在火星的任何旅程返回之前，人類必須克服許多事情。美國宇航局（NASA）和太空探索技術公司（SpaceX）是兩個主要參與者，它們在進行國際空間站的任務時密切合作，但對火星載人飛行任務的模式卻有相互競爭的想法。

大小事項

最大的挑戰（或約束）是旅途所需的有效載荷（航天器、人員、燃料、供應品等）的質量。

我們仍然在談論將某物發射到太空中，就像發射費用跟同等重量的黃金費用一樣。

有效載荷質量通常僅佔運載工具總質量的一小部分。

例如，將阿波羅11號發射到月球的土星V火箭重達3000噸。

但是它只能向低地球軌道發射140噸（佔初始發射質量的5％），向月球發射50噸（小於初始發射質量的2％）。

質量限制了火星飛船的大小及其在太空中的作用。每次機動都需要花費燃料來發射火箭發動機，並且這種燃料目前必須被航天器帶到太空中。

太空探索技術公司（SpaceX）的計劃是通過單獨發射的加油機在太空中爲其載人的星艦飛行器加油。這意味着與單次發射相比，可以將更多的燃料帶入軌道。

時間很重要

與燃料緊密相關的另一個挑戰是時間。

將沒有載人的航天器送往外行星的飛行任務通常繞着太陽繞着複雜的軌跡飛行。他們使用所謂的引力輔助演習在不同的行星上有效地彈弓，以獲得足夠的動量來達到目標。

這樣可以節省大量燃料，但可能會導致任務花費數年才能到達目的地。顯然，這是人類不願做的事情。

地球和火星都有（幾乎）圓形軌道，這種稱爲霍曼轉移的機動是在兩顆行星之間行駛的最省油的方式。基本上，無需贅述，這是航天器一次燃燒從一個行星到另一個行星的橢圓形轉移軌道的地方。

霍曼轉移在地球和火星之間的轉移大約需要259天（八個月至九個月），並且由於繞地球和火星的太陽軌道不同而可能每兩年只能進行一次。

一艘太空船可以在更短的時間內到達火星（SpaceX聲稱要六個月），但是——您猜到了，這樣做會花費更多的燃料。

安全着陸

假設我們的航天器和乘員到達火星，下一個挑戰是降落。

進入地球的航天器能夠利用與大氣相互作用產生的阻力來減慢速度。這樣可以使飛船安全降落在地球表面（前提是它可以承受相關的加熱）。

但是火星上的大氣層比地球薄約100倍。這意味着拖動的可能性較小，因此如果沒有某種幫助就無法安全着陸。

一些任務使用安全氣囊實現成功降落（例如NASA的Pathfider任務），而其他任務則使用了推進器（NASA的Phoenix任務），後者再次需要更多的燃料。

火星上的生活

火星的一天持續24小時37分鐘，但與地球的相似之處到此爲止。

火星上稀薄的大氣層意味着它無法像地球一樣保留熱量，因此火星上的生活的特徵是經受火星晝夜循環中溫度的極端值。

推進器降落在火星上。

火星的最高溫度爲30℃，聽起來很愉快，但最低溫度爲-140℃，平均溫度爲-63℃。地球南極的冬季平均溫度約爲-49℃。

因此，我們需要對我們選擇在火星上生活的位置以及夜間如何管理溫度保持高度的選擇性。

火星的引力是地球的38％（因此您會感到更輕），但空氣主要是二氧化碳（CO 2）和百分之幾的氮，因此它是完全不能呼吸的。我們將需要建立一個只能居住在這裏的受氣候控制的地方。

太空探索技術公司（SpaceX）計劃發射幾次貨運航班，包括諸如溫室、太陽能電池板等關鍵基礎設施，以及（您猜對了）用於返回地球的燃料生產設施。

火星上的生命將成爲可能，並且已經在地球上進行了幾次模擬試驗，以瞭解人們如何應對這種存在。

回到地球

最後的挑戰是返回旅程，如何使人們安全返回地球。

阿波羅11號以大約40,000 km / h的速度進入地球大氣層，這剛好低於逃離地球軌道所需的速度。

我們需要安全地將人們送回地球，完成任務。圖片來源：NASA

從火星返回的航天器的重返速度將從47，000公里/小時到54，000公里/小時不等，這取決於它們到達地球的軌道。

在進入大氣層之前，它們可以減速到環繞地球的低軌道，速度約爲28，800公里/小時，但——你猜對了——它們需要額外的燃料來做到這一點。如果它們只是進入大氣層，燃料將爲航天器進行全程減速。我們只需要確保重力不殺死宇航員或由於過熱而燒燬航天器即可。

這些只是火星任務面臨的一些挑戰，實現這一目標的所有技術基礎都在那裏。我們只需要把時間和金錢都花在一起。