A colonização do espaço , ou colonização do espaço , está além de um assunto ficcional clássico , um projeto astronáutico de habitação humana permanente e amplamente autossuficiente fora da Terra . Está ligada à conquista do espaço .
Vários grupos de desenvolvimento da NASA , ESA , agências espaciais russas e chinesas e outros cientistas estudaram a viabilidade de projetos de colônias espaciais em vários locais do Sistema Solar . Embora tenham determinado que existem matérias-primas exploráveis na Lua e em asteróides próximos à Terra , que a energia solar está disponível em grandes quantidades e que nenhuma grande descoberta científica é necessária, eles avaliaram que 'seria necessária proezas técnicas de engenharia , melhor conhecimento de adaptação humana ao espaço e, acima de tudo, enormes recursos financeiros para concretizar tais projetos. Quase todos os projetos são, portanto, reduzidos a um nível de avaliação teórica ou mesmo abandonados.
A única presença humana permanente no espaço hoje é a da Estação Espacial Internacional , que não é, no entanto, autônoma. Em 2008, o único projeto com um plano de financiamento era uma base permanente de quatro astronautas na Lua que usaria recursos locais planejados pela NASA para 2019-2024, mas seu orçamento foi questionado em 2010. ESA, assim como a Rússia , As agências espaciais japonesas e chinesas planejam estabelecer um posto avançado na Lua após 2025.
Outros estudos teóricos de colônias espaciais localizadas em outros satélites naturais , asteróides ou planetas como Marte foram estudados por cientistas, e alguns deles acreditam que as primeiras colônias poderiam ser estações espaciais localizadas em órbita planetária ou solar. Estudos ainda mais prospectivos e ambiciosos foram realizados, desde a colonização das luas de Júpiter até o estabelecimento de colônias de centenas de milhares de indivíduos ou a terraformação de certos planetas, mas estes são ainda mais teóricos e exigirão grande conhecimento científico e técnico. avanços que só serão possíveis a muito longo prazo.
O diretor da NASA até 2009, Michael Griffin , identificou a colonização do espaço como o objetivo final dos programas espaciais atuais, mas a necessidade de a humanidade colonizar o espaço no futuro próximo ou distante. Não é, no entanto, unanimemente aceita pela comunidade científica , e um debate ainda está ocorrendo sobre este assunto.
“A Terra é o berço da humanidade , mas você não passa a vida inteira em um berço. "
- Constantin Tsiolkovsky , Carta dirigida a seu amigo, o engenheiro Boris Vorobiev, 12 de agosto de 1911
O conceito de colonização do espaço está intimamente ligado ao de voo espacial , astronáutica e conquista do espaço e é baseado nos mesmos pais fundadores.
O pioneiro da astronáutica russa , Constantine Tsiolkovsky , foi o primeiro a evocar o conceito de colonização espacial de forma científica em seu livro de 1903 , The Rocket in Cosmic Space , onde descreve o uso do espaço. ' Energia solar , uma gravidade artificial por rotação e o uso de uma estufa para criar um ecossistema fechado. Ele também foi o primeiro a conceber o projeto do elevador espacial em seu livro de 1895, Speculations on the Earth and the Sky e em Vesta . Ele resume sua perspectiva sobre o futuro da humanidade em uma de suas citações mais famosas:
“A Terra é o berço da humanidade, mas você não passa a vida inteira em um berço. "
O físico alemão Hermann Oberth em 1923 propôs o uso de estações orbitais permanentes e viagens interplanetárias em um livro cuja tese de doutorado foi rejeitada como utópica pela Universidade de Munique, mas aceita pela Universidade Babeş-Bolyai da Romênia .
O cientista esloveno Herman Potočnik é o primeiro a projetar uma estação orbital em forma de roda colocada em órbita geoestacionária . Um dos ex-assistentes de Oberth, o astronauta Wernher von Braun , em 1952 assumiu as ideias de Potočnik com o projeto de uma estação espacial na forma de uma roda girando sobre si mesma para garantir uma gravidade artificial de 75 metros de diâmetro servindo como posto avançado e base acampamento para uma instalação permanente na Lua na região de Sinus Roris e para a exploração de Marte . O americano Robert Goddard , outro pai da astronáutica, é o primeiro a trazer a ideia de usar um arco espacial movido a energia nuclear para salvar a humanidade de um Sol moribundo e levá-la a outro sistema planetário . O medo de críticas científicas o fez colocar o manuscrito em um envelope lacrado e só foi publicado 50 anos depois. O uso de recursos extraterrestres para a conquista do espaço também é explicitado por Goddard em 1920.
O astrofísico suíço Fritz Zwicky em 1948 e o astrônomo americano Carl Sagan em 1961 são os primeiros a propor a ideia de uma terraformação para transformar as condições de vida de um mundo para que a humanidade possa colonizá-lo. O físico inglês Freeman Dyson propôs em 1960 o conceito de que uma civilização avançada poderia ter cercado completamente sua estrela com habitats espaciais ou asteróides, criando assim uma esfera de Dyson .
Em 1975, a NASA publicou uma série de estudos sobre o assunto, realizados em colaboração com várias universidades. Este relatório estima que para que a colonização do espaço seja possível, milhares de lançamentos devem ser considerados, o que exigiria um sistema de lançamento muito mais econômico do que os foguetes consumíveis da época. É neste contexto que foi desenvolvido o vaivém espacial americano , inicialmente um lançador reutilizável , mas que acabará por ser apenas parcialmente reutilizável devido aos custos de desenvolvimento e às restrições orçamentais após o fim gradual da corrida ao espaço após a conquista da Lua .
O físico americano Gerard K. O'Neill , em seu livro de 1977, The High Frontier: Human Colonies in Space , desenvolve a ideia de colonização massiva com habitats espaciais gigantescos.
Após uma pausa devido à cessação da corrida espacial ligada à Guerra Fria , o conceito de colonização espacial torna-se menos ambicioso mas mais realista, com o estabelecimento da estação espacial internacional de bases permanentes na Lua e depois em Marte por estabelecimento de um programa de médio e longo prazo da NASA e ESA. Muitos outros projetos de colonização do Sistema Solar também foram estudados por cientistas por décadas, mas nenhum recebeu financiamento como o da NASA.
Construir colônias no espaço requer trabalho, alimentos, materiais de construção, energia, transporte, comunicações, um ambiente viável, incluindo proteção contra radiação e gravidade . Para ser viável, uma colônia deve estar localizada de forma a facilitar o acesso a esses diferentes recursos. As partes a seguir desenvolvem os pontos estudados pelos estudos de cientistas e diferentes agências espaciais.
Desde o início da conquista do espaço e dos primeiros foguetes na década de 1960 , a tecnologia de acesso ao espaço da Terra não evoluiu muito, e continua baseada em lançadores espaciais que podem ser consumidos fora da Terra. Ônibus espacial americano que parou entrou em serviço em 2011. As tecnologias atuais permitem obter um índice construtivo, ou seja, a relação entre a massa das estruturas e a massa dos propulsores , da ordem de 10%. Colocar cargas que variam de algumas toneladas a algumas dezenas de toneladas no máximo em órbita baixa , isso leva a lançadores com vários estágios, que podem pesar centenas de toneladas na decolagem. A massa da carga útil é apenas uma pequena porcentagem da massa de decolagem do lançador. A massa à qual um lançador pode dar a velocidade de lançamento que permite escapar da atração terrestre, ou seja, 11 km / s , é 4 a 5 vezes menor do que o desempenho em órbita baixa que requer 8 km / s , o que multiplica o custo por kg em conformidade.
O custo é atualmente de vários milhares de euros por kg colocado em órbita, excluindo os custos de desenvolvimento do lançador. O foguete Ariane 5 pode enviar 20 toneladas para uma órbita baixa com um custo de lançamento de cerca de 150 milhões de euros, ou 7.500 euros por kg de carga útil. Para o reabastecimento da estação espacial internacional em órbita baixa , isso equivale a 11.300 euros por kg para o navio Progress russo e 43.000 euros por kg para o veículo europeu de transferência automática . São necessários 14.000 euros para enviar cargas úteis leves para uma órbita baixa com o futuro lançador Vega . Para enviar uma carga útil de mais de 100 toneladas para uma órbita baixa, ou 47 toneladas para a lua, você tem que construir um foguete gigante com grandes tanques para armazenar combustível e oxidante . Um exemplo desse tipo de foguete é o lançador Saturno V , que sozinho custou um terço do orçamento do programa de desenvolvimento e lançamento da Apollo - mais de US $ 6,4 bilhões na época.
Apesar desses números elevados, o custo de lançamento é marginal no custo total de certas missões espaciais, além dos custos de desenvolvimento do lançador. Por exemplo, o custo de US $ 422 milhões do lançador pelo muito caro Titan IV representa apenas 13% do orçamento de US $ 3,27 bilhões para a Missão Cassini-Huygens .
No entanto, o custo de transporte para a órbita da Terra e além é considerado um dos principais limites para a exploração espacial de acordo com a NASA, que acredita que resolverá o problema usando foguetes muito mais leves com novos materiais., Ou usando para colonização o recursos de planetas, luas ou asteróides com uma gravidade muito menor do que a da Terra e, portanto, custos de transporte reduzidos conforme estudado por Robert Zubrin ou O'Neill e NASA. Existem também planos teóricos de muito longo prazo para construir um elevador espacial , mas muitos problemas ainda precisam ser resolvidos.
Transporte no Sistema SolarMeios de transporte usando recursos fora da Terra para propulsão reduziriam os custos significativamente. Combustíveis enviados da Terra custariam muito caro, mesmo com as inovações descritas acima. Outras tecnologias, como a amarração espacial , o VASIMR , o motor iônico , a explosão solar térmica , a vela solar e o foguete térmico nuclear, podem reduzir potencialmente o problema de custos e tempo de transporte uma vez no espaço. A propulsão do VASIMR poderia reduzir o tempo de transporte entre a Terra e Marte , que atualmente é de dois anos, para apenas 39 dias.
Na Lua, uma possibilidade que a NASA está explorando é construir uma catapulta eletromagnética para lançar matérias-primas para instalações orbitais a um custo muito mais baixo do que as matérias-primas enviadas da Terra. De acordo com estudos teóricos de Jerome Pearson, consultor da NASA, um elevador espacial lunar poderia ser usado. Ao contrário do Elevador Espacial da Terra, ele pode ser construído com as tecnologias existentes, mas nenhum programa de construção foi definido ainda.
Para abastecer as colônias orbitais, lançar materiais da Terra seria muito caro, também cientistas, como Robert Zubrin , pensam em trazer as matérias-primas da Lua, Ceres , asteróides próximos à Terra , Fobos ou Deimos , onde as forças gravitacionais são muito inferior e onde não há atmosfera nem biosfera prejudicial. As colônias na Lua e em Marte serão capazes de usar os recursos locais, embora a Lua tenha quantidades insuficientes de hidrogênio , carbono e nitrogênio, mas bastante oxigênio , silício e metais. Os asteróides próximos à Terra contêm grandes quantidades de metais, oxigênio, hidrogênio e carbono, bem como algum nitrogênio, mas não o suficiente para evitar um suprimento da Terra. Mais adiante, os asteróides de Trojan parecem ter alto teor de gelo de água e outros materiais voláteis.
A energia solar , abundante e confiável na órbita terrestre, é comumente usada por satélites e pela Estação Espacial Internacional hoje. Não há noite no espaço, nem nuvens , nem qualquer atmosfera para bloquear a luz do sol . A energia solar disponível em watts por metro quadrado a qualquer distância d do Sol pode ser calculada pela fórmula E = 1366 / d 2 ; d sendo medido em unidade astronômica .
Grandes estruturas serão necessárias para converter a energia solar em eletricidade para os pioneiros. Na Terra, o consumo médio dos países desenvolvidos é de 2 a 6 quilowatts-hora por pessoa (ou 10 megawatts-hora por pessoa por ano), as necessidades no espaço serão, sem dúvida, muito maiores, dois painéis solares da estação espacial internacional podem já atendem às necessidades de trinta moradias terrestres médias. Entre 1978 e 1981, o Congresso dos Estados Unidos autorizou a NASA e o DOE a estudar o conceito. Eles estão organizando o Programa de Avaliação e Desenvolvimento de Satélites de Geração de Energia, que continua sendo o estudo mais abrangente já realizado sobre o assunto. Particularmente em gravidade zero , a luz do sol pode ser usada diretamente com fornos solares feitos de telas de arame ultraleves que podem gerar temperaturas de vários milhares de graus ou refletir a luz do sol nas plantações, praticamente sem custo. A energia poderia até ser um produto de exportação para colônias espaciais usando uma transmissão de energia sem fio por raios de microondas do orbital solar central para a Lua ou Terra.
A Lua tem noites de duas semanas, mas as áreas dos pólos lunares têm sol permanente. Marte está mais longe do Sol e às vezes sofre com tempestades de poeira que atenuam ligeiramente a intensidade de sua radiação. Porém, sua atmosfera filtra menos a radiação solar que a terrestre, o que permite esperar o aproveitamento da energia solar com uma eficiência da mesma ordem, além de uma maior regularidade de insolação.
A energia nuclear, portanto, permaneceria uma alternativa para a energia contínua nesses corpos celestes, mas nenhum minério de urânio ainda foi detectado, ela forneceria a matéria-prima da Terra conforme fornecida para as missões a Marte pela NASA. O desenvolvimento da fusão nuclear seria uma vantagem para as colônias, pois o hélio 3 está presente em muitos corpos do Sistema Solar, incluindo a Lua, em rególitos de superfície e gigantes gasosos . Uma das grandes dificuldades do uso da energia solar térmica ou nuclear em ambientes com pouca ou nenhuma atmosfera será dispersar o inevitável calor gerado pelo ciclo de Carnot . Isso exigiria grandes superfícies radiantes para dispersar o calor pela radiação infravermelha .
Em comparação com outras necessidades, a comunicação é fácil para a órbita terrestre ou lunar, com a maioria das comunicações atuais passando por satélite . No entanto, as comunicações com Marte e além sofrerão atrasos devido à propagação da luz e outros fenômenos de ondas . Para Marte , isso representa de 3 a 22 minutos, dependendo de sua proximidade com a Terra (para comunicação simples sem resposta) e mais tempo para colônias mais distantes. As comunicações com colônias localizadas ao redor de outras estrelas seriam de anos para as mais próximas.
Uma relação de sobrevivência entre organismos, seu habitat e um ambiente extraterrestre pode ser efetuada de três maneiras diferentes, ou por uma combinação delas:
Como as duas últimas soluções ainda estão no reino da ficção científica ou teoria, o sistema de suporte de vida é a solução imediata. Os colonos realmente precisarão de ar , água , comida , gravidade e temperatura adequada para sobreviver por longos períodos de tempo. Na Terra, a biosfera fornece tudo isso. Em instalações espaciais, um sistema de circuito fechado relativamente pequeno terá que reciclar todos os elementos necessários para a vida sem qualquer falha possível. A NASA e a ESA estão investigando as várias possibilidades de sistemas de suporte de vida que vão muito mais longe em termos de reciclagem de lixo do que o que está atualmente em uso na Estação Espacial Internacional.
O sistema de suporte de vida atual mais próximo é certamente o do submarino nuclear . Ele usa sistemas mecânicos para atender às necessidades humanas por meses sem vir à tona. No entanto, esses submarinos liberam dióxido de carbono, embora reciclem oxigênio . A reciclagem de CO 2 foi considerada na literatura usando a reação de Sabatier ou a reação de Bosch .
Para missões marcianas, a NASA fornece três sistemas de suporte de vida redundantes para evitar qualquer falha crítica . Dois são baseados em sistemas de purificação e transformação química, como os usados no ônibus espacial . O terceiro usa plantas cultivadas localmente para produzir água e oxigênio para os astronautas, mas a última tecnologia ainda não foi validada.
O projeto Biosfera II no Arizona mostrou que uma biosfera pequena, complexa, confinada e feita pelo homem poderia sustentar 8 pessoas por pelo menos um ano, embora houvesse muitos problemas. Depois de um ano, quando a missão deveria durar dois anos, o Biosfera II teve que ser reabastecido com oxigênio.
Além da Biosfera II, as estações de pesquisa em ambientes hostis, como a base Amundsen-Scott na Antártica ou a Flashline Mars Arctic Research Station na Ilha de Devon , também podem fornecer experiência na construção e operação de postos avançados em outros mundos. A Mars Desert Research Station , mantida pela Mars Society , é um habitat construído propositadamente no deserto de Utah . Para este último, se o terreno se assemelha ao de Marte , as temperaturas são muito mais altas e o clima circundante não é dos mais inóspitos da Terra.
A NASA identificou 45 riscos - em 16 disciplinas - associados à saúde, segurança e desempenho de uma tripulação durante uma missão espacial e, portanto, também afetam colonos no espaço ou em um planeta de baixa gravidade que requer habitat. Os principais riscos listados dizem respeito a:
Os efeitos prejudiciais para um organismo humano que vive sem gravidade por um longo período de tempo foram demonstrados graças às longas estadas nas estações orbitais Salyut , Mir e ISS de cosmonautas como Valeri Polyakov (14 meses consecutivos a bordo do Mir e 678 dias acumulados no espaço), Sergei Avdeyev (748 dias) ou Sergei Krikaliov (803 dias).
Enquanto o enjôo espacial causa efeitos de curto prazo, como desorientação ou distúrbios digestivos leves, a adaptação humana ao espaço e a ausência de gravidade durante estadias prolongadas são mais problemáticas. Em particular, ocorre uma perda de massa muscular, o aparecimento de osteoporose e uma diminuição da eficácia do sistema imunológico .
Numa situação de microgravidade ou imponderabilidade, o sistema músculo-esquelético deixa de estar sujeito aos constrangimentos que lhe são impostos pela gravidade terrestre, provocando a sua progressiva deterioração. Após um voo espacial, são observadas alterações no balanço de cálcio que se torna negativo como resultado de uma redução na absorção intestinal de cálcio e um aumento na excreção digestiva e urinária. Os efeitos sobre a densidade mineral óssea são muito variáveis, mas a osteoporose é mais importante nos ossos da parte inferior do corpo, que geralmente em carga, a pelve, as vértebras lombares e o colo do fêmur. O exercício físico por si só não parece suficiente para manter a massa óssea constante e as medidas farmacológicas estão sendo avaliadas.
Da mesma forma, os músculos esqueléticos , menos estressados, também são prejudicados com o aparecimento de atrofia muscular, declínio da força e potência máximas, levando a uma diminuição das capacidades funcionais e ao aumento da fatigabilidade dos músculos dos membros. Para limitar o dano muscular, parece que o método mais eficaz são os exercícios físicos de resistência de alta intensidade, realizados por curtos períodos de tempo, mas repetidamente ao longo do dia.
A solução ideal para colônias localizadas em habitats espaciais é o estabelecimento da gravidade artificial por meio de rotação ou aceleração. O efeito fisiológico , por outro lado, é desconhecido para os colonos localizados em mundos com gravidade inferior à da Terra como a Lua ou Marte e o problema não pode ser resolvido tão facilmente quanto para uma instalação localizada no espaço. Os meios para evitar qualquer problema de saúde seriam treinamentos intensivos ou o uso de centrífugas . Uma evolução fisiológica de astronautas submetidos à imponderabilidade a muito longo prazo, mesmo a vida inteira desde o nascimento ou ao longo de várias gerações, pode ser, segundo a ESA, uma atrofia das pernas que teriam perdido a mobilidade, mas dos braços que manteria uma musculatura comparável à de um humano ainda sujeito à atração da terra. Biólogos e neurofisiologistas da ESA apontaram que a sobrevivência a longo prazo em gravidade zero era menos problemática do que retornar à Terra depois de uma estadia muito longa.
Um dos riscos naturais mais perigosos para os astronautas é a exposição à radiação espacial, que é um dos maiores obstáculos à exploração humana do Sistema Solar. Essa radiação vem principalmente de partículas emitidas pela radiação solar , raios cósmicos e o cinturão de Van Allen ao redor da Terra. O efeito negativo da radiação na saúde dos astronautas será ainda mais importante à medida que longos voos espaciais se afastem da órbita baixa da Terra, oferecendo alguma proteção.
As partículas emitidas por essa radiação enviam energia suficiente para modificar as moléculas de DNA , que podem causar diversos danos dependendo da intensidade e da duração da exposição. Em doses baixas, não há perigo, pois as células mortas são substituídas naturalmente por novas células. Por outro lado, durante uma exposição particularmente longa ou intensa, as capacidades de reparo do DNA são excedidas e as células são danificadas ou mortas, levando a problemas de saúde de curto ou longo prazo.
A exposição à radiação espacial depende de fatores como altitude, grau de proteção do astronauta, duração de sua missão, duração e intensidade da exposição e tipo de radiação. A vulnerabilidade de um indivíduo à radiação depende de sua sensibilidade à radiação, sua idade, sexo e saúde geral; outras variáveis, como ausência de peso ou temperatura corporal, também podem estar envolvidas.
Algumas condições agudas, como alterações no sangue ou problemas digestivos (diarreia, náuseas, vômitos), podem ser leves e curar espontaneamente. Outros podem ser muito mais graves e causar a morte. A exposição à radiação geralmente não causa efeitos agudos, exceto quando exposta a grandes explosões solares que produzem níveis muito elevados de radiação e que podem ser fatais. O principal problema é a exposição crônica à radiação espacial, levando a efeitos de longo prazo, como catarata , infertilidade , câncer e até envelhecimento prematuro. Um efeito observado, mas ainda não estudado cientificamente, é que 80% dos filhos de astronautas, independentemente da nacionalidade, são meninas. Esse efeito já havia sido observado em pilotos de caça e estaria ligado a radiação ou microondas. Os filhos dos astronautas, porém, não tiveram problemas graves de saúde.
O estabelecimento de padrões para os limites de dose de radiação a que os astronautas podem ser expostos é objeto de estudo do comitê internacional que trata de questões médicas relativas aos astronautas na Estação Espacial Internacional , formado pelo Grupo Multilateral de Atividades Médicas e seu grupo. trabalho de radiação. Os padrões são estabelecidos de acordo com as recomendações da Comissão Internacional de Proteção Radiológica e do Conselho Nacional de Proteção e Medições contra Radiação . Se um astronauta ultrapassar o limite de dose estabelecido para a duração de sua carreira, os voos espaciais são proibidos. Os limites de exposição à radiação para intervalos de trinta dias e um ano têm como objetivo prevenir efeitos agudos, enquanto os limites para toda a carreira visam proteger contra efeitos de longo prazo.
As agências espaciais devem estudar os riscos envolvidos e desenvolver tecnologias de proteção adequadas.
As instalações devem ser cercadas por escudos para absorver a radiação. Isso pode ser feito na Lua, Marte ou asteróides usando regolito local ou construindo instalações subterrâneas. A blindagem de naves interplanetárias e estações orbitais representará mais problemas porque representa um peso adicional significativo e, portanto, custo, e deve ser eficiente e leve. Embora a proteção de alguns centímetros de espessura possa limitar a exposição a partículas de explosões solares, seriam necessários escudos de vários metros para interromper os raios cósmicos muito mais energéticos, uma solução que atualmente parece irreal. Existem conceitos mais exóticos, como a criação de uma espécie de magnetosfera em miniatura capaz de proteger os astronautas da radiação.
Para garantir uma dieta adaptada aos futuros colonos, essencial para as missões espaciais de longa duração, os especialistas devem primeiro estudar as modificações ambientais decorrentes dos voos espaciais e determinar as necessidades específicas influenciadas pelas inúmeras modificações fisiológicas observadas durante as estadas no espaço. Agora é evidente que o estado nutricional é alterado durante e após voos espaciais de longa duração. Na maioria dos astronautas, há ingestão de energia particularmente baixa, associada à ingestão insuficiente de vitaminas e minerais . Há também uma diminuição da hemoglobina , do MVV e dos glóbulos vermelhos, que pode ser devido a um distúrbio do metabolismo do ferro ligado à microgravidade. Suplementos nutricionais podem ser usados para limitar esses efeitos, mas são necessárias mais pesquisas. O fornecimento de macronutrientes pode ser garantido de forma satisfatória a bordo das embarcações, mas o fornecimento adequado de micronutrientes continua sendo um problema a ser resolvido. O problema se agravará nas mais distantes colônias espaciais da Terra e uma independência alimentar capaz de atender a todas as necessidades nutricionais de seus habitantes será certamente uma questão de sobrevivência em caso de problema de importação. Como os efeitos de longo prazo de gravidades fracas como a da Lua ou de Marte são desconhecidos, as necessidades nutricionais exatas dos humanos nesses mundos também são teóricas e só podem ser extrapoladas a partir de experimentos conduzidos na órbita da Terra.
A vida em uma colônia exigirá estresse e adaptação psicológica às novas condições de vida. A NASA acredita que a segurança da tripulação e o bom funcionamento de uma missão de longa duração podem ser seriamente ameaçados no caso de falha psicológica humana, como erros na execução de tarefas importantes, problemas de comunicação e dinâmica de voo . Grupo dentro da tripulação, crítico estresse psicológico após uma estadia em um espaço confinado ou distúrbios crônicos do sono . São numerosos os casos de tripulações que tiveram problemas para cooperar e trabalhar juntas ou com controladores de solo, seja em programas espaciais americanos ou russos. Problemas de relacionamento e má comunicação já resultaram em situações potencialmente perigosas, como os membros da tripulação se recusando a falar uns com os outros ou a se comunicar com o solo durante a execução de operações críticas.
Os fatores de risco são desajustes psicológicos, problemas com sono e ritmo circadiano , problemas com a interface homem / sistema, condições neuropsiquiátricas como a síndrome ansio-depressiva .
Essa falha no desempenho humano pode ser devido a um desajuste psicológico vis-à-vis o estresse inerente ao voo espacial. As causas desse estresse são os riscos potenciais associados à missão e à vida em um ambiente confinado e isolado. Esse estresse pode ser aumentado pela monotonia e tédio, especialmente a nível alimentar, por problemas de autonomia e dependência de outros, pela promiscuidade , pela separação com a família e amigos, pela duração da fuga, por incompatibilidades e tensões interpessoais, por mecanismos mecânicos falhas do navio, por má comunicação, por distúrbios do sono ou isolamento social.
A interrupção dos ciclos circadianos , degradação aguda e crônica da qualidade e quantidade do sono são um risco bem conhecido de voos espaciais que levam à fadiga, desempenho reduzido e aumento do estresse. Todos os estudos sobre o sono no espaço demonstraram que a duração média do sono é reduzida para 6 horas por dia, ou até menos ao realizar grandes intervenções ou em caso de emergência. A qualidade do sono dos astronautas no espaço também é afetada. Os medicamentos administrados com mais frequência são os hipnóticos . Esses problemas podem diminuir gravemente o desempenho cognitivo da tripulação, colocando em risco a sua segurança e o sucesso da missão.
As soluções a serem consideradas para limitar este risco são a implementação de critérios rigorosos de seleção da tripulação antes de uma missão. Uma vez em vôo, o monitoramento discreto dos níveis de estresse, estratégias de adaptação e enfrentamento, desempenho e sono com um protocolo preciso para o diagnóstico e tratamento das doenças psicológicas e comportamentais que possam surgir é fundamental para garantir um sono de qualidade, estabelecer uma distribuição e planejamento precisos de cargas de trabalho.
O tratado espacial já limita o uso do espaço e de corpos celestes para fins militares ou a apropriação dos recursos de um planeta. A Lua é, por exemplo, considerada res communis .
O espaço e os planetas estão sujeitos por este tratado ao direito internacional público (artigo II), enquanto os colonos estão sujeitos à lei da nação que possui o navio ou base onde residem (artigo VIII), como é o caso dos navios em águas internacionais . A lei espacial , regida pela Assembleia Geral das Nações Unidas , regula muitos aspectos do uso do espaço e dos recursos, como a resolução 47/68 sobre os Princípios sobre o uso de fontes de energia nuclear no espaço sideral, ou sobre a cooperação internacional no a exploração e uso do espaço exterior para o benefício e benefício de todos os Estados.
Em 17 de dezembro de 2020, a NASA e a ONU , por meio do UNOOSA , assinaram um memorando de entendimento voltado para o uso pacífico e colaborativo do espaço.
A reprodução de humanos no espaço ainda é um assunto tabu para as agências espaciais, mas também levanta muitas restrições físicas e biológicas e será essencial para a sobrevivência a longo prazo das colônias. A reprodução no espaço já foi experimentada muitas vezes em uma infinidade de espécies de insetos, peixes, anfíbios e mamíferos com sucesso, mas também com algumas falhas que revelaram que a gravidade é um fator importante na reprodução.
Por exemplo, experimentos mostraram que um período de gravidade 3 horas após a fertilização era necessário para garantir a simetria bilateral nas larvas de rã. Ovos de galinha não puderam ser fertilizados em órbita e experimentos em tritões, Pleurodèle de Waltl , realizados em 1996 e 1998 pelos astronautas Claudie Haigneré e Léopold Eyharts a bordo da estação Mir durante as missões franco-russas CASSIOPEE e depois PEGASE, mostraram o aparecimento de anormalidades durante fertilização e desenvolvimento embrionário. Em um experimento soviético, “5 ratos fêmeas e 2 machos permaneceram em órbita por 19 dias, sem dar à luz após seu retorno à Terra. Mas não é certo que copulassem ”, a microgravidade podendo impedir o acoplamento nas posições usuais aos animais.
Por outro lado, os peixes Oryzias latipes reproduziram-se com sucesso em 1994, com o nascimento de 8 alevinos apesar de algumas falhas devido à dificuldade dos animais em se posicionarem durante o acasalamento. Tendo sido produzida uma gravidade artificial "em uma centrífuga a bordo do ônibus espacial em setembro de 1992", a NASA conseguiu obter "o nascimento de 440 girinos perfeitamente formados".
A tentativa de conceber uma criança naturalmente foi tentada em 1982 a bordo da Salyut 7 por relação sexual entre a cosmonauta Svetlana Savitskaya e um dos outros dois ocupantes do sexo masculino da estação, mas nenhuma criança foi concebida. A própria possibilidade de realizar relações sexuais no espaço também foi estudada informalmente pela NASA, que sempre negou os fatos durante um vôo da nave de 1996, segundo um cientista da agência que revelou que o experimento teria sido um sucesso.
Em 2002 , o antropólogo John H. Moore estimou que uma população de 150 a 180 indivíduos permitiria a reprodução normal por 60 a 80 gerações, ou cerca de 2.000 anos.
Uma população muito menor, de duas mulheres, por exemplo, seria viável desde que embriões humanos trazidos da Terra estivessem disponíveis. O uso de um banco de esperma também permitiria uma população inicial mais baixa com endogamia insignificante. No entanto, podem surgir alguns problemas éticos .
Os pesquisadores em biologia tendem a adotar a regra “50/500” emitida por Franklin e Soulé . Esta regra diz que uma população base (N e ) de 50 indivíduos é necessária no curto prazo para evitar um nível inaceitável de endogamia, enquanto que a longo prazo uma população N e de 500 indivíduos é necessária para manter uma boa diversidade genética . A recomendação corresponde a uma endogamia de 1% por geração, que é metade do máximo tolerado pela contemporâneas para animais reprodutores . O valor tenta equilibrar a taxa de ganho de variação genética devido a mutações com a taxa de perda devido à deriva genética .
O tamanho efetivo da população N e depende do número de homens N m e mulheres N f na população de acordo com a fórmula:
A NASA estimou que uma colônia de menos de 100.000 não poderia ser independente e precisaria de apoio contínuo da Terra.
A autorreprodução é opcional, mas pode permitir um desenvolvimento muito mais rápido dos assentamentos, ao mesmo tempo que elimina o custo e a dependência em relação à Terra. Poderia até ser estipulado que o estabelecimento de tal colônia seria o primeiro ato de autorreprodução da vida terrena.
As fórmulas intermediárias incluem colônias que precisam apenas de informações da Terra (ciência, engenharia, entretenimento, etc.) ou colônias que precisam apenas de fontes de luz como circuitos integrados , drogas , energia, DNA ou ferramentas específicas.
A criação de embarcações de robôs auto-replicantes para acelerar o assentamento também foi discutida do ponto de vista teórico, reutilizando o construtor universal de John von Neumann no projeto Daedalus .
A localização das primeiras colônias espaciais no Sistema Solar é um ponto de controvérsia frequente entre os proponentes da colonização espacial. As localizações das colônias podem ser no solo ou no subsolo de um planeta , um satélite natural ou um asteróide, mas também em órbita ao redor da Terra , o Sol , outro objeto celeste ou localizado em um ponto de Lagrange . A atual estratégia de exploração e colonização é, para os Estados Unidos , o estabelecimento de uma base permanente na Lua para fazer experiências com novos sistemas e tecnologias astronáuticas, mas também para utilizar os recursos do satélite natural da Terra para facilitar a exploração de Marte por missões tripuladas, que seria um primeiro passo. A estação espacial internacional será usada para estudar os efeitos nocivos de longas estadas no espaço sobre os astronautas e para desenvolver medidas para combatê-los. A busca por planetas extrasolares habitáveis também se tornou uma meta oficial. Um dos objetivos declarados do governo dos Estados Unidos é buscar novos recursos em outros planetas para facilitar a exploração do Sistema Solar, mas também promover seus interesses científicos, de segurança e econômicos, enquanto promove a cooperação internacional. A União Europeia e a Rússia planeiam a mesma estratégia, ambas também favorecendo a cooperação internacional face aos enormes recursos necessários.
A estação espacial internacional, cuja construção teve início em 1998, permitiu uma presença humana permanente no espaço desde 2 de novembro de 2000, data da primeira expedição . Ele está localizado na órbita terrestre baixa a uma altitude de 350 km . A construção da estação será concluída em 2015 e será mantida em operação até pelo menos 2020. A estação, que tem uma tripulação de três pessoas, vai abrigar seis pessoas para utilizar ao máximo sua capacidade de pesquisa científica. A construção é realizada através da cooperação internacional entre 16 nações, incluindo Estados Unidos , Rússia , Japão , Canadá , os onze países europeus que compõem a ESA e o Brasil . Em junho de 2008, 163 indivíduos de 16 países haviam visitado a estação espacial, incluindo 107 da NASA, 27 da Agência Espacial Federal Russa , 12 da ESA e 5 turistas espaciais .
Um dos principais objetivos da estação é a pesquisa científica usando as condições específicas prevalecentes a bordo, incluindo biologia ( pesquisa médica e biotecnologia ), física ( mecânica dos fluidos , ciência dos materiais , mecânica quântica ), astronomia (incluindo cosmologia ), meteorologia e nanotecnologia . Além das pesquisas programadas, o cotidiano a bordo da estação possibilitou aprender muito sobre o cotidiano dos astronautas em tal ambiente. Por exemplo, a tripulação da estação usa o Tempo Universal Coordenado localizado equidistante entre seus dois centros de controle em Houston e Moscou , e cria noites artificiais cobrindo as janelas da estação, com o sol nascendo e se pondo 16 vezes por dia ou descansos ou experimentos em a parte mais silenciosa da estação não prevista para este fim, o veículo de transferência automático europeu Júlio-Verne .
A parte médica da pesquisa está amplamente preocupada com a adaptação humana ao espaço e o estudo dos efeitos da ausência prolongada de gravidade no corpo humano para futuras missões de longo prazo. O plano oficial da NASA é usar a Estação Espacial Internacional como suporte para suas próximas missões à Lua e Marte . Nicolai Sevastyanov, presidente da Energia Space Corporation , propõe usar a estação como uma plataforma de montagem para futuras embarcações lunares, mas também como uma doca de recepção de hélio 3 extraído na Lua como parte da cooperação internacional.
Cada voo do ônibus espacial custa US $ 1,3 bilhão, incluindo os custos de desenvolvimento, ou US $ 173 bilhões no total para todo o programa de 1981 a 2010 para 131 voos, incluindo 29 para a construção da estação espacial internacional para a qual a ESA estimou o custo em 100 bilhões de euros ou 157 bilhões de dólares.
Por causa de sua proximidade, a Lua é o lugar onde a colonização humana está mais próxima na escala de tempo. Ele também se beneficia de uma velocidade de liberação muito baixa que permite uma troca mais fácil de materiais com a Terra ou outras colônias espaciais, e até mesmo a instalação de um elevador espacial lunar por muito tempo . Se a Lua tiver quantidades insuficientes de hidrogênio , carbono e nitrogênio , terá muito oxigênio , silício e metais. Tal como acontece com Marte , a baixa gravidade lunar, representando um sexto da da Terra, representará problemas para o retorno à Terra ou para a saúde dos futuros colonos. Como a face visível é parcialmente protegida do vento solar pela Terra, presume-se que é nos mares do outro lado que as maiores concentrações de hélio 3 são encontradas na lua. Este isótopo é muito raro na Terra, mas tem grande potencial como combustível em reatores de fusão nuclear. Portanto, poderia ser uma nova ferramenta de propulsão.
A NASA seguiu o projeto lançado pelo presidente George W. Bush para um posto avançado lunar localizado em um dos pólos em 2024, com financiamento garantido até o momento, mas foi cancelado pelo presidente Barack Obama em fevereiro de 2010 em seu pedido de orçamento de 2011. O posto avançado teria alojado 4 astronautas que se revezariam durante um período de 6 meses e que teriam usado os recursos locais. A agência espacial queria "expandir a esfera econômica da Terra".
A Agência Espacial Europeia está planejando uma base permanente em 2025 com construção começando por volta de 2020. A Agência Espacial Federal Russa está planejando uma base na Lua logo após 2025 e a Agência de Exploração Aeroespacial do Japão , depois de anunciar uma base construída com ela. Assistência do robô para 2025 adiou a construção deste para 2030. Nicolai Sevastyanov, presidente da Energia Space Corporation planejou a instalação de uma base lunar russa em 2015 para extrair hélio 3 industrialmente em 2020, apesar do fato de que exigiria uma grande instalação de mineração ; em 2019, este projeto não teve qualquer start-up. A Academia Chinesa de Ciências, em um relatório de estratégia de desenvolvimento para os legisladores, sugeriu o estabelecimento de uma base na Lua até 2030. A China também tem planos para a exploração do hélio lunar 3.
marchaMarte é o alvo preferido, junto com a Lua, para futuros projetos de colonização e exploração por agências espaciais com missões humanas da década de 2020 pela NASA e projetos de base de Marte várias vezes estudados. A ideia de uma base em Marte foi desenvolvida pelo astronauta da Apollo e senador Harrison Schmitt e pela NASA já no final dos anos 1970, com uma data de estabelecimento agendada para antes dos anos 2000, o que momentaneamente interessou ao presidente Jimmy Carter . O projeto havia sido abandonado por motivos políticos e pela prioridade dada ao ônibus espacial , e então retomado e abandonado várias vezes nas décadas seguintes, mesmo abordando o projeto muito longo e teórico de uma terraformação de Marte . O programa da agência espacial atual não fala mais de uma base marciana, mas apenas de exploração humana, com o uso de recursos locais para apoiar a missão.
A superfície de Marte é igual à da superfície continental da Terra e contém grandes reservas de água em seus pólos e possivelmente em permafrost , ou mesmo mollis , o que facilitaria sua colonização para alguns cientistas agrupados na Mars Society . Marte contém dióxido de carbono em quantidade em sua atmosfera e muitos minerais, incluindo ferro . Marte é considerado pela Mars Society como o principal objetivo da colonização pela espécie humana, e a independência econômica necessária para a colonização pode, segundo eles, advir do fato de que seria um ponto de partida perfeito para a exploração . A atração de Marte também é científica, porque os pesquisadores acreditam que vida extraterrestre pode ter existido em algum ponto de sua história como suspeitado no meteorito marciano ALH 84001 e que ainda pode estar presente no planeta como na forma entre outros pontos pretos detectados perto dos pólos que aparecem a cada primavera, uma hipótese rejeitada por outros cientistas e a NASA.
No entanto, a muito fina atmosfera de Marte , as baixas temperaturas e a alta radiação irão impor sistemas de suporte de vida semelhantes aos do espaço, com a vantagem de poder usar recursos locais para desenvolvê-los. Além disso, os efeitos de longo prazo da baixa gravidade marciana, que representa um terço da gravidade da Terra, são desconhecidos e podem tornar impossível para os humanos nascidos em Marte ou que passaram muito tempo lá retornarem à Terra, como é o caso. na ausência de gravidade.
Em 2012 , o empresário e bilionário Elon Musk , fundador da SpaceX, pretende fundar uma colônia de 80.000 pessoas em Marte, com uma primeira base em 2040. Musk estima que essa colônia acabará “precisando de um milhão de pessoas” para ser autônoma.
Europa, Calisto e outras luas de JúpiterEuropa , Calisto e Ganimedes são as três maiores luas de Júpiter . Eles estão cobertos de gelo de água e são um alvo para missões tripuladas da NASA de longo prazo.
Calisto recebeu prioridade como base avançada em torno de Júpiter na década de 2045 por um estudo da NASA em 2003 por causa de sua baixa exposição à radiação de Júpiter. A base ocupada por humanos, mas também por robôs, tornaria possível explorar esta lua, produzir combustível para um retorno à Terra, mas também para missões a outros satélites de Júpiter, incluindo a Europa que talvez tenha, como Calisto, oceanos sob sua camada de gelo e talvez vida também.
A colonização da Europa foi estudada pelo projeto Artemis, uma associação privada criada para a colonização da Lua de forma economicamente viável. A colônia ficaria localizada a pelo menos seis metros abaixo da camada de gelo para suportar os intensos níveis de radiação. O projeto depende de avanços futuros em tecnologia para ter sucesso, mas foi recebido com ceticismo pela NASA.
Habitats espaciaisDe acordo com estudos teóricos realizados por Gerard K. O'Neill e NASA em 1975-1977, habitats espaciais localizados no espaço, chamados de colônias espaciais, colônias orbitais ou estações espaciais , poderiam um dia ser usados para acomodar humanos de forma permanente. Serão cidades reais ou mundos autônomos, de tamanhos variados, de vários milhares a vários milhões de indivíduos. Para O'Neill, esses habitats espaciais são o melhor método de colonizar o espaço, mais viável do que colonizar planetas. A principal desvantagem das colônias localizadas no espaço é a falta de matéria-prima que terá que ser importada de outros planetas ou asteróides, sua vantagem é a ausência de gravidade para custos de transporte muito mais baratos. Os habitats espaciais podem estar localizados na órbita da Terra ou em pontos de Lagrange próximos à Terra.
Em comparação com outros locais, a órbita da Terra tem muitas vantagens e uma desvantagem. As órbitas próximas à Terra podem ser alcançadas em questão de horas, enquanto leva dias para chegar à Lua e meses para chegar a Marte . A ausência de peso torna a construção de colônias relativamente mais fácil, como os astronautas demonstraram movendo satélites de várias toneladas com a mão. Finalmente, a pseudo-gravidade é controlada em qualquer nível dependendo da rotação da colônia. Portanto, as áreas de estar podem ser de 1 g . Ainda não sabemos qual é a gravidade mínima para se manter saudável, mas 1 g certamente permitirá um crescimento ótimo para os filhos dos colonos.
Outra localização possível são os cinco pontos do Lagrange Terra-Lua. Embora demore alguns dias para alcançá-los com os meios de propulsão atuais, eles se beneficiam do acesso contínuo à energia solar, com exceção de raros eclipses . Os 5 pontos de Lagrange Terra-Sol nem mesmo terão um eclipse, mas apenas L1 e L2 podem ser alcançados em algumas horas, os outros exigindo meses de viagem, mas alguns como L4 ou L5 seriam, no entanto, mais estáveis. No entanto, o fato dos pontos de Lagrange tenderem a acumular poeira e detritos como as nuvens Kordylewski e exigir medidas de estabilização, isso os tornaria menos favoráveis ao estabelecimento de assentamentos do que o inicialmente esperado.
O conceito de habitats espaciais gigantes nunca foi desenvolvido pela NASA e nunca foi além do estudo teórico, a necessidade de enviar um milhão de toneladas em órbita ao redor da Terra em 6 ou 10 anos sendo impossível sem um meio de transporte barato de 55 dólares por kg, conforme previsto pelo estudo do tempo com ônibus espacial desenvolvimentos do Saturno V foguete . No entanto, o estudo levou em consideração todos os parâmetros relevantes, incluindo precursores como o impacto sobre a camada de ozônio dos mais de 2.000 lançamentos necessários.
Mercúrio pode ser colonizado usando a mesma tecnologia ou equipamento da Lua com a vantagem adicional de uma gravidade igual à de Marte e um campo magnético um quinquagésimo da Terra, oferecendo uma primeira proteção, segundo o professor de planetologia e ex-diretor da o Laboratório de Propulsão a Jato Bruce C. Murray. As colônias estariam localizadas nos pólos para evitar as temperaturas extremas que reinam no resto do planeta com a vantagem adicional da presença de gelo de água. O interesse econômico de Mercúrio reside em concentrações de minerais muito maiores do que em todos os outros planetas do Sistema Solar.
VênusVênus possui um dos ambientes mais hostis do Sistema Solar, o que não o favorece como planeta a colonizar, mesmo a longo prazo, mas mesmo assim projetos têm sido mencionados por cientistas como instalações em sua alta atmosfera. Vênus ainda tem as vantagens de ser o planeta mais próximo da Terra e ter uma gravidade muito próxima à do nosso planeta.
Phobos e DeimosFobos e Deimos , satélites naturais de Marte , são provavelmente adequados para a produção de habitats espaciais ou para o estabelecimento de uma colônia. Fobos pode ter água na forma de gelo . Jim Plaxco, da National Space Society , uma organização que apóia a colonização do espaço, aponta que o baixo excesso de velocidade necessário para chegar à Terra levaria combustível e outros materiais para a zona Terra-Lua, mas também para o transporte ao redor do sistema marciano. Isso torna esses locais economicamente vantajosos, já que são facilmente acessíveis do restante do Sistema Solar e potencialmente possuem grandes recursos de energia. Leonard M. Weinstein, do Langley Research Center da NASA, propõe a instalação de um elevador espacial em Fobos para tornar mais econômico o comércio espacial entre o sistema Terra-Lua e o sistema Marte-Fobos.
AsteróidesA colonização de asteróides pode ser feita em asteróides próximos à Terra , bem como naqueles do cinturão principal . Os NEOs têm a vantagem de se aproximar da Terra regularmente, às vezes dentro da órbita lunar, o que significaria custos e tempos de transporte reduzidos. A órbita desses asteróides pode levá-los para muito longe da Terra, alguns a mais de 2,3 UA de distância.
A vantagem dos asteróides para a colonização é a sua abundante matéria-prima em ferro, níquel ou água e sua multiplicidade. Sua economia seria, portanto, baseada na mineração em Marte ou na Lua, cujo suprimento seria mais simples e menos caro por causa de sua baixa gravidade do que da Terra, uma vantagem que eles compartilham com o planeta anão Ceres . Os alvos potenciais não faltam, estima-se que 750.000 o número de asteróides com mais de 1 km de diâmetro no cinturão principal. A colonização supõe a construção de uma base sobre sua superfície ou mais provavelmente cavada dentro do asteróide, o que permitiria a construção de um habitat espacial de grande extensão.
(33342) 1998 WT24 é um bom exemplo de um asteróide próximo à Terra economicamente explorável pela natureza de sua órbita ou (433) Eros por sua composição rica em ferro.
CeresCeres , um planeta anão localizado no cinturão de asteróides , foi designado como uma base primária ideal para a mineração de asteróides . Rica em água na forma de gelo, a teoria de um oceano em seu manto possibilita a descoberta de vida alienígena e é uma importante matéria-prima potencial para futuros colonos. Sua localização estratégica e baixa gravidade tornam os suprimentos para Marte ou para a Lua mais simples e baratos, como é o caso de outros asteróides.
Gigantes gasososDe acordo com um estudo da NASA, as colônias localizadas perto de Saturno , Urano e Netuno terão à sua disposição hélio 3 para exportar porque está presente em abundância em gigantes gasosos e será muito procurado por futuros reatores de fusão, outras colônias e vasos. Júpiter está menos disposto a minerar devido à sua alta gravidade , alta taxa de liberação , fortes tempestades e radiação.
TitãTitã , a maior lua de Saturno , foi apontada pelo astronauta Robert Zubrin como um bom alvo para a colonização, por ser a única lua do Sistema Solar a ter uma atmosfera densa e ser rica em compostos de carbono.
Objetos transneptunianosA colonização de bilhões de objetos transnetunianos incluindo o planeta anão Plutão tem sido mencionada como um local de colonização, mas em muito longo prazo dadas as distâncias que exigem dez anos de viagem com as tecnologias atuais, embora novos projetos de propulsão de energia nuclear ainda em estágio teórico poderia permitir uma viagem de ida e volta em 4 anos.
Em 1994, Carl Sagan evoca a construção de habitats espaciais como a Esfera de Bernal, onde os colonos viveriam graças aos reatores de fusão por milhares de anos antes de se moverem em direção a outras estrelas. Freeman Dyson em 1999 favorece o Cinturão de Kuiper como o futuro lar da humanidade, prevendo que isso poderia acontecer em várias centenas de anos.
A colonização de todos os locais exploráveis no Sistema Solar levaria dezenas ou centenas de anos, e não há planeta tão hospitaleiro quanto a Terra. Existem centenas de bilhões de estrelas em nossa galáxia , a Via Láctea , com alvos potenciais para colonização espacial. Diante das distâncias esmagadoras entre as estrelas, o assunto começa a ir além do domínio da ciência para entrar no da previsão e da ficção científica . Mas mesmo nesse nível, o trabalho tem sido feito por cientistas para explorar as várias possibilidades, mas nada disso foi além do estágio teórico.
Desde o início da década de 1990 , muitos exoplanetas foram descobertos (4075 em 8 de junho de 2019), alguns sistemas planetários compreendendo de 4 a 5 planetas. A busca por um planeta terrestre como a Terra é o objetivo dos programas Terrestrial Planet Finder da NASA e do Darwin Space Project da ESA programados para a década de 2020. Determinar a habitabilidade de um planeta será de extrema importância. Alta importância antes de lançar expedições em um futuro distante. O catálogo HabCat , compilado para o programa SETI , lista 17.129 estrelas que podem abrigar planetas habitáveis (ou mesmo até 3 planetas como é o caso do sistema planetário TRAPPIST-1 ). O ideal é encontrar um planeta orbitando na zona habitável de um gêmeo solar .
Entre os melhores candidatos identificados até agora, está a estrela dupla Alpha Centauri , uma das mais próximas da Terra e que pode abrigar um sistema planetário estável. Alpha Centauri está no topo da lista de pesquisas do Terrestrial Planet Finder . Tau Ceti , localizado a cerca de 12 anos-luz da Terra, tem uma grande quantidade de cometas e asteróides orbitando que podem ser usados para construir habitats humanos.
A descoberta, o 24 de abril de 2007, de Gliese 581 c e Gliese 581 d , super-Terras localizadas na zona habitável de seu sol Gliese 581 , a 20,5 anos-luz do Sistema Solar, reforça as esperanças de encontrar um destino habitável e um dia acessível às tecnologias humanas.
Uma nave interestelar requer um sistema de propulsão que lhe permita adquirir uma velocidade muito maior do que a das naves interplanetárias existentes, se quisermos chegar à estrela alvo em um tempo razoável. Por exemplo, o objeto de fabricação humana mais distante da Terra e o mais rápido se afastando dela, a sonda Voyager 1 lançada em 1977 e tendo adquirido uma velocidade de 17,37 km / s , ou seja, 3,5 UA / ano , só atingiu os limites de o Sistema Solar e levaria mais de 72.000 anos para chegar à estrela mais próxima, Proxima Centauri .
O projeto Orion , criado na década de 1950 , é o primeiro estudo de design de um veículo espacial movido a propulsão nuclear pulsada . A ideia é proposta pelo matemático Stanislaw Ulam e o projeto é liderado por uma equipe de engenheiros que inclui algumas celebridades como os físicos Theodore Taylor ou Freeman Dyson . A velocidade de cruzeiro atingível por uma nave espacial de fusão Orion é de 8 a 10% da velocidade da luz (0,08 a 0,1 c). Um vaso de fissão pode atingir 3 a 5% da velocidade da luz. Em 0.1c, uma nave espacial de fusão Orion levaria 44 anos para alcançar Proxima Centauri , a estrela mais próxima. O projeto perde seu apoio político por causa de preocupações com a contaminação causada pela propulsão e é definitivamente abandonado após o tratado de proibição parcial de testes nucleares de 1963.
A primeira melhoria do conceito de Orion foi proposta em 1978 pela British Interplanetary Society . O projeto Daedalus é uma sonda interestelar automática projetada para a estrela de Barnard que alcançaria 12% da velocidade da luz graças a um sistema de propulsão baseado na fusão explosiva de pelotas de deutério ou trítio desencadeada por confinamento inercial . No entanto, este projeto não prevê sistemas de desaceleração e, portanto, apenas permite uma exploração expressa de um sistema planetário e menos ainda a colonização.
Em 1989, a Marinha dos Estados Unidos e a NASA aprimoraram ainda mais o Daedalus com o Projeto Longshot , uma sonda de 396 toneladas. A meta é alcançar 100 anos no sistema triplo Centauri alfa , o vizinho mais próximo do Sol (Remoto 4,36 ai ) e injectar orbitando Alpha Centauri B . O motor funcionaria durante todo o trânsito, acelerando (e depois desacelerando) constantemente o veículo.
A humanidade, portanto, ainda está longe de ser uma nave interestelar tripulada e ainda mais de uma nave colonizadora que deveria ter sistemas de suporte de vida para uma jornada que duraria pelo menos cinquenta anos para chegar às estrelas mais próximas. A hipótese mais provável é a construção de uma nave de geração ou de uma arca espacial como a imaginada por Robert Goddard que viajaria bem abaixo da velocidade da luz, com uma tripulação se renovando por várias gerações antes que a viagem decolasse. Isso poderia ser realizado por uma colônia do Sistema Solar que já seja autossuficiente no habitat espacial e dotada de meios de propulsão. A hipótese de um navio dormente no qual a maioria ou toda a tripulação passaria a viagem em uma forma de criônica (indevidamente chamada de animação suspensa ou hibernação) e, portanto, exigindo um sistema de suporte de vida menos importante, n 'não foi desenvolvida pelos cientistas porque ainda não é possível reviver um humano colocado na criônica.
Para o astrofísico Nicolas Prantzos , ainda que a colonização de outros sistemas planetários seja considerada impossível por alguns cientistas pelas dificuldades técnicas hoje insuperáveis, ela poderia surgir em dois ou três séculos pelo menos, três tipos de civilizações : uma colonizando a Terra- como planetas através da terraformação, outros asteróides e cometas colonizadores, um terceiro viajando pelas estrelas a bordo de naves mundiais.
Em 2001 , o site de notícias espaciais SPACE.com perguntou a Freeman Dyson , J. Richard Gott e Sid Goldstein por que os humanos deveriam viver no espaço. Suas respostas foram:
Já em 1798, o economista Thomas Malthus declarou em seu Ensaio sobre o princípio da população :
“Os germes da existência contidos neste ponto da Terra, com comida e espaço suficientes para se expandir, poderiam preencher milhões de mundos em alguns milhares de anos. "Na década de 1970, Gerard O'Neill sugeriu a construção de habitats espaciais que poderiam abrigar 30.000 vezes a capacidade da Terra para sustentar a população humana usando apenas o cinturão de asteróides, e que o Sistema Solar como um todo poderia acomodar. Taxas de crescimento populacional atuais por milhares de anos . O promotor da colonização do espaço Marshall Savage, assumindo a teoria malthusiana do crescimento exponencial da população humana , estimou em 1992 que uma população de 5 trilhões (5 × 10 18 ) de pessoas vivendo em todo o Sistema Solar era atingível por ano 3000, a maioria desta população vivendo no cinturão de asteróides. O professor de ciências planetárias da Universidade do Arizona John S. Lewis sugere que os enormes recursos do sistema solar poderiam dar ao luxo de abrigar a vida de 100 bilhar (10 17 ou 100 milhões de bilhões) de pessoas. Ele acredita que a noção de falta de recursos "é uma ilusão nascida da ignorância".
Para o antropólogo Ben Finney que, entre outros, participou do projeto SETI e o astrofísico Eric Jones, a migração da humanidade no espaço está em continuidade com sua história e sua natureza, que é uma adaptação tecnológica, social. E cultural para conquistar novos territórios e ambientes.
Preservação da espécie humanaLouis J. Halle, ex-membro do Departamento de Estado dos Estados Unidos , escreveu no Foreign Affairs que colonizar o espaço preservará a humanidade em caso de guerra nuclear . Da mesma forma, o jornalista e escritor William E. Burrows e o bioquímico Robert Shapiro estão propondo um projeto privado, a Aliança para o Resgate da Civilização, com o objetivo de estabelecer uma espécie de reserva alienígena para a civilização humana. Assim, o cientista Paul Davies apóia a ideia de que se uma catástrofe planetária ameaçasse a sobrevivência da espécie humana na Terra, uma colônia autossuficiente (um navio geracional ) poderia "retro-colonizar" a Terra e restaurar a civilização . O físico Stephen Hawking também aponta:
“Não acho que a raça humana sobreviverá nos próximos milhares de anos, a menos que nos expandamos para o espaço. Existem muitos acidentes que podem destruir a vida em um planeta. Mas estou otimista. Alcançaremos as estrelas. "Para ele, deixar a raça humana confinada a um único planeta os coloca à mercê de qualquer catástrofe, como a colisão de um asteróide ou uma guerra nuclear que possa levar à extinção em massa . A colonização do Sistema Solar seria apenas um primeiro passo antes da busca por outro planeta com condições tão favoráveis quanto a Terra em outro sistema planetário , em torno de outra estrela .
Da mesma forma, a colonização de outros sistemas solares permitiria escapar à destruição programada do nosso Sol , e a colonização de outras galáxias permitiria sobreviver em caso de colisão entre galáxias .
Nova fronteira contra a guerraOutra razão importante para justificar a colonização do espaço é o esforço contínuo para aumentar o conhecimento e as capacidades tecnológicas da humanidade que poderiam substituir com vantagem competições negativas como a guerra . A Mars Society declara, por exemplo:
“Você tem que ir para Marte, porque é um desafio formidável de superar. As civilizações precisam enfrentar esses desafios para se desenvolver. A guerra há muito desempenha esse papel. Devemos agora encontrar outras razões para a superação. "
Na verdade, o orçamento do espaço é muito inferior ao da defesa . Por exemplo, tomando o caso dos Estados Unidos em 2008, uma estimativa de US $ 845 bilhões em custos diretos foi feita com a guerra do Iraque . Em comparação, o Telescópio Espacial Hubble custou US $ 2 bilhões e o orçamento anual da NASA é de US $ 16 bilhões. A prioridade dada à guerra no Iraque é o mau uso do orçamento federal, de acordo com o colunista e fundador do USA Today , Allen Neuharth. A previsão do orçamento atual da NASA até 2020, que inclui a operação da ISS e o estabelecimento de uma base na Lua, não prevê um movimento acima da marca de US $ 25 bilhões por ano.
O presidente da Mars Society, Robert Zubrin, compara a importância histórica das decisões agora tomadas entre a guerra e a conquista de novos mundos àquelas tomadas na época por Isabel a Católica e Fernando de Aragão , que é lembrado por ter financiado Cristóvão Colombo ' expedição , não por sua política de poder.
Progresso e novas tecnologiasAs tecnologias espaciais resultantes da conquista do espaço já ajudaram a humanidade em geral: comunicação , meteorologia e satélites de observação da Terra , o GPS intervém no dia a dia dos terráqueos e muitas tecnologias são então utilizadas nos mais variados setores da indústria e do comércio como a aeronáutica , renováveis energias , plásticos , cerâmicas , etc. De acordo com WH Siegfried da Boeing Integrated Defense Systems, a colonização do espaço multiplicará esses efeitos benéficos para a economia, a tecnologia e a sociedade como um todo em uma escala ainda maior.
A colonização do espaço permitirá, segundo a NASA, construir e lançar habitats espaciais muito maiores, por exemplo com materiais enviados da Lua onde a atração gravitacional é seis vezes menor do que na Terra usando catapultas eletromagnéticas , ou de acordo com a Força Aérea dos EUA muito mais pesadas navios montados em docas espaciais. Estudos têm demonstrado que gigantes telescópios ou de rádio telescópios digitalizando todo o Universo poderia ser montado na Lua, permitindo muito melhores condições de observação do que na Terra.
Cooperação planetária e compreensãoVer a Terra como um único e minúsculo objeto em uma escala cósmica pode dar um profundo senso de unidade e humildade a seus habitantes, bem como uma compreensão da fragilidade da biosfera e da imaterialidade das fronteiras, como o astrônomo e escritor Carl Sagan ( que criou a Sociedade Planetária ) apontou em seu livro A Pale Blue Dot . Em mais de 40 anos de prática, a colaboração internacional no espaço mostrou seu valor como um esforço unificador.
Em 2005, o diretor da NASA Michael Griffin aderiu à opinião expressa por Werner von Braun durante os dias do programa Apollo e identificou a colonização do espaço como o objetivo dos programas espaciais atuais, dizendo:
"... O objetivo não é apenas a exploração científica ... É também expandir o habitat humano fora da Terra à medida que avançamos no tempo ... No longo prazo, uma espécie localizada em um único planeta não será capaz de sobreviver ... Se nós, humanos, quisermos sobreviver por centenas, milhares ou milhões de anos, temos que povoar outros planetas. Hoje, a tecnologia é tal que dificilmente se pode imaginar. Estamos apenas na infância ... quero dizer que um dia, e não sei qual, haverá mais humanos vivendo fora da Terra do que em sua superfície. Podemos muito bem ter pessoas vivendo nas luas de Júpiter ou em outros planetas. Podemos ter pessoas construindo habitats em asteróides ... Eu sei que humanos colonizarão o Sistema Solar e um dia irão além. "
O doutor Keith Cowan, ex-cientista especializado em NASA, acredita que a colonização do espaço é muito cara e será uma perda de tempo, dinheiro público e também privado usado para financiar programas com custos colossais. A Estação Espacial Internacional, por exemplo, custou mais de US $ 100 bilhões sem resultados imediatos e com um orçamento que poderia ter sido usado para melhorar as condições de vida na Terra ou outros programas espaciais. O ex-astronauta americano, senador Bill Nelson, acredita que o aumento de 5% no orçamento anual da NASA não será suficiente para garantir o programa Visão para Exploração Espacial do presidente Bush, apesar de os EUA gastarem mais nele do que todos os outros países do mundo juntos. 55% da opinião pública americana, de acordo com uma pesquisa de 2004, prefere que o orçamento do estado seja gasto em educação ou saúde, em vez deste novo programa.
Para André Lebeau, ex-diretor do CNES e diretor dos programas da ESA, as atividades comerciais ligadas à colonização do espaço permanecem limitadas, concentradas em nichos bastante frágeis. Além disso, as tecnologias necessárias são extremamente complexas, até especulativas, e não há garantia de que funcionariam de maneira satisfatória e lucrativa. Ele também destaca que muitos lugares habitáveis na Terra não são usados (três quartos da superfície terrestre está quase desabitada, sem esquecer o vasto ambiente subaquático e subterrâneo), que muitos recursos permanecem inexplorados ( combustíveis fósseis , urânio , minérios ... e outros recursos subterrâneos em profundidades ainda inexploradas ou em um clima hostil; potencial solar de desertos (áridos e gelados) e potencial eólico de espaços marítimos e montanhosos; hidrogênio abundante, mas mal controlado ...) e que o faria a priori ser muito mais fácil do que colonizar o espaço.
Para outros, os avanços tecnológicos ligados à conquista do espaço parecem ser apenas tecnologias que beneficiam apenas os países mais desenvolvidos e os interesses econômicos mais influentes. Para o Prêmio Nobel de Física Richard Feynman , a conquista do espaço não trouxe nenhum grande progresso científico.
A presença robótica é mais lucrativa do que a presença humanaOs avanços na robótica e na inteligência artificial tornam para o físico Lawrence M. Krauss a presença humana no espaço completamente desnecessária, pelo menos em um futuro próximo. Na verdade, desde a última viagem da Apollo à Lua ( Apollo 17 , 1972 ), toda a exploração espacial além da órbita da Terra tem sido realizada por sondas não tripuladas com uma dose crescente de autonomia. A criação de colônias humanas apenas retiraria o financiamento de projetos científicos automatizados mais lucrativos. Em entrevista à revista La Recherche , Jacques Blamont, que foi um dos criadores da ESA , chega a dizer que “o programa científico [da ESA] é saudável, o homem no espaço não tem futuro” . Jacques Blamont acrescenta que: “a exploração do Sistema Solar deve continuar com veículos automáticos. “ Essa também é a opinião do professor Alex Roland, especialista em história da NASA.
Portanto, é mais provável que, se algum dia os recursos extraterrestres do Sistema Solar forem explorados, será principalmente por meio de máquinas pré-programadas e controladas remotamente, possivelmente supervisionadas por pequenas equipes humanas. Levando em consideração a extensão do potencial da Terra ainda inexplorado até hoje, é improvável que a colonização séria do espaço com vistas ao assentamento ultrapasse a órbita baixa da Terra por muito tempo.
Risco de contaminaçãoSupondo que exista vida extraterrestre, aumenta o risco de contaminação e ecocídio de outro planeta pela instalação de habitat humano. No caso do planeta Marte , Robert Zubrin considera que, mesmo que a vida que poderia ser descoberta em Marte na forma de bactérias seja completamente diferente, o fato de renunciar à colonização ou terraformar para protegê-la seria uma afirmação estética, mas não ética. que deve se limitar ao que é bom para a espécie humana. Para ele, encontrar vida em Marte mostraria que o surgimento de vida é um evento comum no universo e, portanto, que essa vida seria apenas de interesse científico. Uma "retrocontaminação" da Terra por bactérias extraterrestres também é possível.
Supondo que a vida se desenvolveu em outras partes do universo e que civilizações extraterrestres existem e atingiram um nível tecnológico suficiente, eles poderiam ter se engajado na colonização de outros sistemas estelares. O paradoxo de Fermi , lançado pelo físico de mesmo nome, baseia-se no fato de que se tais civilizações existissem e tivessem colonizado a galáxia, a humanidade teria detectado seus vestígios por ondas de rádio, ou então esses extraterrestres já teriam visitado a Terra. O modelo de colonização galáctica de coral desenvolvido por Jeffrey O. Bennett e G. Seth Shostak descreve a possível distribuição de civilizações que colonizaram sistemas estelares na galáxia. O astrônomo Claudio Maccone calculou com ele que levaria um período de dois milhões de anos para a humanidade se espalhar pela galáxia, a uma taxa de viagem mostrando 1% da velocidade da luz , e dado um tempo de colonização de planetas habitáveis de 1000 anos. Considerando a idade do universo, Maccone acredita que o paradoxo de Fermi está, portanto, resolvido.
Muitas hipóteses foram levantadas para resolver este paradoxo, desde a hipótese da Terra Rara , que postula que a vida só existe na Terra, até a hipótese do zoológico para a qual civilizações alienígenas da Via Láctea já amplamente colonizadas observariam a Terra e a humanidade à distância, sem tentar interagir, como os pesquisadores observam animais primitivos à distância, evitando o contato para não perturbá-los.
Se a colonização do espaço é um tema clássico da ficção científica, uma história do conceito da NASA e de Robert Salkeld destaca o papel dos precursores da ficção científica ao lado dos fundadores da astronáutica, onde, por exemplo, Júlio Verne encontra-se com Constantin Tsiolkovski .
Na verdade, a colonização como um tema ficcional e a colonização como um projeto de pesquisa não são independentes. A pesquisa alimenta a ficção e a ficção às vezes inspira a pesquisa. O projecto ITSF ( Science Fiction Technological Innovations for Space Applications ), apoiado pela ESA, é um exemplo desta fertilização cruzada.
O autor de ficção científica Norman Spinrad destaca o papel da ficção científica como potência visionária que levou à conquista do espaço , expressão que o traiu por suas tendências imperialismo e colonização do espaço. Mostra também que o cientista político e escritor de ficção científica Jerry Pournelle querendo reviver a conquista do espaço para esse fim no início dos anos 1980, na verdade lança a proposta de Iniciativa de Defesa Estratégica do governo Reagan , o que para ele é um fracasso, porque em vez de o programa militar relançar o programa espacial, acontece o contrário, os US $ 40 bilhões em custo do programa são na verdade retirados da construção de uma base na lua.
Um dos grandes nomes da ficção científica, Arthur C. Clarke , um defensor ferrenho das ideias de Marshall Savage, anunciou em um artigo de previsão em 2001, a data aparecendo em um de seus títulos mais famosos , que ele. Em 2057 haveria humanos em a Lua, Marte , Europa, Ganimedes, Titã e em órbita ao redor de Vênus, Netuno e Plutão.
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