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  殖民月球的構想在太空時代開始之前就已經出現了:俄羅斯太空先驅康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基就曾經提出這種想法,他曾說「地球是人類的搖籃,但人類不可能永遠生活在搖籃中。」在1950年代後,許多科學家、工程師與其他人皆陸續提出各種關於殖民月球想法。  著名的科幻小說作家亞瑟·查理斯·克拉克於1954年就曾經提出人類在月球上建立基地,並使用充氣元件包覆月球基地以阻絕月塵進入的構想。約翰·S·雷納赫特(英語:John S. Rinehart)在1959年提出一種「可以浮動在大片塵土上」的建築概念。當時的理論認為月球上分佈著一英里深的灰塵。  地平線計劃是美國陸軍於1959年所提出的研究方案,計劃在1967年餘月球上建立一座堡壘,並由陸軍彈道導彈署一位德國火箭工程師來主導這個計劃的進行。

  人類對於月球的首次探測是在1959年由蘇聯所發射的月球2號探測器,它首次硬著陸於月球表面。月球3號在同一年攝得月球背面的照片,並因此開啟了無人操作的月球探測時代。  為了抗衡蘇聯的探測計劃,美國總統約翰·肯尼迪於1961年5月25日在美國國會發表演說:「我相信我們的國家將在這個十年結束前完成一個目標,就是讓太空人登陸月球並安全返回地球。沒有任何單一的太空計劃會比這個更能使人類振奮,也沒有任何計劃比此對遠端宇宙探索更重要。也沒有任何計劃像登月一樣昂貴且充滿挑戰。」蘇聯政府高層在同一年也首次宣告讓人類登陸月球與建立月球基地的目標。  天文學家約翰·丹尼克(John DeNike)與史丹利·桑(Stanley Zahn)於1962年發表在寧靜海建立月球基地的構想。這個基地可以容納21人,幷包覆在4米厚的膜中,這種裝置可以抵抗輻射線,與大氣層的功用一樣。人們將使用核反應爐來獲得所需的能源,因為它比太陽能更加有效,而且可以不受月球上漫長黑夜的影響。  有人駕駛的月球探測計劃始於1968年的阿波羅8號太空船(總共有3名太空人)環繞月球。這也是人類首次親眼觀測月球的背面。阿波羅11號的阿波羅登月小艇在隔年順利降落在月球表面,人類首次登陸月球(由尼爾·阿姆斯壯所完成),這也證明人類已經擁有抵達月球,進行科學探測並取回樣本的能力。  在阿波羅11號成功之後,美國仍然繼續進行月球探測。阿波羅12號於1969年降落在測量員3號(Surveyor 3)附近,展現精準的登陸能力。接續在任務失敗的阿波羅13號之後的阿波羅14號是太空人最後一次在返回地球后需要隔離檢疫的任務。阿波羅15號任務完成了人類首次在月球上操縱交通工具的計劃,當時太空人首次駕駛月球車進行探測。阿波羅16號首次登陸在崎嶇的月面高地。然而當時美國大眾對於月球探測的興趣已經逐漸減少。於是阿波羅17號成為阿波羅計劃的最後一次任務。隨後的月球探測計劃被理察·尼克森所終止,並將目標放在太空梭與近地軌道的太空任務上。  蘇聯的月球號系列探測器並沒有成功將人類送上月球,但是1966年發射的月球9號卻是第一個在月球上軟著陸,並送回月球近距離照片的探測器。月球16號於1970年取回蘇聯首個月球樣本。從1970年至1973年間,月球步行者計劃成功將2輛月球車送上月球。步行者1號在月球表面總共探測322天,不過步行者2號則於運作4個月之後失去聯絡。蘇聯月球探測於1974年結束,比阿波羅計劃還要晚了2年。  在探月熱潮結束後,只有少數的狂熱者支援返回月球。不過美國的克萊門特號(1994年)與月球探勘者號(1998年)發現月球極區存在月冰的證據後,又引起一些關於探測月球的討論。同時中國的太空機構也在考慮進行月球的探測計劃。後來的研究顯示月冰的含量比想像中的更少,不過仍然可以被人類所利用。  美國總統喬治·W·布什於2004年發表一個太空探測展望,計劃在2020年將人類再度送上月球。NASA也宣佈一個新的長程計劃,包括在月球建立基地,成為前往火星的中繼點。其中也計劃在2024年於月球極點建立月球前哨站。如果基地位置良好的話,將可以持續獲取太陽能,溫度的極端變化可以減少,水源與礦物也可以在附近開採使用。歐洲太空總署也有一個計劃在2025年建立月球永久基地的構想。俄羅斯也曾宣佈將在2025年送人到月球,並且在幾年後建立永久基地的類似計劃。  而中國科學家則認為中國將可以在2022年送人登陸月球(中國探月工程),日本與印度也計劃在2030年建立月球基地。  美國太空總署原本預計在2008年10月發射月球坑觀測和感測衛星(Lunar Crater Observation and Sensing Satellite),但後來發射日期被延遲到2009年6月18日,導致撞擊月球的時間遞延到2009年10月9日 。月球隕石坑觀察與感測衛星計劃也是替外來的探測計劃作準備。

  

  要在天然的天體上建立殖民地需要豐富的原料來提供建築與其他的用途所需,包括隔絕輻射線。從月球運送物質所需的能量要比從地球運送所需的能量還要少。這也讓月球成為太空船能量及燃料補給的合適地區。一些人認為可以使用質量投射器將物質從月球傳送出去,並不需要使用火箭。此外,月球也有一些重力,這可能可以維持胎兒的成長與人類的長時間健康。不過月球的重力是否足夠達到這樣的目的仍未確定。 月球也是太陽系中最接近地球的大型天體。月球並不會像一些越地小行星(Earth-crosser asteroids)那樣接近地球,而是大約維持在384,400公里左右的距離。這樣的距離有一些優點:

  一個月球前哨基地住要必須符合3項標準:

  月球極區可能是最適合人類建設月球基地的地區。首先,有證據顯示水可能一直儲存在極區附近的陰暗處。而且因為月球自轉幾乎垂直於赤道,所以極區可能永遠受到太陽光的照射。所以可以在這個區域建設能源收集站。靠近沙克爾頓坑(Shackleton crater)的馬拉柏特山(Malapert mountain)擁有幾項優勢:  美國國家航空暨太空總署探測系統建造計劃書(Exploration Systems Architecture Study)顯示將會選擇月球南極建設基地。  月球北極的皮裡坑(Peary crater)邊緣也是一個適合建設基地的區域。克萊門特號的研究顯示培利坑邊緣的部分地區永久受到陽光照射(除了月蝕以外)。因此這個區域的溫度預計將會穩定的維持在−50 °C左右,大約與冬季時的西伯利亞與南極洲寒極(Pole of Cold)相當。培利坑內部也可以作為儲存氫氣的地點。  雖然氫的分佈集中在極區,不過月冰的存在仍未確認。克萊門特號的雙向雷達實驗顯示月球南極有水冰的存在。月球探勘者號顯示氫不僅大量分佈在南極,也分佈在北極。此外,一些科學家使用阿雷西博天文臺觀測的結果表明克萊門特號接收到的不規則訊號並非水冰存在的證據,只是崎嶇的月球表面所造成的。不過這種論點並沒有被廣泛的接受。

  月球的赤道地區擁有豐富的氦-3(這種物質在地球的含量稀少),這是因為太陽風擁有較高的波動角度。赤道地區也比其他地區更適合成為發射地點,雖然因為月球的緩慢自轉,這項優勢並不明顯。  位在這個區域的風暴洋的萊納伽馬現象與陰暗的格里馬爾迪坑(Grimaldi crater)都是值得科學家進行深入研究的主題。

  月球背面缺乏與地球的直接通訊功能,必須經由位於L2拉格朗日點上的通訊衛星或衛星網路來與地球取得聯絡。月球背面也適合建造大型無線電望遠鏡,因為可以避免地球的干擾。因為缺乏大氣,這裡也適合建立光學望遠鏡陣列,類似智利的甚大望遠鏡。

  月球居住地的構想相當的多元。從利用月球登陸太空船、移動式的基地與使用充氣式的元件來組成基地的想法都曾被提出過。月球的環境是考量的重點,包括劇烈的溫度變化、缺乏大氣層與電離層及漫長的黑夜都必須被考慮在內。  一些人提議將月球基地建築在地底下,這樣可以抵抗輻射線與流星的撞擊。因為月球的溫度變化很大,白晝的平均溫度為攝氏107度(華氏225度),黑夜的平均溫度則會下降到攝氏-153度(華式−243度),但是地底的溫度可以維持在攝氏24度,居民可以裝設普通的空調設施。這樣的建築可能會比較複雜,必須使用機器去挖掘地面,並使用類似噴射混凝土的物質來固定建築結構。另一個替代方案是使用月球現存的、由死火山遺留下的大型熔漿隧道。  早期的月球基地可能建築在月球表面,並由月球土壤所覆蓋。月球風化層是由矽及含鐵的混合物所組成,並可能受到微波的作用而成為玻璃似的土壤。人工磁場也在有人太空任務中被提出用來防止輻射的危害,這也可能用在月面基地上。月球部分地區擁有強大的磁場可能可以減少來自帶電微粒的威脅。

  月球基地需要能量去維持系統運作,包括通訊與維生系統。

  核反應爐最可能滿足基地大部分的需求,核融合比核分裂更具有優勢。進行核融合所需要的氦-3在月球上的含量也相當豐富。不過現在的技術尚未能將核融合實用化,所以在早期可能無法採用這種方式。放射性同位素熱電機(radioisotope thermoelectric generator)可以作為備用的能源供應系統。

  太陽能是月球基地能量來源的可能選擇之一,可以提供基地相對成本比較低的能源供給,製造太陽能發電的裝置也可從月球上開採。然而月球的漫長黑夜也阻礙太陽能的使用。建設幾個發電設施是其中一個解決方式,另一個解決方式是在永久受到日光照射的地區建築發電設施,例如南極或北極。使用太空太陽能(space solar power)的技術也可以解決這個問題。  太陽能轉換器並不一定需要使用矽太陽能元件,利用巨大溫差來驅動熱機發電機有著更多的優點。居民可以使用鏡子來集中陽光,並傳達至斯特林發動機與拋物線槽型發電機。

  

  直到目前的探測月球任務都是使用火箭,而歐洲太空總署的SMART-1則是使用霍耳效應推進器。美國太空總署也預計於2019年使用戰神五號運載火箭去發射牽牛星太空船來登陸月球。

  科學家對於月球表面的交通工具有著許多不同的構想,包括小型的漫遊車、大型的實驗室車輛與少數的飛行或跳躍式的機械。漫遊車不適合在太過陡峭的地形操作。直到目前為止,月球車(由波音所研發)與蘇聯的月球車(Lunokhod)是唯二在月球活動過的車輛。月球車可以搭載1至2名成員,並在一天之內可以活動92公里的範圍。而目前美國太空總署的移動月球實驗室構想是使用加壓的月球車輛,活動範圍為396公里。而蘇聯則在Lunokhod計劃使用不同的構想,而且可能使用在未來的月球或火星探測。這些漫遊車在未來長期的探測中可能都會成為艙型的車輛。  如果在月球上建立數個基地後,可能可以使用鐵路軌道來互相結接。傳統的軌道與磁浮系統都被提出作為運輸的方式。其中磁浮系統更吸引人的注目,因為月球上沒有大氣來阻礙火車的前進,因此可以達到飛機在地球上飛行的的速度。不過月球火車與地球最大的不同是:各個車廂必須獨自密封,並擁有各自的維生系統。月球列車也需要降低出軌機率,因為車廂破裂可能造成人員快速死亡。  如果基地建在鐵路較難抵達的地區,使用飛行運輸工具會更適合。貝爾飛機公司也提供美國太空總署一些月球飛行交通工具的設計構想。

  月球基地需要有效的方法從地球運輸人員與許多物品至月球上,後來也需要運輸至其他的行星。月球的重力因為比較小,所以從月球運輸物資至地球比較具有優勢。月球沒有大氣層同時具有優缺點,優點是可以比較容易從月球起飛(因為沒有阻力),而缺點則是太空船無法使用氣動剎車,所以必須攜帶額外的燃料去降落。包覆在酬載物周圍來吸收衝擊的物質需要由較輕的物質所構成,雖然月球上缺乏這種物質。美國早期的遊騎兵計劃所使用的則是輕木。  從月球運輸貨物至行星際中繼站的方式可能是使用質量投射器。貨物可以從軌道或地球-月球間的拉格朗日點被使用離子推進器的太空船或太陽帆所擷取並運送到地球軌道、火星或其他行星,且或許經由行星際運輸網路(Interplanetary Transport Network)。如果月球太空電梯被建造完成,它將可以運送人員與貨物前往拉格朗日點上的太空站。  要估計發射貨物或人員前往太空的成本並不容易,取決於未來技術的進步程度。根據阿波羅計劃的發射成本資料,估計從月球發射太空船的成本上限大約是每公里40,000,000美元。

  月地之間的運輸方式預計使用拴鏈系統去轉換動力。這種系統不需能量輸入,不僅可以將貨物從月球表面傳送至地球,也可以將貨物安穩的降落在月球表面。

  以長期的角度來看,太空殖民地應該可以達到接近自給自足的程度。從月球上採礦與精煉的物質使用在月球上或太陽系的其他地區比運送回地球更加有利,因為它們可以較低的成本運送出去。

  從月球輸出原物料至地球因為高度的運輸成本而有困難。一個可能的後補是太陽風中的氦-3,因為它大量累積在月球表面,但是地球上的含量卻很少。氦-3也可能在未來作為核融合原料。  威斯康星大學麥迪遜分校的核融合技術學會進行了氦-3的核融合反應爐實驗,而且沒有政府的預算支援。不過這個核融合反應爐尚未達到能量平衡。

  為了建造月球基地而發展的技術也可以轉移到潛在的太空目標,包括近地小行星與水星,因為這些地區與月球有許多相似之處。

  旅遊業、需要無菌、低重力及真空環境的製造業、科學研究及奈米科技產業都是月球上可能發展的產業。月球也適合長期儲存放射性物質。低重力的環境也可能讓身體殘疾的人士可以擁有比較自由的生活。

  天文學家傑瑞德·K·歐尼爾(Gerard O'Neill)注意到1970年代早期的發射成本相當的高,所以提出在軌道上建造太陽能發電衛星的構想(使用月球上的材料)。從月球上發射火箭的成本大約只有從地球上發射的100分之1,這是因為月球缺乏大氣層及低重力的緣故。  美國太空總署在1980年估計太空梭的發射成本時,傑瑞德·K·歐尼爾小組曾提出一種方案-使用月球資源會節省更多成本。

  科學家想要將月球地球化有著相當的大困難。第一步是製造大氣層,但是因為月球可能沒有足夠的質量來保持大氣層,所以月球上的大氣層不一定可以保持幾萬年的時間,可能需要持續製造大氣層讓大氣層可以穩定的存在月球上。
月球殖民是一種人類永久居住在月球的構想。科幻小說作家與太空探測的支持者經常將月球視為人類從地球進行太空探索後,所必然產生的殖民地區。人類在地球以外的天體殖民常是科幻小說的主題之一。隨著地球人口增加與科技進步,太空殖民的提議也被廣泛的討論與爭辯。