колонизацию космоса, включают:
Многие космические агентства строят «испытательные стенды» — объекты на Земле для тестирования современных систем жизнеобеспечения, но они предназначены для длительных космических полетов человека , а не для постоянной колонизации.
Хотя устоявшиеся космические среды обитания являются обычным элементом научно-фантастических рассказов, художественные произведения, исследующие социальные или практические темы заселения и освоения обитаемого мира, встречаются реже. [ необходима ссылка ]
Мы гуманны и благородны; мы не хотим порабощать другие расы, мы просто хотим завещать им наши ценности и взамен захватить их наследие. Мы считаем себя Рыцарями Святого Контакта. Это еще одна ложь. Мы ищем только Человека. Нам не нужны другие миры. Нам нужны зеркала. (§6:72)
В 2022 году Рудольф Херцог и Вернер Херцог представили подробный документальный фильм с Люсианной Валькович под названием «Последний выход: Космос» . [236]
Зубрин
сказал, что единственное слово, которого он избегает, — это «колония», предпочитая «поселение», потому что первое «смешивает проблему с империализмом».
Это так же неизбежно, как законы физики, что человечество однажды столкнется с каким-то событием уровня вымирания . ... [Мы] сталкиваемся с угрозами, [которые включают] глобальное потепление ... микробы, превращенные в оружие ... наступление нового ледникового периода ... возможность того, что супервулкан под Йеллоустонским национальным парком может пробудиться от долгого сна ... [и] еще один метеорит или кометный удар . ... [от одного из] нескольких тысяч околоземных объектов (ООО), которые пересекают орбиту Земли. ... Жизнь слишком драгоценна, чтобы быть размещенной на одной планете . ... Возможно, наша судьба - стать многопланетным видом, живущим среди звезд .
— циркадный вид, и если у вас нет надлежащего освещения для поддержания этой
хронобиологии
, это может создать значительные проблемы для членов экипажа.
{{cite book}}: |journal=проигнорировано ( помощь ) ; черновая версия полной статьи доступна на сервере технических отчетов NASA (дата обращения: 16 мая 2012 г.)."We can then conclude that, under the parameters used for those simulations, a minimum crew of 98 settlers is needed for a 6,300-year multi-generational space journey towards Proxima Centauri b," say Marin and Beluffi.
{{cite book}}: |journal= ignored (help).