長期以來，將航天員送往火星是美國家航空航天局（NASA）載人航天計劃的首要任務。爲在2030年代實現載人火星任務，NASA正在積極推進6大關鍵技術的研發。

1. 先進推進技術

地球到火星約2.25億千米，推進能力的提高能大幅減少航天員抵達火星的時間並降低相關任務風險，目前NASA在推進技術上的主要研究方向是核電推進與核熱推進。

2. 充氣式隔熱罩

NASA正在研究一種充氣式隔熱罩，與剛性隔熱罩相比，該隔熱罩可大幅減少佔用運載火箭的空間。該技術可以將航天器降落在任何有大氣層的星球上，可有效幫助航天器在進入火星大氣層時完成減速，以實現安全着陸。採用這種充氣減速技術方案的航天器將可以實現在火星海拔較高的南部高原，或其他由於海拔過高而在現有技術條件下難以着陸的地區着陸。

3. 高科技火星太空服

NASA正在研製的高科技火星太空服採用模塊化設計，配備便攜式生命保障系統與溫度控制系統，並加強了對宇宙輻射的防護，可確保航天員在火星表面自由行走。

4. 火星漫遊車

爲了減少在火星表面上着陸的設施數量，NASA將研發一種居住和實驗一體化的火星漫遊車，該漫遊車配有航天員所需的一切生活用品和實驗設備，可維持數週。

5. 可持續動力系統

由於火星上週期性的沙塵暴氣候可持續數月，因此核裂變供能系統比太陽能系統更可靠，NASA已經在地球上測試了核裂變動力技術，並證明了該技術的安全性和高效性，且可長時間供能。NASA計劃首先在月球上演示並使用核裂變動力系統，然後在火星上進行演示。

6. 激光通信系統

NASA計劃使用激光通信系統在火星和地球之間傳輸數據，激光通信系統可向地球發送大量的實時信息和數據，包括高清圖像、視頻等。使用當前的無線電通信系統，向地球發送火星地圖可能需要9年，而使用激光通信則僅需要9周。NASA已於2013年在月球演示中證明了激光通信的可行性。

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