在火星的任何旅程返回之前，人类必须克服许多事情。美国宇航局（NASA）和太空探索技术公司（SpaceX）是两个主要参与者，它们在进行国际空间站的任务时密切合作，但对火星载人飞行任务的模式却有相互竞争的想法。

大小事项

最大的挑战（或约束）是旅途所需的有效载荷（航天器、人员、燃料、供应品等）的质量。

我们仍然在谈论将某物发射到太空中，就像发射费用跟同等重量的黄金费用一样。

有效载荷质量通常仅占运载工具总质量的一小部分。

例如，将阿波罗11号发射到月球的土星V火箭重达3000吨。

但是它只能向低地球轨道发射140吨（占初始发射质量的5％），向月球发射50吨（小于初始发射质量的2％）。

质量限制了火星飞船的大小及其在太空中的作用。每次机动都需要花费燃料来发射火箭发动机，并且这种燃料目前必须被航天器带到太空中。

太空探索技术公司（SpaceX）的计划是通过单独发射的加油机在太空中为其载人的星舰飞行器加油。这意味着与单次发射相比，可以将更多的燃料带入轨道。

时间很重要

与燃料紧密相关的另一个挑战是时间。

将没有载人的航天器送往外行星的飞行任务通常绕着太阳绕着复杂的轨迹飞行。他们使用所谓的引力辅助演习在不同的行星上有效地弹弓，以获得足够的动量来达到目标。

这样可以节省大量燃料，但可能会导致任务花费数年才能到达目的地。显然，这是人类不愿做的事情。

地球和火星都有（几乎）圆形轨道，这种称为霍曼转移的机动是在两颗行星之间行驶的最省油的方式。基本上，无需赘述，这是航天器一次燃烧从一个行星到另一个行星的椭圆形转移轨道的地方。

霍曼转移在地球和火星之间的转移大约需要259天（八个月至九个月），并且由于绕地球和火星的太阳轨道不同而可能每两年只能进行一次。

一艘太空船可以在更短的时间内到达火星（SpaceX声称要六个月），但是——您猜到了，这样做会花费更多的燃料。

安全着陆

假设我们的航天器和乘员到达火星，下一个挑战是降落。

进入地球的航天器能够利用与大气相互作用产生的阻力来减慢速度。这样可以使飞船安全降落在地球表面（前提是它可以承受相关的加热）。

但是火星上的大气层比地球薄约100倍。这意味着拖动的可能性较小，因此如果没有某种帮助就无法安全着陆。

一些任务使用安全气囊实现成功降落（例如NASA的Pathfider任务），而其他任务则使用了推进器（NASA的Phoenix任务），后者再次需要更多的燃料。

火星上的生活

火星的一天持续24小时37分钟，但与地球的相似之处到此为止。

火星上稀薄的大气层意味着它无法像地球一样保留热量，因此火星上的生活的特征是经受火星昼夜循环中温度的极端值。

推进器降落在火星上。

火星的最高温度为30℃，听起来很愉快，但最低温度为-140℃，平均温度为-63℃。地球南极的冬季平均温度约为-49℃。

因此，我们需要对我们选择在火星上生活的位置以及夜间如何管理温度保持高度的选择性。

火星的引力是地球的38％（因此您会感到更轻），但空气主要是二氧化碳（CO 2）和百分之几的氮，因此它是完全不能呼吸的。我们将需要建立一个只能居住在这里的受气候控制的地方。

太空探索技术公司（SpaceX）计划发射几次货运航班，包括诸如温室、太阳能电池板等关键基础设施，以及（您猜对了）用于返回地球的燃料生产设施。

火星上的生命将成为可能，并且已经在地球上进行了几次模拟试验，以了解人们如何应对这种存在。

回到地球

最后的挑战是返回旅程，如何使人们安全返回地球。

阿波罗11号以大约40,000 km / h的速度进入地球大气层，这刚好低于逃离地球轨道所需的速度。

我们需要安全地将人们送回地球，完成任务。图片来源：NASA

从火星返回的航天器的重返速度将从47，000公里/小时到54，000公里/小时不等，这取决于它们到达地球的轨道。

在进入大气层之前，它们可以减速到环绕地球的低轨道，速度约为28，800公里/小时，但——你猜对了——它们需要额外的燃料来做到这一点。如果它们只是进入大气层，燃料将为航天器进行全程减速。我们只需要确保重力不杀死宇航员或由于过热而烧毁航天器即可。

这些只是火星任务面临的一些挑战，实现这一目标的所有技术基础都在那里。我们只需要把时间和金钱都花在一起。