אם המין האנושי ירצה לשרוד בטווח הארוך, נצטרך כנראה ליישב כוכבי לכת אחרים. בין אם הדבר יקרה כתוצאה מכך שאנו הופכים את כדור הארץ ראוי פחות למגורים או שכדור הארץ יגיע לסופו הטבעי ביכולתו לתמוך בחיים, יום אחד נצטרך לחפש בית חדש
אם המין האנושי ירצה לשרוד בטווח הארוך, נצטרך כנראה ליישב כוכבי לכת אחרים. בין אם הדבר יקרה כתוצאה מכך שאנו הופכים את כדור הארץ ראוי פחות למגורים או שכדור הארץ יגיע לסופו הטבעי ביכולתו לתמוך בחיים, יום אחד נצטרך לחפש בית חדש.
סרטים הוליוודיים כגון המאדימאי (להציל את מארק ווטני) או "בין כוכבים" מספקים לנו הצצה על מה שעשוי לחכות לנו. מאדים הוא ללא ספק יעד מועדף למגורים במערכת השמש שלנו, אבל יש אלפי כוכבי לכת המקיפים כוכבים אחרים שיכולים לשמש תחליף כדור הארץ שלנו. אז מהן הטכנולוגיות הדרושות כדי להפוך את המשימה הזו לאפשרית?
יש לנו כבר מושבה אחת בחלל - תחנת החלל הבין-לאומית, אבל היא נמצאת במרחק 350 קילומטרים מכדור הארץ ומסתמכת על אספקה שוטפת של משאבים עבור צוות של שישה אנשים. מרבית הטכנולוגיה שפותחה עבור תחנת החלל הבין-לאומית כגון מיגון קרינה, מחזור מים ומחזור האוויר, קליטת אנרגיית השמש ועוד, בהחלט ניתנים להעברה למושבות חלל אחרות בעתיד עם זאת, מושבה על פני השטח של כוכב לכת או הירח תוסיף סדרה חדשה של אתגרים.
בית גידול טבעי
הדרישה הראשונה למגורי אנוש בכוכב לכת אחר היא הקמת בית גידול בסביבה מבודדת המסוגל לשמור על לחץ אוויר, הרכב האוויר (כמות החמצן), וטמפרטורה, ולהגן על התושבים מפני קרינה. לפיכך נדרש להקים מבנה גדול וכבד יחסית.
העלאת עצמים גדולים וכבדים לחלל היא עבודה יקרה וקשה. מאז משימת אפולו, שהיתה מורכבת בעצמה ממספר מודולים שהיה צריך להפריד בחלל, נשלחו חלקים של תחנות החלל שהורכבו על ידי אסטרונאוטים.
בהתחשב בהתקדמות המרשימה שאנו רואים במיחשוב מערכות בשליטה אוטונומית, ייתכן שבית הגידול יוכל להרכיב את עצמו מהחלקים בלי מעורבות אנושית. היום אפילו תמרוני עגינה בתחנה מבוצעים באופן אוטומטי לחלוטין.
החלופה תהיה הבאת "ארגז כלים" מינימאלי מכדור הארץ וייצור בית הגידול באמצעות משאבים מקומיים. באופן ספציפי, מדפסות תלת ממד יוכלו לשמש כדי להפוך מינרלים מהאדמה המקומית למבנים פיזיים. למעשה כבר התחלנו לבחון את הנושא. חברה פרטית בשם Planetary Resources הצליחה לבצע הדפסת תלת ממד באמצעות חומר גלם משבר אסטרואיד המכיל מתכת עשירה שנמצא באתר התפוצצות מטאוריט בכדור הארץ. נאס"א התקינה מדפסת תלת ממד בתחנת החלל הבין-לאומית כדי להוכיח כי אפשר להשתמש במדפסות כאלה באפס כבידה. הכוונה היא לייצר בעתיד חלקי חילוף לתחנת החלל בתחנה עצמה.
חבל הצלה נוזלי
לאחר הקמת בית הגידול בנוי, תזדקק המושבה לאספקה רציפה של מים, חמצן, אנרגיה ומזון כדי לקיים את תושביה, בהנחה שהמושבה לא נבנתה על כוכב דמוי כדור הארץ עם משאבים כאלה בשפע. מים הם יסוד לכל חיים כפי שאנו מכירים אותה אבל יכולים לשמש גם כדי להפוך כדלק וכמיגון מפני קרינה.
יישוב ראשוני יצטרך לשאת כמות מסוימת של מים ולמחזר כל פסולת נוזלית. הדבר נעשה כבר בתחנת החלל הבין-לאומית שבה אף טיפת נוזל (כביסה, זיעה, דמעות, או אפילו שתן) איננה מבוזבזת. אבל מושבה על קרקע של גוף מוצק גם תנסה לחלץ מים מתוך מאגרי מים או קרח תת-קרקעיים כפי שיש באסטרואידים מסוימים.
מים גם מהווים מקור לחמצן. בתחנת החלל מיוצר החמצן באמצעות תהליך האלקטרוליזה בו מופרדים המימן והחמצן במים. נאס"א גם עובדת על פיתוח טכניקות לחידוש החמצן מחומרי לוואי אטמוספריים, כגון פחמן דו חמצני שאנו נושפים תוך כדי נשימה.
חקלאות ואנרגיה
הפקת אנרגיה היא כנראה הפן הטכנולוגי בהקמת מושבה שאנחנו מוכנים אליו הטוב ביותר הודות לפאנלים הסולאריים הפוטו-וולטאיים. אבל בהתאם למיקום כוכב הלכת שבו נמצאת המושבה, ייתכן שנצטרך לשפר את הטכנולוגיה הזו משמעותית. ממרחק כדור הארץ מהשמש, אנו יכולים לקבל עד 470 וואט חשמל מכל מטר רבוע של תאים סולריים. ערך זה נמוך על פני השטח של מאדים המרוחק ב-50% יותר מהשמש בהשוואה לכדור הארץ ויש לו אטמוספירה שמסתירה את השמש באופן חלקי.
למעשה, אטמוספירת מאדים גורמת לסופות חול תקופתיות הידועות לשמצה משום שהחול מגביל את כמות האור הנקלטת על הלוחות ומכסה אותם. אבל כבר התחלנו להתמודד עם בעיות אלה בתכנון משימות רכבי השטח על מאדים. לדוגמה משימת ספיריט ואופרטוניטי אמורה היתה להימשך תשעים יום אבל ספיריט שרד שש שנים ואופורטיוניטי עדיין פועל על הקרקע במשך למעלה מ-12 שנים. מסתבר שהרוחות הנושבות במאדים מנקות מעת לעת את האבק מן הלוחות.
מושבה צריכה כמובן מזון. ללא משכפל בסגנון מסע בין כוכבים, החקלאות תהיה חיונית לייצור מזון. הגידולים יכולים גם לשמש להמרת פחמן דו-חמצני באוויר בחזרה לחמצן לנשימה. גידול צמחים על פני כדור הארץ הוא יחסית קל, כי הם הסתגלו לסביבה במשך אלפי שנים, אבל גידול פירות וירקות בחלל או כוכב לכת אחר אינו דבר כל כך פשוט.
טמפרטורה, לחץ, לחות, רמות הפחמן הדו-חמצני, הרכב הקרקע וכוח הכבידה - כל אלה משפיעים על הישרדות ועל צמיחה של צמחים, כמובן מידת ההשפעה שונה על מינים שונים. כעת נערכים במקביל מחקרים וניסויים לגידול צמחים בסביבה מבוקרת המחקה את הסביבה של מושבה בחלל. פתרון אפשרי אחד שכבר הוכח על פני כדור הארץ הראה כי אפשר לגדל בתנאי חלל צנוניות, חסה ובצל ירוק באמצעות חקלאות הידרופונית, שבה הצמחים גדלים בתוך נוזל המועשר במזון ללא אדמה.
שינוי אקלים
הדרישה הסופית במושבה בחלל תהיה שמירה על האקלים הראוי למגורים. הרכב האטמוספרה ואקלים של גופים שמימיים אחרים שונים מאוד מאלו של כדור הארץ: אין אטמוספירה על הירח או על אסטרואידים, והאטמוספירה של מאדים מורכבת בעיקר מפחמן דו חמצני. טמפרטורת פני השטח נעה מעשרים מעלות צלזיוס בקיץ ועד מינוס 153 מעלות במהלך החורף בקטבי מאדים. ואולם לחץ האוויר מגיע לכ-0.6% מזה של כדור הארץ. בתנאים קיצוניים אלה המתיישבים יוגבלו לחיים בתוך בתי הגידול המבודדים וכל טיול בחוץ יהיה אפשר רק באמצעות חליפות חלל.
בטווח הארוך, הרעיון הרווח הוא לשנות את אקלים כוכב הלכת בקנה מידה גדול – בתהליך המכונה הארצה, באופן דומה לפתרונות גיאו-הנדסה להילחם בשינויי האקלים בכדור הארץ. הדבר ידרוש מאמץ עצום אבל בטכניקות דומות ניתן יהיה ליישם את הטכנולוגיות לכוכבי לכת אחרים כגון מאדים.
דרך אפשרית נוספת היא ביו-הנדסה – המרת פחמן דו חמצני באטמוספירה לחמצן באמצעות חיידקים או החשכת כיפות הקטבים של מאדים כדי להפחית את כמות אור השמש שהם מקרינים בחזרה לחלל ובכך להעלות את טמפרטורת פני השטח. לחילופין, ניתן יהיה להציב מערך גדול של מראות שישקף את השמש על איזורים ספציפיים כדוגמת הקטבים כדי לגרום לעלייה מקומית בטמפרטורה. מעריכים שעליית טמפרטורה באמצעות הטכנולוגיות שהוצעו בפסקה, גם אם היא קטנה, – תוכל לגרור לעלייה בלחץ האוויר ולאפשר הארצה של מאדים