要实现 NASA 公布的火星登陆完整计划需要克服哪些困难？
首先，穿越漫漫星际之旅本身就是一场极限考验。
推进系统： 目前的化学火箭效率仍然有限，飞往火星的旅程需要数月时间。这期间的燃料消耗、系统可靠性以及载荷的限制，都要求我们拥有更高效的推进技术。无论是核热推进还是更具科幻色彩的离子推进，亦或是未来可能的核裂变/聚变推进，都需要突破现有技术瓶颈，实现更高的推力和更长的持续运行能力。想象一下，要带着足够支撑数月旅程的燃料、生命维持系统、科学仪器、登陆器以及最终的返回载具，所有这些都必须装载在一枚火箭上，这其中的重量和空间优化是巨大的工程。
辐射防护： 在深空中，宇航员将暴露在高强度的宇宙射线和太阳粒子事件中，这些辐射对人体健康是毁灭性的，会增加患癌症、神经系统损伤等疾病的风险。目前的防护措施（如厚重的屏蔽材料）会显著增加飞船的重量，而更先进的防护技术，例如利用磁场或等离子体来偏转粒子，或是开发新型的抗辐射材料，都还在研发阶段，其有效性和可行性仍需验证。想象一下，在没有任何地球磁场和厚厚大气层保护的情况下，长时间处于一个高能粒子密集的环境中，这就像是持续暴露在X射线扫描仪里，但强度高得多。
生命维持系统： 飞船内部的空气、水、食物以及废物处理系统必须高度可靠且自给自足。长时间的太空旅行意味着这些系统将经历严峻的考验，任何故障都可能导致灾难性的后果。水和氧气的循环再生技术虽然在国际空间站上有所发展，但要在长达数月的火星任务中做到近乎100%的循环效率，并在火星表面建立更进一步的自给自足系统，还需要大量的研发和测试。想象一下，你依靠一个循环系统来呼吸，你喝的水是你自己排泄物处理后的水，这需要对每一个环节的精确控制和冗余设计。
其次，火星表面的着陆和生存更是难上加难。
精确着陆： 火星大气层比地球稀薄得多，这意味着降落伞的减速效果不如在地球上明显。要在精确的位置和角度，将重达数吨的载荷（包括登陆器、火星车，甚至未来可能的人类载具）安全地“软着陆”，需要先进的导航、制导和控制技术，以及能够应对火星复杂地形的着陆系统（如反推火箭、气囊或支架）。目前已经有很多无人探测器成功登陆火星，但载荷重量的增加以及对精度要求的指数级提升，使得这项任务的难度呈几何级增长。想象一下，你驾驶着一架在极稀薄大气中飞行的、没有翅膀的飞机，试图在一片布满巨石和深坑的陌生星球上精准地停下来，这需要极为复杂的计算和控制。
环境适应性： 火星表面环境恶劣，气温极低（平均约零下63摄氏度），大气压极低（不到地球的1%），且富含二氧化碳。地表存在沙尘暴，这些细小的尘埃会磨损设备，堵塞机械部件，并对太阳能电池板产生影响。为了在火星表面长期生存和工作，我们需要开发能够承受极端温度变化、低气压和沙尘侵蚀的宇航服、栖息地和探测设备。材料的选用、密封性、热管理都必须达到前所未有的水平。
生命保障（火星基地）： 如果计划包含建立火星基地并实现人员的长期驻留，那么生命保障系统的挑战将是巨大的。如何从火星稀薄的大气中提取氧气，如何找到或生产水，如何种植食物，如何处理废弃物，以及如何提供安全、有辐射防护的居住环境，这些都需要在火星本土实现就地资源利用（ISRU）。“就地取材”听起来简单，但在火星上，这意味着要从二氧化碳中分解出氧气，从地下冰中提取水，或者在极其受控的环境下种植植物，每一步都需要攻克独特的技术难题。想象一下，你不再是依赖从地球千里迢迢运来的物资，而是要学会如何在火星上“自给自足”，从零开始创造生存条件。
再者，人类生理和心理的适应性是不可忽视的关键。
微重力影响： 长时间的太空旅行会导致宇航员的骨骼密度下降、肌肉萎缩、心血管系统功能减弱，以及免疫系统紊乱等问题。虽然国际空间站提供了微重力环境下的研究经验，但火星任务的周期更长，这些影响会更加显著。如何有效对抗和缓解这些生理变化，例如通过特殊的锻炼方案、药物或未来的技术手段，是确保宇航员健康的关键。想象一下，你的身体在经历了几个月的“漂浮”后，需要重新适应重力，但这时的身体可能已经发生了不可逆的改变。
心理健康： 与世隔绝、封闭的环境、长期的压力以及可能出现的紧急情况，都可能对宇航员的心理健康造成巨大影响。如何确保团队的凝聚力，如何处理孤独感和思乡之情，如何在有限的空间内维持良好的心理状态，都需要周密的选拔、培训和支持措施。长期的任务意味着宇航员可能会经历连续数年都无法看到地球的景象，这种心理上的隔绝感是巨大的挑战。
医疗保障： 在远离地球的火星上，任何医疗紧急情况都将是极其危险的。我们需要开发能够在有限资源下进行诊断、治疗甚至手术的先进医疗设备和技术，以及能够远程提供支持的医学专家团队。当然，宇航员本身也需要具备更全面的医疗技能。
最后，技术创新、成本控制和国际合作也是巨大的挑战。
技术成熟度： 许多支撑火星登陆计划的关键技术，如高效推进系统、深空生命维持系统、火星表面 ISRU 技术、以及先进的太空服等，都还在不同程度的研发或测试阶段。将这些技术转化为可靠、可操作的工程系统，需要大量的投入和时间。
成本问题： 载人火星任务的成本将是天文数字。如何筹集足够的资金，如何优化成本，如何让纳税人和政治家们持续支持一项投资巨大且风险极高的计划，是 NASA 以及其他航天机构面临的严峻挑战。
国际合作： 鉴于任务的复杂性和成本，国际合作几乎是必然的。然而，协调不同国家、不同机构的利益、技术标准和工作流程，本身就是一个巨大的管理挑战。
总而言之，实现 NASA 公布的火星登陆完整计划，需要我们跨越现有技术的鸿沟，应对严酷的太空环境对人类生理和心理的极限考验，并解决成本和协作上的现实难题。这不仅仅是一场技术竞赛，更是一场关于人类勇气、智慧和协作的伟大征程。
网友意见
人类1969年就已经登上月球，2015年却还没有登陆火星，是什么制约了人类探索太空的脚步呢？
答案是：没钱
根据NASA的预算，载人登陆火星需要至少1000亿美元。NASA每隔一段时间就煞费苦心抖个包袱出来，那都是为了争取民意，忽悠国会拨款啊。
为什么载人登陆火星会那么那么贵呢？答案是：嘴馋
飞往火星的飞船上，装的食物可能比飞船本身还要重。在短途太空旅行中带几块“压缩饼干”就能解决的问题，登陆火星时则需要一整套饮食供应系统，甚至是一个小型的可循环生态系统。如果是坐吃山空式的食物供应，那宝贵的飞船推进力量大部分都被消耗在食物上了。
第一代宇航员吃的是膏状太空食品
登陆火星到底有多贵呢？
以地球时间2011年发射，2012年登陆火星的“好奇号”火星车为例，该项目耗资25亿美元。听起来好像不是很多啊……但你要知道，这25亿美元（150亿人民币），仅仅相当于往火星发一个快递的运费。
好奇号火星车
首先，火星车并不返回地球，因而也不需要搭载返回的装置和燃料。
然后，火星车并不载人，因而也不需要生命维持系统，包括氧气、水、食物，以及把尿液重新变成咖啡的循环装置。一旦载了人，那可就完全不同了。
由于火星往返之旅需要大约2年，中途可绝没有任何一个便利店可以买到泡面。要吃，就得自己带着。所以，用以维持宇航员生命的系统将占到飞行重量的绝大部分，而生命维持系统的绝大部分都将是吃的。
想象一下，从广州寄一个快递给哈尔滨的朋友，花费是25块钱。如果要求你亲自将这个东西送到哈尔滨，而且只能步行往返，谁来估算一下，这趟旅程要花多长时间，花多少倍的钱？
根据NASA在2014年提出的预算报告，载人登陆火星的“经济舱”计划，需要至少1000亿美元。
火星到地球的距离最近5500万公里，是地月距离的145倍。最远距离是4亿公里。
要省钱就得减轻重量
和我们寄快递同样的道理，想要省钱，你就得减轻重量。事实上，NASA专门有一帮人整天绞尽脑汁各种倒腾，就为了减轻哪怕一公斤的载重量。省下来的，那可都是真金白银。
减重有几大方向，分别是胸部、腹部和腿部，啊不，说到减肥了……
减轻飞船载重的几大方向，分别是
1.开发新材料减轻飞船本身重量
2.采用新能源减轻燃料重量
3.采用循环的食物供应系统代替消耗的系统，来维持宇航员的生命。
就目前人类掌握的技术水平来说，超轻飞船材料与核聚变推进都还只是科幻，只有第3点是最有希望突破的。并且，食物循环系统一旦开发成功，减重效果也是最立竿见影的。
正如你所知，现在生活在国际太空站的宇航员喝的都是循环水，也就是将尿液过滤处理后重新变成饮用水。
2009年，国际空间站的宇航员第一次喝上尿液循环处理制造的饮用水
所以，宇航员今天喝的咖啡，其实也是他昨天喝过的那杯咖啡。听起来好惨，但这就是太空生活的现实：
为了省一丁点的重量宇航员们什么都吃得下去
可是，喝的水可以循环，吃的东西还是纯“消耗品”啊。空间站的宇航员依靠地球定期运送的补给食物生活，当前每运送1公斤食物到国际空间站，要花费近14000英镑。这还只是近地空间。
宇航员们每天把这些花费天价运到太空的食物制造成便便，排泄到太空中，变成闪亮的流星。
没错，我们虔诚许愿的浪漫流星，很可能只是宇航员的便便。
理所当然地，科学家会想到，如果能在飞船里种植蔬菜粮食，拿这些便便做成肥料，那就太完美了。这样，宇航员今天吃进去的一个土豆，其实就是他3个月前吃过的那个土豆。
理论上，只要有能量，有机物就可以不断在人体和环境中循环。
即将上映的科幻片《火星救援》中，被困在火星上的宇航员就是靠种土豆活了下来。现实中，国际空间站的宇航员也正在尝试种植一些蔬菜。
马特·达蒙饰演的宇航员在火星上收获土豆
但是！要在太空种好蔬菜可没有那么容易！
地球上的农作物都是与特定的自然环境相适应的，包括光照强度、温度、重力、微生物环境和空气中的二氧化碳浓度等。而换到太空飞船里，这一切都改变了。
太空育种，正是利用太空中的特殊环境诱导种子发生变异，希望能够变出人类需要的性状来。然而，这样的太空育种成功率是非常低的，大部分变异都是对作物生长不利的。
培育出能够在太空生长的蔬菜还只是第一步，作物在生长过程中还会面临各种威胁，包括细菌、真菌和植物病毒（假设飞船密封环境中没有害虫）。
在飞船里种菜，是不是也打农药呢？这是需要严肃考虑的一个问题。
宇航员Valery G·Korzun展示NASA之前的栽培项目培育出来的蔬菜
再有，为了提高食物循环系统的运转效率，蔬菜粮食的生长周期应该越短越好，可食用部分应该越多越好。
以上这些，都不是地球上现有的农作物，和地面上的农作物种植模式能够完美满足的。一名成年人一年大概要吃掉大约0.7吨食物，3位宇航员往返2年就需要4吨食物。
如果飞船里不能种菜，那就只能花费大部分的预算，用来携带这个超重的食物包裹。
至于带着食物飞出太阳系？想都不要想了……
您觉得应该怎么办呢？
本文首发于微信公众号“转基因能好怎”，已授权科学公园免费转载。
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