“水手四号”火星探测卫星于1964年11月28日发射。它回传了第一张火星表面的照片，并且是第一张从除了地球以外另外一个行星上拍的照片。同时，这张充满了陨石坑、死寂世界的照片， 震惊了科学界。打破了几世个世纪以来人类对火星的各种各样的遐想，以前人类通过望远镜观测火星，发现在火星上有河床，认为火星上有河流，甚至可能是“火星人”挖掘的人工运河，火星上有与地球一样冰雪覆盖的南北极，“火星人”也可能具有像地球一样欣欣向荣的火星人类社会，关于“火星”的科幻小说繁荣了几个世纪。
2000年上影的《火星任务》科幻电影，对火星上的人脸像，展开了丰富的想象力，幻想人脸像是火星远古文明留下的遗址，火星文明因为高度文明而遭致毁灭性打击，而人类是由火星文明延续。登陆火星的宇航员最后用人类DNA双螺旋结构编码，解开人面像大门的进入密码。美国人也是脑洞大开，也不顾逻辑漏洞。既然火星人有这个能力把种子送到地球，为啥就不直接来地球定居，而是坑害后代过了几千万年以后才发展出我们现在的人类文明？难道是怕太文明导致毁灭？
随着美苏不断向火星发射探测器，火星神秘的面纱已经被人类解开。火星也与好奇的人类越来越近。
网上炒红的美国路易斯安那州一位13岁（2014年）女孩艾丽莎·卡森(Alyssa Carson)或将成为登陆火星的第一人。她是唯一参加了美国宇航局全部三次世界太空夏令营的人。
最近，看网上到，这位女孩子将可能在2033年时登陆火星，因为那个时间是火星离地球最近的时机，错过了这个时机，地球与火星就更远。即使最近距离，人类的宇宙飞船到达火星也需要半年时间。
与火星最近距离约为5500万公里,最远距离则超过4亿公里。两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。1988年火星和地球的距离曾经达到约5880万公里,而在2018年两者之间的距离将达到5760万公里。但在今年的8月27日,火星与地球的距离将仅为约5576万公里,是6万年来最近的。
人类发射的飞船达到第二宇宙速度，11.2千米/秒，达到地球逃逸速度进入太阳轨道。与火星轨道交汇后进入绕火星轨道，减速后降落火星。
火星是太阳系八大行星之一，属于类地行星。火星比地球小得多，直径约为地球的53%，质量为地球的11%。所以火星的逃逸速度比地球小。
逃逸速度的计算公式是：
计算火星的逃逸速度，只需要把公式中的M、r换成火星的质量、半径即可。
计算结果是，从火星表面起飞的火箭（或飞船）要冲破火星的引力，速度要达到5.02千米/秒。
这个速度还不到地球逃逸速度的一半。因为地球的逃逸速度是11.2千米/秒。
以前在看过2000年拍摄《火星任务》，近年看过《火星救援》，这两部美国的科幻片，要把人类登陆火星的任务现在看来并不是很难，但难度在于要完成双程，这就是一个难度比较大的任务。据说，把一公斤的载荷送到火星需要20万人民币。如何考虑返程，那么费用至少翻个几倍。
要把人送往火星并且安全返回地球，这是一个复杂而又庞大的宇宙探索行动。要实现这个目标，主要涉及到这几个方面的科技，一、空间飞行器制造技术 二、飞行器及实验舱能源供给系统 三、航天医学 四、生命保障系统 五、通信技术 六、自动化技术（人工智能）等技术。
北京时间2021年2月19日4点55分（美国东部时间2月18日15点55分），美国 “毅力号”火星车成功在红色星球登陆。
它的任务是， 首先第一：寻找在火星上的可居住性目标；第二：寻找在火星上的生物特征目标；第三：要在火星上暂存样本；第四，为将来的载人登陆做最后的准备，包括要在火星的表面上对制氧的设备进行实验等；
这次任务是为人类首次登陆火星进行的前期探索与试验。
一、运载工具篇
火星任务首要工具就是运载工具，飞行器结构本身就是巨大的载荷，以往前发射大空船，都是用多级火箭，通过火箭燃料燃烧产生的高速喷射气体产生巨大的反推力克服地心引力把大空船送至外太空，而多级火箭及发动机则抛弃在大气层中自由溅落烧毁。
世界上运载能力最强，投入实用的火箭是美国在1966美国土星5号“，于1962年开始研制，1967年11月9日首次飞行，仍是人类历史上使用过的自重最大的运载火箭，高达110.6米，起飞重量3038.5吨；总推力达3408吨，月球轨道运载能力45吨，近地轨道运载能力118吨。土星5号是三级火箭，由S-1C第一级、S-2第二级、S-4B第三级、仪器舱和有效载荷组成。第一级长42米，直径10米，到尾段底部直径增大到13米。尾段上装有4个稳定尾翼，翼展约18米。第一级采用5台F-1发动机，推进剂为液氧和煤油，2个10米直径的铝制推进剂贮箱用桁条和隔框加强。第二级长25米，直径10米，采用液氧液氢推进剂，共用5台J-2发动机。第三级长18.8米，直径6.6米，1台J-2发动机，推进剂为液氧液氢。它共成功发射过19次，让人类用“阿波罗”系列飞船登陆月球。
它由德国科学家冯~布劳恩主持设计。
二、 “重型猎鹰”运载火箭
“重型猎鹰”（Falcon Heavy，简称FH）是一款由美国私立太空公司“SpaceX”（太空探索技术公司）建造的可重复利用运载火箭。
“重型猎鹰”火箭是现役推力最大的运载火箭。起飞推力2280吨，起飞质量1420.8吨，其近地轨道运载能力达63.8吨，地球同步轨道运载能力为26.7吨 。火星轨道的运载能力：16.8 吨。
如果它的可回收技术，能够运用在火星任务中重复使用，那么飞船的有效载荷可以大大增如。发射成本也会大大降低。
从火箭的起飞重量1420.8可以知道，把16.8吨的飞船送往火星的火箭的起飞重量这么大，如果在返程中，火星的引力虽然没有地球这么大，空气也比地球稀薄的多。因此，从火星发射返程的火箭仍然要500吨左右的起飞重量。
火箭中的重量大部分是携带的燃料的重量。如果要携带这么多燃料降落至火星恐怕是不行的。火星上准备这么一块降落场地也是不太可能的。就是能携带这么多燃料降落也是风险太高，那么，返程燃料要用另外的太空船分次携带在火星上着陆，后再给降落在火星上的火箭加注燃料。要不返程燃料就要在火星上解决。还有的办法就是像《火星救援》上用最轻的返回舱，用最小的固体火箭把宇航员送入火星轨道，与其他接应飞船对接后，再返回地球。要登陆火星并且要保障宇航员在火星上能生存一段时间，进行科考任务，并且安全返回地球，仅做一次发射是不够的。
二、火星环境
火星大气层构成，95.3%的二氧化碳，2.7%的氮，1.6%的氩，0.2%的氧。相比之下，地球的大气层由78.1%的氮、20.9%的氧、0.9%的氩以及0.1%的二氧化碳和其他气体构成。从这份详细对比中可以看出，现在所有访问火星的人类都必须携带大量的氧气和氮气以维持生命。
火星大气的密度不到地球大气的百分之一，表面大气压500～700帕，而地球上的大气压为101.325kPa。
火星的平均表面温度低达-62.77℃，最高温度为-23.88℃，最低温度低于-73.33℃。相比之下，地球的平均表面温度为14.4℃左右。
火星自转速率为24小时37分钟（地球：23小时56分钟）。自转轴倾斜度为24度（地球为23.5度）。引力是地球引力的三分之一。与太阳的距离足够近，因此有季节之分。火星距太阳的距离比地球距太阳的距离远50%左右。
火星不像地球有磁场，因此火星不能
宇航员在火星上必须要穿着增压航天服，火星上的空气氧含量非常的低。而且是低温环境。
三、生命保障系统
宇航员到达火星至少要半年时间，宇航员每天需要的食物、水、氧气的重量，加起来约为四公斤左右，一名宇航员到达火星半年时间里需要补给一吨的补给，如果宇航员要在火星待上3年时间后返回，宇航员的补给至少要携带十吨左右，才能维持生命最基本的保障。如果启用回收利用装置，那么这些装置又得增加飞船的载荷。最好是在航行过程中宇航员在生态循环舱内生活，在降落火星时生态循环舱与登陆舱一齐着落火星。生态舱内可以完成，气体及排泄废物的循环利用。尽可能地减少宇航员的给养损耗。
生态圈2号的失败经验虽然揭示，人类离开地球环境无法自然完成生态循环。但在火星上建立密闭的生态舱，在人工调节之下，可以达到一定的物质循环，从而减少飞船携带的物资。
《火星救援》上马克利用火星土壤种植出土豆这个情节，应该是虚构的，且不说火星土壤不经改良是否适用土豆生长，光照、温度、气压、湿度、空气、微生物等环境都是作物生长的不可缺少的条件。
科学家们从凤凰号火星车等探测器采取的2009份火星土壤样品中找到了一个危险的东西——强氧化剂高氯酸盐，尤其是火星这种充满宇宙射线的环境，高氯酸盐和强氧化剂会让火星土壤变得极度有害，生物难以存活。
因此，初次登陆火星，寄希望与火星土壤能种植出满足宇航员的食用的作物来可能不太现实。
三、能源
地球到太阳 的距离的平均值为1.5亿千米，火星到太阳的距离的平均值为2.28亿（千米）。地球火星太阳阳光照射强度比：1.5/2.3=0.65。火星上的太阳阳光照射强度为地球的65%。因此，完全靠太阳能发电来供给，恐怕电量不足以维持宇航员生命保障系统，及科考活动的能源需求。因此在火星任务中也要使用核电池来供电，以满足火星探测活动中的能源需求。
核电池是原理是： 放射性同位素电池的热源是放射性同位素。它们在蜕变过程中会不断以具有热能的射线的形式，向外放出比一般物质大得多的能量。这种很大的能量有两个令人喜爱的特点。一是蜕变时放出的能量大小、速度，不受外界环境中的温度、化学反应、压力、电磁场的影响，因此，核电池以抗干扰性强和工作准确可靠而著称。另一个特点是蜕变时间很长，这决定了放射性同位素电池可长期使用。
放射性同位素电池采用的放射性同位素来主要有锶-90(Sr-90，半衰期为28年)、钚-238(Pu-238，半衰期 89.6年)、钋-210(Po-210半衰期为138.4天)等长半衰期的同位素。将它制成圆柱形电池。燃料放在电池中心，周围用热电元件包覆，放射性同位素发射高能量的α射线，在热电元件中将热量转化成电流。
核电池可能用来驱动火星车及机械臂的工作，也可以为火星居住舱生命保障系统提供电力。
美国航天局的这一过程将在一个鞋盒大小的化学工厂“莫希”（火星氧气ISRU实验）中进行测试，它利用电能将二氧化碳分解为氧气和一氧化碳，这两种物质都很有用：氧气用于生命维持，而一氧化碳则作为火箭燃料的组成部分，供未来宇航员从火星返航时使用。
火星液态水中，主要含有高氯酸盐。可以把纯水把里面分离出来，再电解成氧气与氢气。也可以做为维持宇航员的呼吸用氧，也可以做为返回地球的火箭的燃料。
四、通信保障
在火星轨道上建立中继通信卫星，使火星与地球上的通信可以随时保证通畅，以便使火星的宇航员随时能够得到地球上的技术技持。让火星上的语音及视频信号传回地球，传输庞大的火星探测任务中的各种设备参数进行技术分析，以使地球上的工程技术人员，能及时更新，导入新的程序指令。火星到地球的通信至少都有3分钟以上的通信延迟。因此出现技术故障或其他故障时，还得依靠计算机系统，人工智能技术及宇航员来应急处理。
五、探测用的工程机械
火星车的设计就不会像我们看到的那些火器探测器的形状，它必须是有配备有供宇航员生存的密闭舱的火星车，如果要用它完成科考任务，它的设计必须具备一定的火星地形越野能力，并且还得配备机械臂。以备火星车发现意外时能有一定的自救能力。它的动力也是最好采用大功率的核电池。如果宇航员离基地外出科考时所乘坐的火星车发生故障，那将是一个灭顶之灾。因此其他动力系统最好配备双引擎系统。可以在火星车上再备一份氢氧涡轮动力系统。
六、火星之旅行中的太空医学
在太空旅行之前，宇航员必须做最严格的体检，人体的各个系统，各器官都要进行严格的评估，因为在几年的太空之旅中，如果宇航员出现健康上的问题在漫长的旅行中就无法处理。初期在火星中要建立医疗站那是不太可能的。在太空失重环境下，人的供血分布会发生巨大的改变，血液将分布在头面部，耗氧量大血供丰富的器官上，以及疏松组织上，在太空中，宇航员的身体要面临的第一项考验就是失重。在地球上，为了适应重力的作用，人体的肌肉与骨骼能起到支撑身体的作用。但在太空的失重环境下，这种支撑作用就失去了用武之地，因此不可避免地会造成肌肉萎缩与骨质流失(主要是钙质的流失)。此外，人体的血液循环功能也会受到影响，导致宇航员的脑部供血不足，出现头昏眼花的症状。失重还会对人体的平衡系统造成影响，无法像在地球上一样正确地感知方位，使人的方向辨别能力大大下降。而肌肉上的血液分布将会减少。
为了尽可能减少失重环境对人体的影响，会让宇航员进行简单的身体训练和药物治疗。例如那些长期在国际空间站生活的宇航员，每天要花费2个小时进行走路或跑步训练，以保持肌肉的力量。科研人员还发明了一种简单的练习器材，帮助宇航员在太空中做锻炼骨骼的训练。此外，人造重力的出现也为这一难题提供了帮助，宇航员可以在人工动力离心分离机上进行360度的旋转，从而获得连续的“重力”。
在太空生活面临的另一个重要考验就是太空辐射。外层空间的辐射要比在近地轨道严重得多，并且有些宇航员要在太空中连续生活几个月，因此危害很大。目前最好的解决方法只能是尽量减少宇航员受辐射的时间。相应的，宇航员所穿的宇航服就承担了尽可能多地吸收和屏蔽宇宙射线的任务。
在火星上由于没有像地球一样的地球磁场形成了一个保护膜在地球表面,从而对地球上的生物形成保护,保护人类免遭连续轰击地球的宇宙射线和带电粒子的伤害。因此在火星登陆舱与生活舱上要有屏蔽宇宙射线和带电粒子的装置，以避免造成宇航员身体上的损害。
在火星之旅中，宇航员的心理问题也是一个值得重视的问题，宇船员长期在密闭空间内如何化解长期脱离群体而产生的孤独感，及对深空未知领域的恐惧感呢？在《太空旅客》中就描写了一个在冬眠状态下，一个工程师突然苏醒过来的故事，里面也描述了工程师在孤独环境下的表现。孤身一人长期离开地球摇蓝之下的人类是否会产生严重的心理问题呢？如何让宇航员在航行中出现突发事件时能有稳定心理素质来正确处理呢？
艾丽莎·卡森能否在2033出征火星还得拭目以待，到那时，希望我们能坐在电视前看着她出征，并且看着她安全返航，必竟我们都是在人类命运共同体中的一员。
