美国总统布什于今年1月14日在白宫宣布美国新的载人航天计划：在2008年发送机器人到月球进行探测，2015年将美国航天员送上月球，在月球建立基地，并以此为跳板，在2030年进行人类的火星飞行，将美国航天员送上火星。
　　 从地球飞往火星，最近的距离是5600万公里，最远的距离为3.2亿公里。如何从地球飞到火星?科学家们先后提出过许多方案和设想，其中比较有影响的是美国火箭专家冯·布劳恩提出来的“火星舰队”方案；然后是美国空间委员会经过90天研究，建议建造1000t重的载人火星飞船的方案；还有美国火星学会主席组伯林提出的“火星直航”方案；最后是美国宇航局火星探测研究组提出来的“参考飞行”方案。
　　
　　冯·布劳恩的“火星舰队”
　　
　　早在1952年，美国火箭专家冯·布劳恩就提出人类火星探测的方案设想。冯·布劳恩认为，飞往火星需要由10艘飞船组成的一支小型舰队，航天员至少70名。这些飞船的结构件都用一种特殊的渡船运到地球轨道上，然后在地球轨道上组装起来。这些渡船至少需要运送950次，历时8个月。飞往火星的计划采用一种围绕太阳的椭圆形轨道，椭圆轨道在某一点上与火星运行的轨道相切，火星飞船将受火星重力场的吸引而飞向火星。
　　有3个着陆器先在火星表面着陆，负责将149公吨的物资运送到火星表面。这些物资包括食品、火星漫游车、可充气的橡皮住房、火箭推进剂、其它燃料和科研仪器等。由于着陆地点没有地图，因此第一个着陆器将装备有雪撬和滑行装置，以便在火星极区覆盖有冰的地面上着陆。着陆以后，第一批人要使用带有履带的牵引车和挂车，去到距离着陆地点有5000km远的火星赤道地区。同时为随后的两个着陆器开辟一条简易公路,让航天员驾驶有轮子的车辆通行。这3批人经过400天的勘察，最后要保证50多人的大队伍安全登上火星并顺利返回地球。
　　冯·布劳恩认为，计划的第一阶段是研制可以将人员和物资运送到地球轨道上去的渡船，因此他建议首先要发展可多次使用的运载工具和大型空间站。从地球到火星，航天员乘坐火星飞船需要飞行8个月，在火星表面工作和生活1年以上，然后再用8个月的时间返回地球。
　　


　　1000t重的火星飞船
　　
　　1989年美国宇航局专门成立一个委员会，研究如何实现人类的火星着陆。该委员会经过仔细的研究和讨论，写出了一份称为“90天报告”的文件。
　　按照“90天报告”，火星飞船的总重量是1000t，而美国现在的国际空间站的总重量才470t，即比国际空间站重一倍。飞船上可乘7至8名航天员，当然还要带上7个月的食物、水和氧气。这样的庞然大物当然不可能从地球直接发射到火星上，甚至不可能发射到环绕地球的低轨道上，只能拆卸开来一部分一部分地发射到低轨道上，然后再组装起来。
　　在发射载人飞船之前要先发射一艘运货飞船，将航天员返回地球时所需要的火箭推进剂，从火星轨道下降到火星表面的下降飞行器以及在火星表面使用的漫游车先运送到火星表面。半年后再发射载人飞船。载人飞船大约飞行7.33个月。
　　当两艘飞船飞到火星，在下降到火星表面之前，航天员分成两个组，一组留在轨道上，一组下降到火星表面。留在轨道上的航天员负责将推进剂和生活用品从运货飞船搬到载人飞船上来，同时还要进行一些科学测量和实验。准备下来的航天员则乘坐下降飞行器下降到火星表面。在火星表面，航天员可乘坐漫游车在附近漫游，同时还要选择适合的地点建立火星前哨站，进行科学考察和收集各种标本。一年半以后，航天员又乘上升飞行器上升到环绕火星的轨道，并在轨道上与载人飞船对接，带上收集到的标本飞回地球。
　　“90天报告”估计，要完成人在火星上着陆计划大约需要4500亿美元。如此高昂的费用给美国国会吓了一跳，因此当即给予否决。
　　
　　廉价的“火星直航”方案
　　


　　美国国会否决“90天报告”的原因不是因为计划不合理，而是因为费用太高。因此美国“火星学会”主席组伯林又提出一个廉价的人的火星着陆计划，并取名为“火星直航”计划。“火星直航”计划的核心是就地取材，利用火星大气生产火箭推进剂，将计划的费用从4500亿美元减少到200～300亿美元，并且在10年之内实现人的火星着陆。
　　“火星直航”计划要求进行两批发射，首批发射返回地球飞行器，然后再发射载人火星飞船。所谓“直航”就是载人火星飞船和返回地球飞行器都是从地球直接飞到火星，当中不需要在环绕地球的轨道上组装，到火星时也不需要在环绕火星的轨道上交会和对接，然后再用下降飞行器下降到火星表面。而且航天员返回时也是乘坐返回地球飞行器从火星表面直接返回地球。
　　第一次发射使用一种重型运载火箭，当火箭到达一定高度时，火箭上面级与助推器分离，上面级点火后将45公吨的有效载荷送到飞往火星的轨道。第一次发射的主要载荷是返回地球飞行器，6t液氢，1台空气压缩机，1套自动化的化学处理设备，1辆小型科学漫游车和1台安放在1辆大型漫游车上100KW的核反应堆。返回地球飞行器的燃料箱这时是空的，未装推进剂。
　　发射后8个月到达火星。到火星时用降落伞和反推火箭降落在火星表面。着陆以后，地球飞行控制中心的科学家通过遥控装置让大型漫游车开到离着陆点几百米远的地方，然后展开核反应堆，以便给压缩机和化学处理设备提供电力。
　　与此同时从地球带来的氢与火星大气发生反应，产生水和甲烷。甲烷经液化处理后贮存起来，水经电解处理成氢和氧。氧亦贮存起来，准备以后与甲烷同作火箭推进剂；氢则送回化学处理设备，通过再循环可产生更多的水和甲烷。
　　这套设备在10个月内可生产48t氧和24t甲烷，此外通过分解火星大气中的二氧化碳还可获得36t氧。这种甲烷加氧的推进剂总产量为108t，其中96t用于返回地球时的火箭燃料，12t用作漫游车的燃料。当然还应该生产一些氧供航天员呼吸用。由于在火星上生产氧和水，生命保障系统在火星上的消耗品不必从地球上运来，因而大大减少了星际运输量，也大大降低了载人火星探测的费用。
　　


　　如果这一切能顺利完成，就进行第二批发射。第二批要进行两次发射，先发射一艘无人火星飞船，装的载荷跟第一批一样，然后再发射一艘载人飞船。载人飞船上除有供航天员工作和生活用的加压舱以外，还要装一辆漫游车，该车也是用甲烷和氧作燃料，可供航天员在火星表面到远处考察。载人飞船上共载4名男女航天员。
　　为了减轻长期微重力环境对航天员健康造成的危害，载人火星飞船上将有人工重力。产生人工重力的方法是用一根长1500m的系绳将飞船与运载火箭的上面级联结起来，以每分钟1圈的速度旋转，可产生0.39g的人工重力，与火星表面的重力一样。
　　到达火星时，载人飞船降落在上次无人飞船着陆的地方。着陆点上的无线电指向标可保证载人飞船的正确着陆。但如果着陆位置偏离过大，如偏离数百公里，航天员可驾驶漫游车回到预定地点。但如果偏离数千公里，超出漫游车的行驶范围，航天员可用第二艘返回地球飞行器作备用系统。如果第二艘返回地球飞行器也发生故障，航天员就只好在原地等待发射第三艘返回地球飞行器来营救。
　　在火星表面的居住舱分上下两层：上层有卧室、实验室、图书馆、厨房和健身房，是4名航天员生活和工作的主要场所。上层的中央有一个防辐射掩体，用来防避太阳爆发时产生大剂量宇宙辐射对航天员的伤害。下层主要是贮藏室、生产车间和修理车间。
　　4名航天员在火星表面将停留一年半。他们将驾驶漫游车在火星表面作大范围的考察。这种漫游车可装12t燃料，行程在2400km以上。一年半以后，航天员将乘坐返回地球飞行器离开火星返回地球。
　　


　　宇航局的“参考任务”方案
　　
　　1993年宇航局新任局长戈尔丁上任，提出要“更快、更省、更好”地实现载人火星探测的主张，并从宇航局的各现场中心抽调专家，组成火星探测计划研究组，重新制定载人火星探测计划。研究组制定计划的标准是“更好的技术可行性、更小的风险和更低的费用”。根据这一标准，参照以前的载人火星探测计划，研究组制定了一个名为“参考任务”的方案。
　　“参考任务”方案实际上是“90天报告”和“火星直航”方案的一个折衷方案。“90天报告”的载人火星探测费用是4500亿美元，“火星直航”的费用是200～300亿美元，而“参考任务”的费用为550亿美元。
　　可惜上述所有方案都只是设想，没有一个获得美国国会的批准，将来美国如何实施布什总统提出来的人类火星飞行计划，科学家们可能还要进行更深入和更全面的研究，然后提出一个更先进和更合理的飞行方案。