宇宙殖民地定義
現在的模式一般是在1969年美國普林斯頓大學教授Gerard K.O'Neil所提出方案定型，計畫因種種原因未具體實現，但在許多科幻作品如機動戰士高達、逾時空要塞、星界的紋章、拉瑞·尼文的已知空間（如環形世界）系列中已被引用。
概要
構想中早期的 宇宙殖民地被設定於地球與月球軌道之間，萬有引力互相平衡的區域，即法國天文學家拉格朗日所計算的拉格朗日點。在殖民地內部重現地球的自然環境，並藉由自轉的離心力來模擬重力的作用。
自然環境
構想中的 宇宙殖民地中可以模擬地球中的大氣，先進的類型有平原、高山、河川、河流、海洋等，造成自然的水循環，而且會種植植物，以吸收二氧化碳及提供氧氣，還會飼養各種的動物，造成食物鏈，為人類提供食物和水等必需品。所有的東西都能自我循環，使人們能在模擬地球環境下生活。
能源來源
宇宙殖民地主要的能源來自太陽能，由於太空環境中不受地球大氣影響，可直接吸收太陽能，因此利用太陽能已能提供足夠的能源。
如果在遠離太陽的軌道上，可以改用核能或反物質。
構想起源和目的
宇宙殖民地的構想起源自十九世紀科學界，在人類實現了宗教和神話中種種不可思議的事物後，開始對聖經中的諾亞方舟或神學寓言中天空之城，冀望在字面上實踐，也有希望作為逃避未來發生的世界性大災難和戰爭的場所，提出了人以活著的肉體逃離塵世的念頭。
但實際上只有極少數人有興趣實踐，因為世俗主義的盛行和對大自然的熱愛，而厭惡把人類為了靈性擠身於較小的人造場所過著紀律的生活，而希望在地球上解決問題，或至少在其他行星上開拓。
到冷戰時期，當時曾經被視為解決地球人口爆炸以及自然資源枯竭等問題的解法之一，但隨著冷戰結束，各國對航天開發的投資減少，以及先進國家出生率降低等變化，直到目前為止仍未具體實現。
各種設計方案
雖然太空居民點並未實現，但有很多方案其實已經很成熟，理論上當代可以建造，主要是財力和配套的前哨性設施並未完成，但另一些完全是科幻的產物。
當代科技的設計
在宇宙殖民地 (高達世界)中的多是這類，最大的是“島三型”即 桶型的居民點，是名符其實的“宇宙大都會”，主要在U.C.出現。
其他還有較小的可稱為“太空鄉鎮” 環型的“島二型”，如2001太空漫遊的太空基地，也成了舊版微軟Windows的默認桌布的太空背景。更小有的 球形“島一型”，可算是現代太空站的延長。
科幻故事的設計
宇宙都市船或 宇宙方舟:本身兼具星艦機能，適合於長途航行的宇宙殖民地，首創於法國作家 貝爾納（Bernal）的小說《人`魔鬼和世界》中太空船。近作有日本卡通Macross 7中的同名飛船，同國小說和星界的紋章的亞維皇都阿布利雷號，英國作家亞瑟·查理斯·克拉克的與拉瑪相會系列中的外星人飛船都市 拉瑪。 人造行星:極大的宇宙殖民地，可以完全模擬地球環境，以這個為主題的有田中芳樹的《灼熱龍騎兵》的各個 新行星。 宇宙要塞:有很堅固防衛的軍事性宇宙殖民地，一般以星際大戰的死星為代表。 戴森球和環形世界:這是比以上的其他方案更神奇的設計，是美國科學家戴森，構想出一群包圍太陽的居民點，把吸收到的陽光都可以利用，人們以其命名為“戴森球”，後來同國的科幻小說環形世界中，外星人把其連合成一個環狀結構包圍其恆星，有比恆星體積還大人工的小宇宙規模了的居住空間。還有個別科學家提出極先進的外星人，可以 把星系核心的巨型黑洞包圍來建造“超級戴森球”，吸取其驚人的放射線為能源，可算是究極的太空居民點。
計畫優缺點
作為太空移民的方案，常和另一方案即把行星地球化比較，在短期內也有和開發海洋和極地等比較。
優點
作為太空移民的方案，一般認為太空殖民地有很多優點。
比把行星地球化容易，也沒有其倫理和政治問題。
可以有較多軌道和位置選擇，也可以隨建造者的需要而設計外觀和內部，如果採用核能或反物質做能源甚至可以不需要陽光，可以作為星艦（恆星際太空船）或建立在太陽系外圍軌道。
不受制於天然星體的大小和重力，即使很小也可以做成和地球相似的重力和氣壓。 相對於一般像地球的行星，本身對外的天然重力較低，可以很易離開也沒有大氣阻隔而很易進入。
因為是空心的意味可以用少數的小行星材料，就足夠建造超過現代地球表面積的居住區。
不需要像開發海洋和極地會破壞地球生態。
缺點
宇宙殖民地計畫中也有不少的缺點:
效益不大，只勝於直接把其他行星地球化，但未必勝過開發地球海洋或極地，現實中解決居住地不足，只需要填海建立人工島就夠短期需要了。 科技水平要求高，現時沒有大推力運載火箭去運輸這設施的組件，而且即使每日運輸一件組件也最小要多年的時間和粍費成億上兆美元。所以需要先行在月球和小行星上建立前哨基地，又要在地球軌道上建立製造組件的太空工廠和轉運港，甚至需要天梯和登天塔之類可以不藉火箭直接到太空的建築物，這些建設本身也像太空城市一般是長期有人。意味要受嚴格訓練和資歷太空人，充當普通勞工為了富裕的未來太空移民，做危險和艱苦的工作，況且現太空站仍然未能適合長期工作。 而且就算一個宇宙殖民地可容納2000萬人口，對於世界人口每年以一億的速度成長的現狀，就要每年增加5個殖民地。其建設所需的礦物等資源只可能從月球以及近地小行星開採，建設與移民所需的經費等問題以目前的技術水平來觀察，也不足以支持宇宙殖民地成為有效率的人口問題解決方案，最多只能作為未來富裕人士興建的理想化新居，或作為太空探索科研和太空產業的基地。 主要傾向於推廣太空城市的概念，多是出於就習慣於較小空間的社會的科幻作家，如日本和英法等，且居民出入都需要經過氣閘引起交通管制上的不便。對於喜歡寬敞空間感的人，更易接受把行星地球化的方案，而興建有匹敵行星寬敞空間的人造行星（極大的太空居民點），所需要的技術和財力資源等，相信比把行星地球化
還高。 小型的簡單居民點的空氣循環和防漏氣的能力都成疑問，可能需要經常分解小天體的礦石或冰來補充。
| 航天主題 | ||
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| 發射方式 | 一次性和可重複發射系統 ·宇宙速度·直接起飛·非火箭發射·航天發射中心·發射台 | |
| 航天機構 | 歐洲空間局·印度空間研究組織·日本宇宙航空研究開發機構·美國國家航空航天局·俄羅斯聯邦航天局·中國國家航天局·中華民國國家太空中心 | |
| 其它 | 個人太空旅行·空間氣象·拉格朗日點·宇宙與生存 | |
NASA令人著迷的太空殖民夢想
斯坦福圓環：相對而言，斯坦福圓環是科學家們提出的所有太空殖民概念中最可行的。這個長達一英里的圓環中可生活1萬人。這個圓環的內環中將在頂部安裝鏡子，以此將陽光反射到外層的居民區。通過不斷的旋轉，它也能夠為居住在其中的人們提供人造重力。但是由於美國國會削減預算，斯坦福圓環最終無法變成現實。
伯納爾球體：伯納爾球體是美國宇航局在1975年提出的第二個殖民地計畫。它的設計理念類似於斯坦福圓環，但是它是圓柱形而非環形。它也採用了一系列可調節的鏡子為大約1萬位居民提供陽光。1977年樂觀派人士就預測，到20世紀90年代它或許就能完成，到時候預計每兩年就能製造一個新的伯納爾球體。毋庸置疑的是，項目資金的短缺導致這一太空夢想最終流產。
奧尼爾圓柱體：普林斯頓物理學家Gerard K. O’Neill也是美國宇航局太空殖民項目背景下的夢想家，他提出了一種奧尼爾圓柱設計。這種20英里寬的圓柱形構造將在地球軌道中容納一百萬人。20世紀70年代美國宇航局科學家們將它稱為3號島，意思就是說它將成為21世紀的第三代太空殖民地。在美國宇航局的預想中，人們將世世代代居住在殖民地中，而且甚至能夠選擇他們所喜愛的氣候。
火星殖民地：除了設計可行的太空殖民地之外，20世紀70年代的美國宇航局還致力於探索星際旅行。在1969年完成登月任務之後，他們就把目標定為了火星。雖然在20年代美國國會把所有的計畫都縮減了5億美元資金用於國防開支，但是美國宇航局仍然成功的將無人探測器送入太空，並且飛經金星、木星和水星。現在美國宇航局已經重新開始了載人火星飛行計畫，並計畫在本世紀30年代登入火星。
探索火星
美國宇航局日前再次放出公布“重磅訊息”預報：將於美國東部時間9月28日上午11點30分宣布有關火星探索的重要科學發現，解開火星部分之謎。40多年來，火星一直是美國太空探測的重點目標之一。在不斷向火星發射探測器的同時，美國也在研究人類“遠征”火星的可能性。此次美國宇航局公布重要發現，是否意味著人類“殖民”火星的時代已經到來？
從上世紀60年代開始探索火星，到此次獲得“重大發現”，美國宇航局(NASA)一共向火星發射了21顆探測器，其中15顆幾乎取得了完全的或超出計畫的成功。
那些年，NASA發射的探測器
NASA火星探索的首次成功是在1964年，當年“水手4號”太空飛行器飛越火星，傳回了21張模糊的火星特寫圖片。1971年，美國“水手9號”成為有史以來第一枚成功進入環繞火星軌道的探測器。此外，還有“海盜1號”，“火星探路者”號釋放的第一輛火星車“索傑納”，壽命已超過十餘年“火星奧德賽”飛船等等。
現階段，2011年11月升空“好奇號”火星車，正和超期服役12年的“機遇”號火星車一起在火星表面進行探索，並不斷向地球傳回數據。
私人公司豪言：讓人類“殖民”火星
在發射探測器“實地”探索火星的同時，人們也逐漸將目光轉向人類火星旅行。目前，眾多私人公司紛紛計畫自己的火星之旅。
已經開始招募火星永久居民的荷蘭“火星一號”公司想要在2023年實現殖民火星的目標，並計畫在2018年向火星傳送一個著陸器。不過，“火星一號”公司計畫的實際可行性引發了人們質疑。有科學家表示，這個計畫“很不靠譜”，很可能是一場商業炒作。
相對於荷蘭公司放出的豪言，美國億萬富翁、人類首位太空遊客丹尼斯·蒂托發起的“靈感火星”計畫聽起來則更靠譜。該計畫耗資10億美元，預計在2021年將一對夫婦送上太空，繞火星飛行一圈。
科學家太空地球兩頭忙：為登入做準備
相對於私人公司的火星計畫，科學家們給出的登入火星時間更為保守。美國宇航局的計畫是，在本世紀30年代讓人類登入火星。為了實現這一目標，科學家們正在太空和地球“雙管齊下”，為人類遠征火星做準備。
在太空里，國際空間站的兩名太空人正在進行一項“一年任務”實驗，在國際空間站停留342天，探索人類長途太空旅行的可能性。與此同時，國際空間站里的其他太空人則在太空種起了蔬菜，研究人類在前往火星的旅途中如何在食物上自給自足。
與此同時，科學家也開始在地球上模擬在火星上過日子。今年8月，6名科學家進入了位於美國夏威夷冒納羅亞火山山麓上一個“居住艙”，他們將在那裡“閉關”生活一年，體驗與世隔絕的火星生活。
發展
390年前，一夥清教徒朝聖者開著“五月花”輪船，乘風破浪，闖入“新大陸”，開啟了美洲殖民史。390年後的現在，有一夥地球人，準備駕駛太空“五月花”浪跡星際，移民星球，衝出太陽系，遙遙百年歷程，一去不復返。
據英國《每日郵報》9月9日報導，美國航空航天局（NASA）和美國國防部高級研究計畫局（DARPA）正在開展一項名為“百年星艦”（Hundred Year Starship）的宇宙探索和移民計畫，此計畫於9月7日獲得美國前總統比爾·柯林頓的支持，並得到國防部高級研究計畫局的資助，9月13日的休斯敦研討會，標誌著這一現代星際“五月花”計畫的開啟。
初級目標：移民火星
據美國《科學日報》庫爾扎韋爾·阿爾報導，谷歌創始人拉里·佩奇數周前曾問詢過NASA埃莫斯研究中心主任西蒙·沃登，他問單程前往火星的移民計畫，究竟要花多少錢？西蒙回答說大概需要百億美元。拉里則問他能否控制到30億美元以下。
谷歌創始人的詢價與報價，代表了民間資本對這一項目的興趣。這一“百年星艦”計畫最終將成為商業旅行和民間探險計畫，官方的公共財政資金，幾乎沒有多少投入。
從目前公布的官方資金投入來看，NASA只“捐出”了十萬美元，而國防部高級研究計畫局大氣一些，但也只動用了百萬美元的“公款”。一個龐大的宏偉計畫，最終只花了納稅人區區一點小錢，不可思議。
西蒙說這一計畫現在目標明確，就是移民到其他星球，開闢殖民地。“20年前（談到這一話題時）你還得低聲耳語，生怕酒吧里有人向你開火。”西蒙感慨道。
美國一份免費學術雜誌《宇宙學報》曾稱，載人太空探索計畫的預算，大部分花在了“如何把人安全運回”上，如果直接把人送上星球，然後跟他們揮手道別，稍後再由飛船提供補給，或移民星球的人類開發星球礦物資源，與地球進行“星際貿易”，這樣的計畫，將不會花到多少錢。
誰會是第一批“移民”
“星艦計畫”不是“阿波羅計畫”，到太空晃幾個小時就折回去了。“星艦計畫”中的“一去不復返”，意味著太空人要永久地告別地球上深愛的親人和熟悉的生活環境，意味著要在一個陌生星球冒險終老和繁衍後代。
火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、礫石遍布，沒有穩定的液態水體。火星大氣既稀薄又寒冷，沙塵懸浮其中，每年常有塵暴發生。火星南方是古老、充滿隕石坑的高地，北方則是較年輕的平原。
同其他行星相比，火星最像地球。火星的友善條件，成為人類對外星殖民的首選地。
據英國媒體報導，“百年星艦”計畫合作單位、美國伊卡洛斯星際組織負責人亞當·克魯爾說，他們的第一個目標是火星，或是火星的兩個衛星。計畫的兩大挑戰是新的推進系統與定居火星的生命維持系統。“我們將致力於打造持續百年太空飛行的星際飛船，以及可行性星際技術，最終使人類受益。”按照計畫，飛船將搭載適合人類長期生活在宇宙的生命維持系統，到達目標星球後，在那裡建立一個人類星際殖民地。
“百年星艦”的首任機長，有望是女太空人梅·傑米森，她於1992年成為第一個黑人女太空人，現年55歲。傑米森表示：“我願意為人類星際探索活動獻身。”
但傑米森不會是星球上第一批“移民”，她的任務是駕駛“星艦”，送太空移民到目標星球，在太空穿越百年，努力衝出太陽系，並終老於“星艦”。理論上，那些被送上太陽系星球上的移民定居者，仍有機會被其他宇宙飛船“接回家”。 亞當·克魯爾說：“星艦機組人員開始星際旅行時，必須明白他們要耗費一生時間才能抵達另一個外星世界。所以星際旅行更像是一項巨大的社會實踐，星艦必須像一個可以完全自給自足的小城市。”為了這個目標，星艦設計自重至少在百噸以上。
埃莫斯研究中心主任西蒙·沃登說，美國預計2030年將把4名志願者送上火星。沃登表示，招募志願者的前期工作，早在2010年時就已經展開。
美俄競賽，俄處下風
美俄太空競賽，在蘇聯時期就已經展開，從1960年起，蘇聯率先放出咄咄逼人的火星探測計畫，連續數年發射多個探測器，然而射出去的火星探測器，幾乎均告失敗，而美國在落後數年之後，迅速趕超，數次成功地把火星探測器送進火星預計軌道。2009年，中國也加入進來，但中國的“螢火一號探測器”，卻因2011年11月9日俄羅斯運載火箭發射失敗而墜毀，功敗垂成。
2010年6月3日，俄羅斯開始在莫斯科進行世界首個模擬火星之旅實驗，6名來自俄羅斯、中國、法國等國的志願者在狹小的模擬密封艙內生活了520個日夜，這個時間，差不多是現有航天技術下地球與火星之間折返的時間。
然而，這個實驗的成功，畢竟只是在地球表面上的模擬實驗，至今除了俄羅斯一個探測器曾從火星表面短暫傳回一些數據之外，所有俄羅斯的火星探測均未達到最終目的。目前俄羅斯最成熟的技術，僅是把太空人送上地球外太空軌道上的國際太空站。
2012年8月6日，美國宇航局首輛核動力火星車在紅色的火星表面成功著陸，將展開為期兩年的火星探測任務。
《洛杉磯時報》9月9日報導稱，科學家普遍擔心“好奇號”火星車鑽探到水，假如真的接觸到液態水，火星水將可能被地球微生物“污染”，在火星上發現的“生命”，可能就是地球的“污染雜交物”，或這些污染物最終“滅絕”了火星上的“原住生命”，這將是極不道德的。美國的一名行星保護官員抱怨說：“他們不應先斬後奏，鑽探到水後才告訴我們。我們應負責任地遵守我們自己的規定。”
美國不僅成功地展開了火星探測，而且已經率先制定和踐行“火星倫理規則”，為後來者確定了行事標準，牢牢把控住了火星探測與定居移民的主導權和話語權。
美國曾想重啟“阿波羅計畫”，重返月球，但耗資巨大，於是採取實用主義，全力攻關最適宜人類居住的火星。可以說，美國此番展開民用和商業“星艦計畫”，已經把其他競爭者遠遠甩在了後面。
衝出太陽系之遠景
半人馬阿爾法星（Alpha Centauri），是組成黃道12星座中的半人馬座的主星之一，只有天狼星和大角星比它更明亮。半人馬阿爾法星距太陽4.3光年，是太陽最近的鄰居。假如人類有朝一日衝出太陽系，半人馬阿爾法星球無疑是人類最先訪問的地方。如果人類能以光速飛行，那么，至少要花4年時間才能到達。而按“星艦”設計的四分之一光速極限速度，人類理論上至少要花20年才能到達半人馬阿爾法，一來一往，最少要花50年，一個20歲的青年從地球出發，歸來至少是個年屆70的古稀老人。
美國國防部高級研究計畫局一名官員在一份聲明書中說，“百年星艦”不只是一艘載人宇宙飛船，其突破性的技術與革新，將使星艦不同凡響。而星艦的不同之處還在於，它是單程的。
9月13日的研討會吸引了全美所有重量級太空科學家參與，這一計畫令美國重拾“偉大國家”和“上帝選民”的榮譽感，這是毫無疑問的。“百年星艦”將像成功著陸於火星的“好奇號”探測器一樣配備核動力。當“百年星艦”抵達半人馬星座之時，“百年星艦”上的人員，已經開始繁衍後代了。如果這些先行者能在其他星系中開拓人類殖民地，人類將與太陽系之外的天體生命握手，這樣的遠景，令人激動。
