火星计划：人类漫长的火星移民计划
按照设想，人类或许能在本世纪30年代登陆火星。
自从发现火星以后，人类就一直梦想登陆火星。在不久的未来，一个太空项目将开始使这一梦想具有实现的可能性。
美国宇航局的科学家表示，他们非常认真地提出了一个载人航天项目，而私营太空公司也争先恐后地提出关于去火星的更加大胆的计划。同样重要的是，随着美国的“好奇号”火星探测器成功降落在火星表面和拍下丰富的火星表面照片，公众对火星这颗红色星球的热情日益高涨。不久前，一批科学家、美国宇航局的官员、私营太空公司和其他航天机构的代表聚集在美国首都华盛顿，在人类登陆火星的专题会议上全面讨论了有关问题。会议提出，将在本世纪30年代派遣宇航员登陆火星。
但是登陆火星可谓困难重重，并且还有一个大问题：目前缺少能够将人类送上火星后再将其带回地球的技术。如此规模的星际项目，将成为本世纪最昂贵和最困难的工程挑战。“火星确实距离遥远，”美国宇航局负责国际站的官员萨姆·希梅米在会上说，“它比地球到空间站的距离远出6个数量级。我们需要开发新的方式来离开地球去生存，这种方式是前所未有的。”
在人类的能力范围内还存在一些相当严重的问题，包括无法为飞往火星的长距离旅行存储足够多的燃料，还没有能够降落到火星表面的载人飞行器，并且无法完全保证人类一旦到了火星能够活下来，等等。在这次会议上很大一部分的参与者提出了载人火星项目的各种障碍。乐观的是，载人火星项目从技术上来说并非是不可能的，关键在于需要投入时间和金钱用来研发必要的工具。目前美国宇航局、其他航天机构和私营公司正在为实现这个计划而努力。
下面是美国《连线》杂志记者概括的人类登陆火星面临的多种问题以及一些解决的方法。运载火箭
要登陆火星，首先需要巨大的运载火箭。虽然人类已经在50多年前就成功地进入太空，但载人火星任务的规模比以前的任何航天项目都要大。目前还没有火箭能够将携带宇航员和到达火星必需的所有供给与燃料的巨型航天器从地球发射，摆脱地球引力到达太空。最有可能的是，火箭通过几次飞行将航天器的部分供给和零部件送入近地轨道，宇航员再不断和缓慢地利用这些零部件与供给修建航天器，最后飞往火星。
这仍然是非常繁重的工作。目前在太空中运转的最大设备是，质量达4500吨，需要31艘飞船飞行来完成。据美国宇航局表示，一个能够将人类送往火星的飞行器应该比空间站小，质量约1250吨。美国宇航局航天工程师布雷特·德雷克称，使用现有的火箭，估计需要70至80次的飞行来组装火星飞船。考虑到国际空间站花了10多年时间才完成，组装火星飞船将需要非常长的时间。但是在未来，这项任务应该容易得多。美国宇航局希望到2017年拥有新型的太空发射系统——SLS火箭，它将是有史以来最大的飞行火箭，甚至比把宇航员送上月球的土星五号火箭还要大。美国私营太空公司——SpaceX公司也正致力于研发新型猎鹰重型运载火箭，它将具有比美国宇航局SLS火箭略小一点的载货能力。猎鹰重型运载火箭的第一次实验将在今年下半年开始。
美国宇航局估计至少需要发射7枚新型SLS火箭来将供给和登陆火星必需的飞船等送入地球轨道。燃料的储存
为了在太空中生存，人类需要许多东西：食物、氧气、住所，还有可能是最重要的燃料。用于载人火星任务发射去太空的初始物资中大约80%将是推进剂。问题是，在空间中储存如此大量的燃料是困难的。处于近地轨道（宇航员搭建火星飞船时放置材料的地方）的物体每90分钟环绕地球一圈。在一半的时间中，这些物体经受太阳强烈的烘烤，而另一半时间则是空间中寒冷的黑暗。这种变化导致液态的氢和氧——火箭的燃料蒸发。除非容器定期通风，否则存有这些燃料的容器容易爆炸。
氢特别容易从容器中泄漏，每个月大约要损失4%。这意味着如果火星项目需要在近地轨道停留一年的话，将在飞往火星前损失近一半的推进剂。将1公斤的氢送入太空的成本需要1万美元，那么这种泄漏将是昂贵的浪费。美国宇航局长期致力于开发在空间储存推进剂的新技术。目前美国宇航局正在试验空间大型低温装载和转换推进剂技术。这种技术对于载人火星任务具有重要的价值，它将在太空中设立一个长久的气体仓库随时为火箭补给燃料。
推进技术
要想将人类尽快送往火星，以减少暴露在射线的危害及失重状态之中，采用先进的推进技术非常重要。
一种相对低功率的引擎可以推送一艘载有宇航员供给物质的大型飞船到达火星，这些物质供宇航员在火星上活动使用。在星际计划中，美国宇航局想要在宇航员到达之前推送飞船先到达火星表面，等待宇航员的到来。美国宇航局正在研究太阳能电动推进技术，这种技术是在飞船的后部发射电离气体来使飞船前进。在之前的航天项目中，例如美国宇航局的“黎明”号飞船和日本的“隼鸟”号飞船都已使用了这项技术。火星项目需要比这些已有项目更大的太阳能电动推进器。美国宇航局目前有一个搜集并将其拖拽回地球的计划，它将促进太阳能电动推进技术的研究。
在火星上着陆目前还没有能力使人类平安和简单地降落到火星，这是一个最近公认的问题。
随着工程师开始建造越来越大的降落火星表面的航天器，他们意识到已经达到了一个极限。稀薄的火星大气层不能很快地撑开大型降落伞，例如人类乘坐的飞船在降落时用于大幅减速的降落伞。在2012年到达火星的“好奇号”探测器重量为1吨，这是目前为止的技术能够发送到火星表面的最大物体。美国宇航局表示，载人火星项目至少需要发送40吨重的物体。即使“”计划中提出的单程载人火星项目也需要携带近10吨的物资。
美国宇航局的专家们正致力于研究高超音速充气系统，这是一些巨大的类似球状的物体，将展开并变硬成为一个超刚性降落伞，用于帮助飞行器减速。但人类在火星上着陆的关键技术是超音速重推进技术。美国宇航局曾在20世纪60年代和70年代就超音速重推进技术进行过风洞实验，不久前也进行过一次。好消息是，实验表明超音速火箭在理论上是可行的，坏消息是美国宇航局不再研究这个项目了。
当美国宇航局可能将重新研究这一项目时，一些私营航天公司也许会超越他们。例如SpaceX公司目前正在研究可重用的火箭，它可以从近地轨道返回到发射台。该公司在今年后期也将研究超音速重推进技术。
宇航员健康问题
美国宇航局负责健康和医疗事务的专家萨拉琳·马克说：“对于具有最复杂系统的人类身体来说，太空是个。”
具有讽刺意味的是，为地球上大部分生命提供能量的太阳，在中对于生物体却是致命的。一旦宇航员处于保护人类的地球磁场之外，太阳射线将增加他们患癌症的可能性。来自美国宇航局“好奇号”火星探测器近期得到的数据，已经量化了射线的等级和危险的程度。类似和高能粒子的大爆发可能将潜在的致命剂量的射线作用于飞船。这就是为什么2018年的美国私营载人火星项目——“灵感火星”计划选择在太阳的弱活动年进行，届时太阳粒子爆发的可能性最低。不过，较低的太阳粒子活动增加了来自星系间的射线，这些射线也是有害的。
飞往火星的旅行可能需要7到9个月的时间，在整个过程中都要保护人类。目前，最可行的解决方案是用水围绕宇宙飞船，水能够吸收射线，并提供在下的一定遮挡。但是水的质量比较大，在航天项目中增加任何重量都将提高成本。在未来，将开发出能够保护宇航员的小型磁场技术，但这可能是许多年甚至几十年以后才能完成的。除了射线以外，载人火星之旅面临的最大挑战将是微重力（又称为零重力），它会导致不少奇怪的病症，以及带来一系列的心理问题。
据目前所知，人如果长期处于零重力状态下，会导致骨骼和钙质退化，肌肉萎缩，并且还可能产生视神经肿胀。如果不予以检查和治疗，到达火星的宇航员可能身体虚弱、骨质脆化甚至失明。先进的医疗技术和有规律的锻炼有助于解决太空旅行的一些身体问题。美国宇航局目前正在计划让宇航员在国际空间站停留一年，以便更好地研究这些因素。
然而在飞往火星的过程中将要面临的心理问题在很大程度上是未知的。国际空间站与地球之间的距离比较近，宇航员可以向下凝视地球。但是火星项目中的宇航员没有办法中止他们的任务，需要忍受很长时间才能与家人沟通。目前已有隔离实验，专门用于研究火星宇航员将面临的问题。在20世纪90年代，美国科学家进行的“生物圈二号”实验一次性让7〜8个人在大型模拟环境中停留了两年时间。参与“生物圈二号”实验的专家泰伯·麦卡勒姆说：“所有参与该实验的人员都表示心理问题是最大的问题。”
目前为止时间最长的模拟火星旅行的实验是由俄罗斯组织、多国参与的国际大型实验项目——“火星500”，从2010年6月至2011年11月，6名志愿者在密封的房间里待了500天，研究人员观察实验的结果。参与该项实验的志愿者变得无精打采和无聊，其中的一名变得很消沉。6个人当中有两人没有出现什么问题，只有一人保持着活跃和忙碌状态，认知能力没有下降。一个火星项目将要测试隔离实验人群忍受的极限，参与实验的志愿者可能需要通过长时间的检查来确保他们的身心健康。
火星的资源
火星的环境严寒而又干旱，这些使它看起来不是最好的扎营之地。但是火星上拥有丰富的资源，宇航员可以利用它们。
美国宇航局和其他太空机构将之称为现场资源利用，它意味着依靠土地为生。在宇航员到达之前，一台机器将被预先发送至火星，它将从大气中的二氧化碳提取氧气，从土壤中提取可分离的元素，然后利用这些来制作建筑材料或者火箭燃料。近几十年来发现，火星拥有很多凝固成冰态的水。在某些地方的土壤中有含有足够的冰晶，机器人可以轻易地收集一堆。
虽然经常被讨论，但是现场资源利用技术从未被开发过。美国宇航局需要证明依靠外行星资源生存是可行的。人类登陆火星也需要种植植物的能力。乍一看，在火星上种植的想法似乎是一个合理的计划，因为宇航员需要新鲜的水果和能够使他们减少食用冻干食品数量的农场。但是在另一个星球上种植是件棘手而且危险的事情。考虑到能够从种植中获取的食物数量和为之投入的能量，并且考虑到温度控制和其他必需的系统和技术，研究人员估计需要在火星上连续经营15至20年时间，才能从农业系统中得到与投入相当的产出。
保护人类和星球
地球是我们目前知道的唯一具有生物的地方，但这并不意味着太空中不存在其他生物。
由于存在的可能性，美国宇航局和其他主要航天国家一致同意遵守严格的星球保护标准。1969年美国三名宇航员成功登陆月球并返回地球以后，美国宇航局将他们隔离了三周，以确保他们没有携带可能危害人类的可怕的太空病毒。这样的工作重复进行，直到1971年完成第八次载人登月任务以后，科学家们才确信宇航员从月球返回后没有带来危害。虽然月球上没有有害细菌，但是火星却是另外一种环境。有证据表明火星可能曾经具有孕育生命的能力。在火星上存在生物的可能性确实很小，但并不为零，这些可能的生物也许是有害的。
在考虑火星上的微生物可能危害人类的同时，我们也应该关注另外一种相反的问题。人类自身拥有微生物群落和真菌（人体的每个细胞包含10个微生物细胞），而目前我们无法防止人类登陆火星对火星产生污染。未来我们将需要提高能力来保护人类免受火星的危险影响，同时也需要使火星免受人类的危险影响。为了遵守最严格的行星保护协议，也许最好的方法是在火星表面实施一些无人探索任务。人类可以在近地轨道或火星的卫星上扎营，实时遥控火星表面的探测器和其他机器人。这些机器人将检查火星表面以获取存在生物的证据，并且可能发现更安全的着陆点。未来的技术也将防止宇航员降落火星时带来人类的污染。
火星的沙尘
美国航天专家格兰特·安德森说：“火星表面的一个严重问题是沙尘。”干旱的火星环境产生了大量微小的沙尘，而这些沙尘是有害的。
人类生活在火星表面，就像生活在巨大的盐地里。火星沙尘具有腐蚀性，宇航员的工具需要特别坚硬，否则容易被腐蚀掉。在火星上尽量使宇航员不暴露在沙尘的环境中更加重要，因为火星沙尘被认为是有毒的。对“好奇号”火星探测器带回的火星土壤样品的分析证明，火星的土壤中含有一种被称为高氯酸盐的化学物质。这些物质是高度氯化的盐，可能导致人体甲状腺的疾病。虽然这个问题不是很清楚，但在地球供水系统中，研究人员已经将高氯酸盐列为需要高度关注的化学物质。
火星上的尘埃也可能含有致癌物质，容易使人体产生类似阿波罗宇航员患的月球花粉症的过敏反应或肺部疾病。载人火星计划需要了解火星尘埃与人类栖息地的湿度，否则尘埃可能会像碱液或洗衣漂白剂一样伤害人体皮肤。“好奇号”火星探测器正在收集的数据，能够帮助科学家了解火星尘埃给人体健康带来危害的程度。但是首先的任务是需要研究火星尘埃是否会致人死亡。相关公司已经开发了避免宇航员与火星沙尘接触的技术，但仍需要广泛的实验来证明该项技术是有效的。
制定计划
目前世界上已经有许多不同的载人火星计划。美国宇航局以及SpaceX公司和Inspiration Mars公司都有这样的计划，其他一些航天机构也正在考虑自己的想法。但不管怎样，最终只能有一个计划被选用。
没有人确切知道载人火星项目需要多少成本，但根据估计高达数百亿甚至数千亿美元。考虑到通货膨胀，美国以前实施的阿波罗计划每个项目大约花费了180亿美元，而载人火星项目将是一系列难度更大的项目的组合。这样大规模的项目似乎应该由国际间的合作来完成，并需要参与国通过正式承诺的方式制定好一切事务。该计划还必须具有一定的灵活性。世界是复杂的，多年的任务需要应对政治变迁和经济衰退等因素。