火星移民真的可行嗎？
感覺是很悲壯的事情阿...單程旅行
這些探索者們還真是某種意義上的先驅。
不過目前的科技真的有可能做到這種程度嗎？吃穿用度又如何解決呢？如果明知道沒達到那個程度，為何還要開展這個計劃？
我們人類的征途是星辰大海
第一站Mars
內容提要
1. 認識火星
2. 為什麼要到火星去生活?
3. 在火星上生活的挑戰
4. 我們需要什麼，我們如何獲取?
5. 如何保持健康？
6. 地球化改造
living on Mars
一. 認識Mars
1976年7月和 9月美國的「海盜」1號、2號先後在火星表面成功軟著陸，實現了人類對火星的親密接觸。探測器進行了多方面的探測活動，特別是進行了生物探測實驗，結果表明，火星上大概不存在生命。
好奇號火星車
傳說中的人面像（1976 vs 2001）
火星的兩顆衛星 福波斯（火衛一）和德莫斯（火衛二）
二、為什麼要到火星上去生活
核戰、疾病、污染等危機迫使人類尋找第二個家園
But why Mars?
- 到目前為止，火星是我們移民的最佳選擇:
- 靠近地球 (和小行星)
- 合適的溫度和光照
- 一天的長度
- 像地球一樣的季節
- 資源 —— 大氣、水、 金屬
三、The challenges of living on Mars
- 冷! 零下幾十度，室外可不敢上廁所啊，保護丁丁那是首要的
- 稀薄的有毒氣體
- 沒有現成的液態水，俺喝啥子去
- 那麼高的輻射劑量，我會不會變成綠巨人
- 低重力，我不想得骨質疏鬆症，不想肌肉萎縮
- 寶寶我好想家耶！回去一趟得幾年
- 沒有天貓，雖然在天上。也沒有京東，連商店都沒有。買買買，怎麼辦？？？？？？？？？
四、我們需要什麼，如何獲取
電力來源 以目前人類技術貌似就這兩個好使，更高級的技能點還沒點開。
五、在火星上生活是怎樣一種體驗？如何保持健康
六、終章——地球化改造
美國宇航局正計劃實施一次頗具冒險精神的探測任務，發射單程載人飛船，將宇航員送上火星等星球，讓他們永遠留在那裡開拓新的領地……發射時間，就指向2030年。這個特殊任務被命名為「百年星艦」(Hundred Years Starship)計劃。
從地球飛往火星現在需要250天，回到地球需要240天。為了把這個過程縮短些，美國科學家富蘭克林2005年創立的艾德阿斯特火箭公司正在加速研製等離子體火箭。這一小型等離子體火箭時速198000公里，能將到火星的行程縮短為39天。
可能性
火星比地球小一些，有稀薄的大氣，95%是二氧化碳，還有3%的氮，最關鍵的，目前火星沒有氧氣，這也成為殖民最大的一道難題。
火星與地球一樣，有四季分明的氣候，冬季最低溫度為零下125℃，夏季最高22℃，平均氣溫-63℃。
雖然目前在火星上還看不到液態水，但迄今探測發現大量水流痕迹，兩極現存大量的冰。也暗示著火星可能蘊藏著液態水。
火星上的綠黏土和火山灰，有利於植物生長。
定居火星-火星住宅
美國國家航天局已在考慮，火星表面是否能承受一棟建築；左邊停著一輛火星車，右邊是一座暖房，裡面蔬菜水果，生長茂盛。中間是一座圓形的住宅，上窄下寬，就像一個被削掉尖頂的圓錐。
火星的地球化改造
美國科學家祖柏林已經制定出一套詳細的改造火星計劃：改造計劃共分5步
- 第一步，通過製造溫室氣體給火星「加熱」，達到「環境地球化」的臨界點；
- 第二步，釋放火星土壤中的大氣，讓冰融化成水，併產生雨雪天氣；
- 第三步，種植植物；
- 第四步，等著植物的光合作用將二氧化碳轉為氧氣；
- 最後一步，等待，因為要使火星植物釋放出足夠人類自由呼吸的氧氣，大概需要1000年。
有人已設計好火星旗
很醜很low有木有？？？
飛蛾撲「火」 你願意嗎？
第一任火星總統、地球駐火星酋長、聯邦火星特派員……拿出勇氣吧，也許這些「桂冠」就屬於你！
代表地球去佔領火星，當然，這一探索目標真是夠遠大的。
說了這麼多，你會心動嗎???
移民火星！人類未來自我救贖之路 - 未來一百年人類能到哪裡？ - 騰訊視頻視頻
For Carl
以下文字轉自：科學松鼠會
[小紅豬]《趕往火星》——在火星上建基地（上）
最早幾次載人火星飛行任務的目的是探索、調查，並解答關於這個紅色星球是否曾經承載過生命這一重要問題。隨著開發的進程，這個問題一旦以某種方式得到解答，另一個問題便會隨之浮現，成為首要任務：不是關於火星上曾經的生命，而是關於火星上將來能不能有生命存在。正如我們所見，火星在太陽系中是獨一無二的，本章和下一章都將探討，它不僅比其他任何行星鄰居更豐富多變，也是除地球以外唯一擁有大量物資和能源的星球，這些物資和能源足以支持生命。不僅如此，還可能支持人類文明的另一分支。
火星不只是探險或科學研究的對象，與其他已知的地外星體相比，它是一個世界，與它相比其他星體都只是全然無味的貧瘠之地。火星上的資源能允許旅行者種植食物，生產塑料和金屬，產生大量能量。如今人類社會大量使用的一切元素，在火星上都可以找到充足的儲備；它的環境條件，從輻射情況、可用的陽光、日夜溫差幾方面來評估，也都在人類地表定居不同階段的可耐受範圍內。火星的能源終有一天會令這顆紅色星球從探險樂園躍身變為百萬居民可以建立新生活的活力社區，它將被打造為一個新世界。
不過，只有發展出開採利用這些有用原材料的技術，它們才能成為真正的資源。如果人類需要定居到火星，哪怕僅僅是要建立一個永久性的任意大小的科學設施，都需要開發一套新的能源利用技術，並在火星上加以演示。為了完成這一目標，我們需要在火星上建立大型基地，從而進行農業、土木、化工和工業方面的各種工程學研究。基地還使我們能夠進行火箭推進的飛行器活動，去往全火星，這會大大增強我們在這顆紅色星球上尋找礦物資源和科學財富的能力。
因此，進行了一定數量的探測任務後，就可以在火星上選擇最佳發展位置，屆時火星任務就可以從探測升級到第二階段，即基地建設。初始的火星直擊探索任務中，火星空氣被用來提供燃料和氧氣；而在基地建設階段，這一初級水平的當地資源利用將會被超越，永久性的火星基地將主導一系列可以把火星原料轉化為有用能源的新技術，而且技術會越來越豐富。要建立一個龐大的火星基地，我們需要學習如何在火星上提取原生水，並種植溫室作物；如何生產陶瓷、玻璃、金屬和塑料；如何構建居住艙和充氣性結構；以及如何製造各種有用的材料、工具和建築。探險期的初期任務可以用4名成員這樣的小隊人馬來完成，利用斯巴達時期的簡陋基地帳篷在火星表面的廣袤領域中活動；但建立基地需要很多人員進行勞動分工，也許需要50人，他們會攜帶各種設備並耗費大量能源。簡而言之，基地建設階段的目標是開發大量有用的技術，在火星上生產食物、衣服、住房，以及其他一切需要的東西，使移民到這顆紅色星球上的可能性越來越大。
建立基地
火星直擊任務中，隊員們每隔一年都會打開火星上一片新的疆域，以供探索和可能的定居。最終，會有一個前哨基地被認為是第一個火星永久基地的最佳選擇。一旦確定了這一位點，此後所有的新隊員都將在這一選定位點降落飛船。在火星直擊任務中，隊員離開後，他們使用的居住艙會留在火星上。因此，隨著任務進程的發展，各次任務都將在基地結構中增加一個居住艙。降落在基地位點（根據便利程度選定）的居住艙起落架上有輪子，在電纜和絞盤的幫助下，各居住艙可以移動到一起，直接連接或用充氣隧道進行連接。另一種方法是，第二代蝸居的起落架不僅能上下連接（所有起落架都可以），還能左右連接，這令六條腿的蝸居可以像威爾斯（H. G. Wells）的《世界大戰》
[1]
中描寫的那樣，在火星表面到處行走！這兩種方法中的任何一種，都可以令火星直擊任務中「魚罐頭」式的居住艙成為互相連接的網路，迅速建立起某種規模的火星初級基地。
【Woking tripod，圖片出處：維基百科】
住在魚罐頭裡，雖然對擁有鋼鐵般意志的首次火星探索隊員中的男女來說可能夠了，可這樣的前景對於支持永久火星基地中的大量科研人員來說就不太令人滿意了，作為移民火星計劃的基礎則更接近無望。因此，早期任務中包括基地的自我發展和大型居住結構的後續發展。這就需要使用我們在登陸火星時採用過的「遠離家園生存」策略，採集當地材料組裝新結構。
磚制拱頂在20世紀80年代末發表的一系列論文中，工程師布魯斯?麥肯齊（Bruce MacKenzie）根據一些細節進行分析後，得出結論認為，在火星上最初進行大型建築的最理想當地材料是磚。這一缺乏技術含量的概念乍聽之下可能非常令人吃驚，但此提議也有很多優點。磚的製作相當簡單，地球上很多最早的城市也是由磚塊建造起來的。基於同樣理由，磚塊也可能成為火星首次人類定居的理想建築材料。要想進行磚塊的大規模生產，你只需要採集好的細土，把它弄濕，放入模具輕度壓型，乾燥，然後烘烤。甚至不需太高的溫度——世界上很多地方依然在使用太陽下晒乾的磚塊——300攝氏度的烤箱溫度就能得到不錯的磚了。如果摻入一些廢料如扯碎的降落傘布，還能進一步增加黏合力。（你也許會回想起聖經中對埃及人的描述，他們用稻草混合泥土來製作磚塊。這是很的工程學方法，複合材料製作的早期案例。）現代一流的磚塊需要900攝氏度的窯溫，但這在火星上也是可以實現的，使用太陽反射鏡熔爐或基地核反應堆的餘熱。當然了，這個過程是需要用到水的，但如果能正確建造烤爐，只要磚塊烘烤前在200攝氏度進行乾燥，幾乎所有的水都能從蒸氣中回收。火星上幾乎到處都是可用於磚塊製造的完美原材料。火星表面大部分都覆蓋著顆粒細膩、富含鐵質的黏土狀灰塵，至少有幾十厘米深。加水混合後，同樣的紅土也能被用於生產灰漿，令磚塊黏合在一起。事實上，在20世紀80年代末，馬丁?瑪麗埃塔公司用火星土壤模擬物進行過實驗，化學家羅伯特?博伊德（Robert Boyd）證實，僅僅將火星土壤弄濕後乾燥，就可以得到超過地球水泥一半硬度的「硬泥」。29海盜號得到的結果顯示，火星土壤含有大量鈣（約5%）和硫（2.9%）；針對已知來自火星的SNC隕石的分析發現，這些物質在紅色星球上以石膏（CaSO4?2H2O）的形式存在。在地球上，石膏是用於製作灰泥的原材料，經過烘烤還可以製作石灰。加入灰漿就可以製作傳統的硅酸鹽水泥，它的抗張強度會有很大的改善。
結構材料的抗張強度和抗壓強度各不相同，分別反映了它們抵抗拉伸和撞擊的能力。繩子或纜線的抗張強度很大，但沒有抗壓能力。鋼樑則兼具這兩方面的能力。另一方面來說，磚砌的牆和柱子有足夠的抗壓性，但抗張方面比較弱。它們很難擊碎，但也沒有能力把大件物品維繫在一起。然而，三千年前古埃及人用磚塊和灰漿建造的建築，如今依然屹立在大地上。用磚塊搭建的結構在火星上也能有同樣的穩定性，只要火星建築符合統領幾乎所有古建築的中心法則：讓磚結構處於受壓環境下。
要在火星上建造一個加壓的磚結構，你需要挖掘溝槽，然後在其中建立一個羅馬式的拱頂，如果能像【圖1】所示那樣，建立一系列的羅馬式拱頂甚至是羅馬風格的中庭就更好了。拱頂上覆蓋著泥土，因此有一個很大的向下負荷，只有這樣才能用所呼吸的空氣（用第6章中描述的化學制氧裝置生產，或本章稍後描述的溫室氣體）給它加壓。需要多少覆土，取決於所使用的空氣壓強是多少。如果堅持我們建議的火星標準——5 psi（與天空實驗室一樣，相當於3.5 psi的氧氣和1.5 psi氮氣），則拱頂受到的壓強大約為3.5噸每平方米。假設火星土壤的平均密度是水的4倍，則拱頂上需要一層2.5米深的灰土，就足以為整個結構提供壓強。（要記得火星上的重力只有地球上的0.38倍。如果能達到地球上的重力，我們只需要1米深的土。）如此之深的灰土層也能提供很強的輻射屏蔽，減少居住在這一地下結構中的人們所要遭遇的宇宙射線暴露，使其幾乎相當於地球水平。另外，土壤還能提供完美的熱量隔絕，使火星表面顯著的晝夜溫差降低到幾乎可以忽略的水平，極大地減少用於給居住艙升溫的總能量。磚塊和土壤的結構可能會漏氣，雖然速度會很慢。這一點是可以進行補救的，只要將一層薄薄的塑料密封膠噴在牆壁上，或以壁紙的形式粘在牆上。隨著時間的流逝，緩慢的泄漏有自我修復的趨勢，因為結構中泄漏的相對潮濕的空氣會在周圍土壤中形成可封閉漏縫的永凍層或冰。正如【圖1】所示，採用這些相對簡單、從根本上說很古老的方式，火星上就可以建造像購物中心那麼大的加壓建築。
【圖1，單獨或成系列的羅馬式拱頂（a）可以用於在火星上建造大型地下加壓居住艙，甚至包括寬敞的門廳（b）。（設計：麥肯齊，1987）】
圓頂中的家園住在一個地下購物中心，已經比火星直擊時住在魚罐頭裡好多了（我十幾歲的女兒蕾切兒聽到有機會住在購物中心一定會開心地跳起來），但在火星上我們還能做得更好。我們不需要用穴居的方式來保護自己遠離輻射（像在月球上那樣），因為火星大氣層厚度足以保護居住在地表的人們抵抗太陽耀斑。火星的地表對我們敞開了歡迎的懷抱，即使是在基地的建設聯合階段，也可以使用透明塑料製成的大型充氣結構，外覆薄層硬塑料抗紫外線耐磨網格狀拱頂。它們可以迅速大規模建造，既可以用於人類居住，也可以用於作物種植。需要順便一提的是，即使沒有太陽耀斑和長達一月的晝夜周期的問題，在月球上使用這種簡單的透明地表結構依然是不實際的，因為它們內部將產生無法忍受的高溫。而在火星上，相反，這種拱頂產生的強烈溫室效應正好可以被用於必要的內部氣候溫度打造。
在基地建設階段，可以安置這種直徑50米、內含5 psi氣壓的圓頂以支持人類活動。如果用高強度塑料，如凱夫拉爾
[2]
（其織物屈服應力高達200000 psi，是鋼的兩倍）來製造這樣一個1毫米厚的圓頂，其強度會達到抵抗爆破力所需強度的3倍，僅重8噸（含地下半球），另有4噸的非承壓樹脂玻璃（Plexiglas）屏蔽層。（用於居住的圓頂用防爆凱夫拉爾纖維製造，在災難中不會倒塌。即使有大口徑子彈橫穿50米直徑的圓頂，內里的空氣也要兩周左右才會泄漏光，有足夠的時間用來修復。）在定居的早期幾年，這種圓頂需要在地球預製。之後，它們可以在火星上製造，拱頂也可以更大。（加壓拱頂的質量與它半徑的立方成正比，不加壓屏蔽拱頂的質量與半徑的平方成正比：100米的拱頂約為64噸，需要16噸的樹脂玻璃屏蔽，依此類推。）
最大的問題是圓頂的豎立。加壓可彎曲容器形成的天然形狀是球形，這種情況下，負載在各個方向是相等的。球形簡單又可靠，但用作拱頂形居住所的基礎卻的確是個問題，因為你需要進行大量挖掘工作來將其豎立。想像你要在沙灘上埋個沙灘球，讓它下半部埋進沙子，上半部露在外面。要完成這個工作，得挖個跟下半球尺寸一樣的洞。雖然這在沙灘上可能還算輕而易舉，但要在火星上豎起一個50米的圓頂可絕非易事。因為你得先挖個洞，把你的球放進去，其後再把挖出來的東西填回到下半球的內部。你最終要得到的是一個方圓50米的巨大空間，而地板到圓頂頂部是25米（【圖2.a】）。很漂亮，但工程量可不小，因為它需要你挖出並回填260000噸的物質。如果能找到一個尺寸合適的環形山，那這開頭可給你省了不少事，但指望大自然給你留兩三個你想要的基地位點，可能不會有正好這麼合適的事。
【圖2，在火星表面建造圓頂的幾種方法：（a）埋下半個球形；（b）埋一個下半球曲率半徑為上半球2倍的圓頂；（c）將一個「帳篷」式的圓頂用打錨的方式固定在地面；（d）將一個球形居住複合體整個放置在地表，用凱夫拉爾纖維垂吊固定艙板。（繪圖：邁克爾?卡羅爾（Michael Carroll））】
這個問題有一個解決方法，但需要上、下半球有不同的曲率半徑。把一枚小硬幣放在一枚大硬幣上，你就會明白我的意思。半徑大的硬幣，曲率半徑也大。大硬幣形成的拱形比小硬幣的更偏平坦。為了解決我們的挖掘難題，與其在地下部分使用真正的半球，不如用一個局部的球體，它的曲率半徑比上半球要大（【圖2.b】），這樣能大大減少我們的挖掘工作。比如，如果上半部分的拱形是直徑50米的真正半球（曲率半徑25米），則地下部分的球體曲率半徑可為50米。這樣一來，我們不再需要挖掘一個25米深的半球形洞來放置我們的居住艙，只需要淺淺的3.35米的坑就夠了；需要搬運的土壤量也從260000噸減少到了約6500噸。這個數字使整個提議聽起來靠譜多了。如果採用每小時能裝滿一台標準自卸式卡車（20立方米）的挖掘和搬運設備，整個挖掘工作需要40個班次（每班次8小時）來完成。
另一個辦法是用一個半球形的圓頂帳篷。當我們用球形圓頂時，需要把球形的下半部分埋起來；但用帳篷時，只需要將帳篷的圓邊或者叫「裙邊」在地表深處做好密閉（【圖2.c】）。然而，這還是需要較大量的挖掘工作，因為直徑50米含有5 psi的圓頂會經受到總的6926噸向上的力，將它從火星地表刮跑。這相當於在周長上每米承受44噸的力。因此，如果可以為整個圓頂的「裙邊」鋪設3米寬的錨定帶，假設塵土的密度是水的4倍，則裙邊需要被錨定在地下10米深，這樣錨定帶上的裙邊底才能固定圓頂。為了固定這樣的一個圓頂，需要挖一條3米寬、10米深、周長157米的溝，把裙邊埋下去，然後再給裙邊錨定帶重新填土。挖溝的過程需要搬走18800噸的土。另一個工作量更少的辦法可能也能達到效果，挖一個淺得多、狹得多的圓形溝（比如1米寬、3米深，只需要挖1900噸的土），把裙邊放進去，然後用長而深的帶倒鉤固定樁把裙邊插入地下。固定樁帶有導管，可以把熱水注入地下，這些水最終會與土壤凍在一起，成為固定樁牢固的永凍圈，從而令圓頂在原地非常牢靠。
還有第四個選擇，仍使用球體，但不把它埋起來。取而代之的是，我們用一系列凱夫拉爾纖維纜繩圍繞球體，按不同緯度平行懸掛，將球體內部的每一層艙板吊起來，如【圖2.d】所示。比如，如果使用的是直徑50米的球體，第一層應該離球體底部4米，上一層7米，再上一層10米，依此類推。每隔3米一層，一共15層艙板，達到底面以上46米高。這種結構組成的居住地總面積可以達到21000平方米。鑒於結構的自然特點，它無法承擔很重的負載，所以內部需要使用某些輕量的材料（如隔音塑料泡沫）進行分隔，把每層分隔為公寓、實驗室、食堂、健身房、禮堂，或其他任何需要的空間。人可以在球體的「南極」通過帶空氣鎖的隧道進入該結構。在球體基底打樁的泥土將有助於分散球體質量產生的對火星的壓力。豎立一個中央磚柱還可以加強每層的負荷能力，並有助於在結構內引入電梯。由於這一自由豎立的球體高高突出於火星地表，所以用於屏蔽的非承壓網格狀樹脂玻璃拱頂也要比其他幾個方案的大得多，但它的質量依然只是在16噸左右。
我們可以看到，在火星地表設立大型居住圓頂，需要在一個新環境中應用大量新型非比尋常的土木工程技術。因此，早期火星建築可能會模仿羅馬式建築，採用帶有簡單的地下結構的圓頂。然而，一旦掌握了所需的生產和土木工程技術，50~100米的拱頂網路就可以快速生產和應用，為人類居住和農業生產都開拓大片疆域。在根植於地表的圓頂中（【圖2.a，b，c】），人們可以住在相對傳統的磚塊造成的房屋中（只是沒那樣的屋頂）。如果只需要農業生產區域，圓頂還可以做得再輕些，因為植物最多只需要0.7 psi的大氣壓。事實上，由於對氣壓和穩定性的要求較低，火星圓頂很有可能最初僅用於支持溫室農業，然後再逐漸發展為大型室外地表定居點。
製造塑料正如著名電影《畢業生》中，達斯汀?霍夫曼的一位家庭友人所指出，現代生活的關鍵物質都是由塑料製成的。進入塑料世界，你的未來就有保證了，我的孩子。既然火星和地球一樣，擁有大量天然碳和氫，進入塑料產業的機會在那兒也比比皆是，我們在這個領域大有可為。
在火星上製造塑料的關鍵是生產合成乙烯，這是第6章討論過的逆向水氣轉移反應（RWGS）的一種延伸，RWGS可以用於生產氧氣。我們可以在這裡回憶一下RWGS：
H2+ CO2 →H2O + CO——(1)
我們用這個反應在火星上生產我們需要的氧氣：令火星大氣的二氧化碳與氫氣撞擊，去除一氧化碳，電解得到的水，將釋放的氧氣儲存起來，循環使用得到的氫氣生產更多的水，從而得到更多的氧氣，周而復始。但是，我們可以做些小小的變動。如果不像等式（1）那樣用1∶1的氫氣和二氧化碳，而是3∶1，於是：
6H2 +2CO2 →2H2O+2CO2 +4H2——(2)
（是的，我知道我可以去掉等式（2）兩邊的公約數2，它依然是成立的，但你們就聽我的吧。）現在，我們從等式（2）得到了水，把它冷凝出來，也許電解也許不電解，這取決於我們是想要水還是氫和氧。然後，重要的一點是，拿走水之後我們把剩下的東西怎麼處理。如果我們把剩下的一氧化碳和氫氣混合物拿到另外一個反應器中，在鐵基催化劑的催化下，它們可以這樣反應：
2CO + 4H2 →C2H4+ 2H2O—— (3)
哦耶！C2H4就是乙烯，重要的燃料，石油化學和塑料工業的關鍵。反應（3）是強烈的放熱反應，所以與第6章中討論過的產生甲烷的薩巴蒂爾反應一樣，可以作為熱源，為驅動吸熱的RWGS提供能量。它的平衡常數很高，因此可以得到高產量的乙烯。通常會發生副反應，產生丙烯（C3H6）。這是好事，因為丙烯也是一種出色的燃料和寶貴的塑料生產儲備物。反應還可能產生蠟質高級烴，它們不那麼好，如果不及時從產物中蒸餾出去，可能會產生問題。然而，雖然問題更複雜了，這還是比簡單的薩巴蒂爾反應堆有優勢。首先，乙烯每個碳上只有兩個氫原子，而甲烷有四個。因此，使用乙烯代替甲烷作為燃料，會將製造燃料過程中需要的氫或水減少一半。其次，乙烯的沸點（在1個大氣壓下）是-104攝氏度，比甲烷的-183攝氏度高得多。事實上，在幾個大氣壓下，乙烯可以在火星平均環境溫度中存放，不需要冷藏，而甲烷的臨界溫度低於火星標準夜間溫度。因此，乙烯在火星上不需要使用超低溫冰箱就可以液化，而甲烷不行。這能把乙烯/氧氣推進劑生產系統所需要的冷藏能量減少為甲烷/氧氣生產系統的一半。這也會大大降低隔離乙烯燃料艙的費用，對所得燃料的處理也簡單得多。第三，液化乙烯的密度比液化甲烷高50%，因此在火星上升飛行器或者地面火星車中如果使用乙烯代替甲烷燃料，可以用較小並較輕的燃料艙。第四，乙烯除了作為火箭、火星車或焊接用的燃料，還有別的作用。它可以用作麻醉劑、水果的催熟劑，還可以用作減少種子休眠時間的一種手段。所有這些功能對於發展火星基地都是非常有用的。
雖然它已經表現如此出色，但以上這些與乙烯和丙烯的主要使命相比簡直不值一哂。它們作為基本原料，可以用於製造聚乙烯、聚丙烯和許多其他種類的塑料。這些塑料可以塑形成薄膜或織物，創建大型充氣結構（包括居住的圓頂），並生產服裝、箱包、絕緣體和輪胎等。它們還可以做成高密度的堅硬形式，生產瓶子及其他大大小小的水密封性容器、餐具、簡單工具、農具、醫療設備，以及數不清的其他小而必要的物件、盒子和各種尺寸形狀的剛性結構，可以做成透明或不透明的。潤滑劑、密封劑、黏合劑、膠帶也都可以被製造出來——這是個長得幾乎沒有盡頭的名單。因此，在火星上開發基於乙烯的塑料製造能力，將為我們提供無窮多的好處，為人類在紅色星球上定居打開所有可能性和能力。
塑料製品當然是現代社會最核心的材料。它們可以在火星上製造，因為碳和氫在那兒無處不在。那些認為在月球上定居比在火星上好的人可以暫時閉嘴了。月球上並沒有大量可用的碳和氫；在極地環形山永恆的陰影下，在超冷空氣之外，它們的含量是百萬分之一級別的，就好像海中淘金。在月球上永遠不可能製造便宜的塑料。事實上，對月球來說，很長一段時間裡，塑料的價值會和同重量的黃金一樣寶貴。
參考資料[1]War of the World，知名科幻小說，2005年有同名電影，由史蒂文?斯皮爾伯格導演，湯姆?克魯斯主演。
[2] Kevlar，杜邦公司註冊的高性能纖維。
《趕往火星》——在火星上建基地（下）
製造陶瓷和玻璃
黏土型的礦物在火星表面土壤中也是無處不見的。因此，將制陶工藝用於陶器生產和其他用途也是件簡單的事。海盜號登陸器在火星上測量到的最常見材料是二氧化硅（SiO2），其占海盜1號和海盜2號土壤樣品重量的約40％。二氧化硅是玻璃的基本組成部分，因而可以很容易地在火星上用熔沙技術生產玻璃，而這種技術已經在地球上用了數千年了。然而，對於火星玻璃行業來說不幸的是，那裡第二常見的化合物（約佔海盜樣品的17％）是氧化鐵，Fe2O3。這就帶來了問題。如果你想得到光學品質的玻璃，作原料的沙必須是幾乎不含鐵的，而這種沙在火星上可不太容易找到。所以，如果想在火星上製造光學玻璃，首先需要去除氧化鐵。我們可以用RWGS反應堆中熱的一氧化碳「廢物」把氧化鐵敲掉，生成金屬鐵和二氧化碳，然後用磁鐵把金屬鐵產物吸走。我承認這會很煩人，但你可以把取出來的鐵用在其他方面，比如鍊鋼，這一點稍後將作討論。事實上，基地需要的鋼一定比光學玻璃多，基地運行一段時間後，就不缺已經去除鐵的材料了，玻璃製造商們有得忙了。然而需要提出的是，很多重要的玻璃製品並不需要使用光學玻璃，包括用於建造各種結構的優良材料——玻璃纖維。
取水在火星人腦海中，有一個問題永遠是最重要的，比當地勞工、婦女的參政權和東方問題加在一起還重要——水的問題。如何取得足以支撐生命的水，是每天最大的公共問題。
——帕西瓦爾?洛威爾，《火星》，1895
帕西瓦爾?洛威爾可能在很多事情上都錯了，但他關於火星之水的看法卻頗有先見之明。從製造火箭燃料、火星車燃料和氧氣，到生產塑料、磚塊、灰漿和陶器，從農作物種植，到密封泄漏和用人工凍土層硬化土壤，我們目前討論的通過人類探索和定居打開火星的一切機會，都建立在水的基礎上。把水運輸到火星上顯然是個毫無希望和吸引力的主意，不過最初幾次任務的時候，我們還是可以負擔水的製造的，只需要把它11%的氫從地球上帶過去，與火星二氧化碳大氣中的氧相結合即可得到水。一旦火星基地開始建造，我們就必須進步。人類活動的開展、更多土木和化學工程的使用，尤其是在基地建造階段不斷發展的農業，都會使得對推進劑的要求水漲船高，對火星上用水的需求也會相當高，屆時從地球運輸氫氣去火星不再具有可行性。如果人類想在火星上繁衍，我們就必須找到辦法，在當地獲得水。
所以，我們夠聰明的話，就得把基地建設在水源附近。這是很可能實現的。如果你看看今天的火星，會看到火星北極地區的大片凹陷地形，其中點綴著幾個環形山。我們相信在火星的早期歷史上，這一巨大盆地曾經灌滿了水，因此在這顆星球第一個10億年左右的流星撞擊事件中保護了它。這片古老海洋的最後殘餘，是北部的極冠，它由水冰組成（目前估計約200萬立方千米）。歐洲的「火星快車號」軌道探測器也發現火星北部有充滿水冰的環形山。但這些都只是純水的已知來源。在軌道上用伽馬射線和中子譜儀對火星進行測繪，NASA的「火星奧德賽號」飛船發現，火星的兩個半球都有面積與大洲相當的大片區域，其地表土壤中40%~60%的質量是水分。然而，我們從軌道照片上看，會發現北部的乾涸河床和流出河道比南方的多。這些河道的最後歲月中，它們可能把冰或永凍層留在了河道口。這些沉積也許今天還在，覆蓋在塵土下而遠離我們的視線。從軌道進行的大氣濕度測量也毫無疑問地發現北半球比南方潮濕，全年最濕潤的就是北方的春天。北半球過去曾存在更大量的水分，這一事實對未來的火星定居非常重要，還有另一個原因：水文學活動對於形成大量的各類礦石也非常關鍵。如果霍勒斯?格里利
[1]
曾住在火星上，他給予年輕的火星人關於尋找財富的忠告會非常簡單：去北方。
在火星上取水有許多可能成功的辦法。首先，最有吸引力但最成問題的方法很簡單：找到它。如第6章中討論的，火星上有可能存在地下的液態地熱水池。火星車上的隊員們攜帶探地雷達，可以探測距地表深1千米的地下水。火星車隊員不需要進行隨機搜索。軌道、飛船或氣球上的探測器可以用低解析度雷達先進行檢測，確定哪兒最有可能成功。還有些其他的線索來源，比如可能會發現甲烷噴發口，這標誌著地下有水熱活動（甚至是可能的生命！）。類似火星全球探勘者號所提供的那種圖像能夠揭示懸崖邊或環形山在最近臨時流出的水。如果我們能發現這樣的水池，並向下鑽取，熱的壓水會像得克薩斯油田井的油那樣直接噴出地面。一旦它與火星的低壓寒冷空氣相遇，水溫就無法保持太久。根據其彈射速度，它可能會在100米距離內凍結成冰晶，落回到地面。一個雪火山會迅速形成，可能體積還不小。以如此壯觀的方式提取水有點浪費，因為這種熱水井代表了可觀的能源。但是，僅考慮水源的問題，把基地設在熱水自流井旁邊也許再好不過了。
當然了，不能指望事情總這麼順利。在可鑽取範圍內可能無法得到地下液態水。那怎麼辦？次好的選擇是找到鹽水。飽和的鹽溶液在-55攝氏度的低溫中依然可以是液態的，也就是說即使沒有地熱，這種鹽水依然可能在如今的火星上，在中層土壤或冰層中未蒸發掉，也許十分接近地表。鹽水除了是好的水源，其中還可能蘊藏著現在的火星生命。目前火星上還未確定過鹽水的存在，但勇氣號和機遇號火星車都在古老的湖邊發現過大量的鹽。部分科學家相信，這些從軌道上拍攝的火星盆地照片周圍的淺色部分，可能代表了大量的鹽沉積，它們在火星上消失的海岸線處遺留下來。
排在鹽水之後，下一個引人注意的火星水源是冰。火星北極冠有大量水冰的沉積，但我們不想在那兒建立基地。在北緯70度以南區域，我們沒有看到大量永久性的冰沉積，但理論顯示，北緯40度以北的地下1米左右可能有穩定的冰層。這可能只是局部區域的異常。在我所居住的科羅拉多州，房子南側是夏季時，房子北側可能是冬季。甚至在酷熱的8月中旬的某天，也可能看到山的北坡陰影凹陷處有個雪窩，這種情況並不少見。建立在這種經驗的基礎上，我們有理由懷疑火星上有些冷的縫隙、熔岩、洞穴或山坡北面背陰處都可能找到冰，即使行星尺度的氣候模型認為這不可能。這種情況是已被證實了的。火星勘測軌道飛行器2009年的觀測報告顯示，在北緯43度和56度之間相對較新的五個環形山中數英尺深的地方找到了純水冰。（三個位置在Cebrenia方區，分別是55.57°N，150.62°E；43.28°N，176.9°E；和45°N，164.5°E。其他兩處位於Diacria方區，分別是46.7°N，176.8°E和46.33°N，176.9°E。）這一發現證實了火星的中緯度地區也有純水存在。
不過，這種純水的儲備在非極地區域依然不是隨處可見。火星探測者們更容易找到的是永凍層，或冷凍泥。它們當中會含有大量的水，但需要帶著炸藥才能採取。永凍層在火星溫度下是相當堅硬的。事實上，在某些應用方面，它是火星建築的完美材料。永凍磚比火烤出來的紅色黏土磚強度大得多，而且不需要用烤箱來製作，也不需要用灰漿來黏合。立刻成型，只需加水。立刻取水，只需融岩。
聊了這麼多關於火星水勘探和開採的英雄式故事，下面看看更世俗更工業式的做法。
火星土壤中含有一些水。我們知道這是事實，因為在兩次海盜號的登陸位點，從最表淺的10厘米地表隨機取樣的土壤加熱到500攝氏度時，都發現了占質量1%的水。這個結果不壞，但這個測試不太公平。因為地表土壤是最乾的，樣品也只被加熱了30秒，而且測試前，在15攝氏度的環境下，樣品已經在非密閉容器中放置了好幾天。15攝氏度遠遠超過了火星的平均溫度，很有可能已有大量水分在測試前就從樣品中排出了。根據海盜號的結果，可以認為火星土壤中平均水含量至少有4%。這一點已經由火星奧德賽號證實。但肯定有某些土壤比平均水平更潮濕。比如，火星上的鹽會與10%的水分發生化學結合，在適當的溫度下加熱就可以將水釋放。火星上常見的黏土也具有出色的吸水能力，比如在SNC隕石中已經發現的蒙脫石土。蒙脫石黏土，又稱皂土、膨潤土，它能吸收占自身質量百分之幾十的水，在這個過程中體積膨脹。SNC隕石中也發現了許多礦物石膏。石膏在火星上似乎也很常見，因為海盜號兩次登陸位點測量到的硫和鈣都比它們在地球土壤中的平均含量高得多（分別為後者的40倍和3倍）。石膏可含有占質量20%以上的水。
無論是4%還是20%，要從土壤中得到水，所需要的就是加熱。這可以用兩種方式做到：把土壤放進加熱器，或者把加熱器放進土壤。【圖1】顯示了第一種方法。一輛滿載著相對潮濕土壤的卡車把負載都倒進傳送帶送入烤箱。烤箱能把土壤加熱到500攝氏度左右，令吸附的水以氣體形式排出。這種方式產生的蒸汽通過冷凝器收集，脫水後的塵土傾倒掉。得到的「渣堆」會帶來不便，但這一系統的效能還不錯。如果用含水4%的土壤作為給料，運行系統所需的能量大約為每千克水3千瓦小時（kWh）。依此計算，用100千瓦電力（kWe）的反應堆驅動烤箱，水產量可以達到每天900千克；如果用反應堆的餘熱烘烤塵土，則水產量能達到每天18000千克。（目前太空核動力源使用的溫差電池在熱力轉化為電力方面只有5％的效率，其他95%都是「餘熱」。）
【圖1，用於在火星土壤中提取水的卡車、烤箱和扎堆系統。（繪圖：邁克爾?卡羅）】
呃，那堆惱人的干廢渣怎麼辦呢？我們能以每天18000千克的速度生產水，但將會以每天462000千克的速度堆起脫水渣。這大概也在能忍耐的範圍內吧：不過是120立方米，6卡車的東西。也許我們也能把廢渣利用起來，也許乾脆倒進附近的環形山裡。但是，如果你不想身陷塵土中，另一個辦法就是把加熱器放進土裡。有個提議是用一個帶輪子的烤箱，沿著車轍採集土壤，烘烤，冷凝蒸汽，然後彈出干渣，邊走邊干。也許我們不能在這樣的系統上使用核反應堆，但旅行者號、海盜號、伽利略號
[2]
和其他外太陽系飛船上使用的那种放射性同位素溫差電池（radioisotope thermoelectric generator, RTG）是個不錯的替代。標準RTG能生產出300瓦電力，足以移動其本身，還能產生6000瓦餘熱，足以從4%級別的原料中每天生產56千克的水。這種裝置可以讓小隊人馬在野外隨身攜帶，或者作為早期探索任務的附加工具（單次500天地錶停留的火星直擊任務中，每天生產42
[3]
千克水，加起來就有多達28000千克水），但它的產量對於發展中的大型火星基地的需求來說太小了。當然，要滿足我們的全部需要，可以生產大量這種設備，但這些RTG可不便宜，而且我們還是需要搬運許多周圍的泥土、卵石和岩石，以免對設備造成磨損和傷害。這可不能算是種優雅的方式吧？
有個辦法可能是讓流動車使用微波設備給下面的土壤加熱。這會令土壤中的水分蒸發上升。車上攜帶某種冠狀天篷，周圍有柔韌的「裙邊」刷掃周圍地面。這種裙邊是有效的密封結構，能保持水蒸氣，讓它們大部分都凍在天篷的頂上，留作稍後收集使用。這個方案的優點是不需要挖土，另外微波可以調節，所以大多數能量被合理用於加熱水分子，而不是浪費在對水和土的無差別加熱中。不幸的是，上升的水蒸氣也會把熱量傳遞給土壤，所以最終依然有大部分熱量被浪費了（但比純熱力加熱系統浪費的要少）。然而，問題是微波能量來源必須是電力而不能是熱能。RTG產生的6000瓦餘熱不能用於該系統的驅動，僅能得到相當於300瓦的電力輸出。由於熱能高出20倍，因此，即使每瓦微波能量從土壤中取水的效率是熱力的2倍，我們還是只得到1/10的產能。如果水含量很高，而且地面堅硬難以打碎（永凍層就是這樣），這個系統也許比移動挖掘機幹得好，但它的產量依然較低。比如，我們假設在沉積有30%水（質量比）的永凍層操作這樣的系統，估計提取每千克水需要1kWe-hr的能量。在一個火星日（24.6地球時）中，用300瓦RTG驅動的微波車能提取大約7.4千克的水。想提高性能只能通過提供更多能量，或許能把設備車用長電纜連接到基地的核反應堆，將能量提高到100千瓦電力。這樣一來，每天能生產2200千克水，但失去了機動性。
我認為更好的辦法是在火星上的選定區域放置透明帳篷，通過溫室效應使內部自然升溫。在帳篷周圍放置大型輕質反射鏡可以提高溫室升溫的效率，根據太陽角度移動它們的位置，可以使封閉區域利用的太陽能最大化。帳篷內，土壤將被加熱，當然不可能達到500攝氏度，但能遠遠高於它的平均溫度。這會使土壤吸收的一部分水分開始排出，帳篷一角可以放置一個保持冷凍狀態的冰盤，把釋放的濕氣以霜的形式收集起來，就像你家冰箱起霜的情況。為了計算這個系統的有效性，可以認為火星上太陽能的平均利用率為500瓦每平方米（W/m2）。如果帳篷為一個直徑25米的半球，帳篷溫室效應加上反射鏡的作用，相當於向帳篷中額外加了200瓦每平方米的熱量，則系統的總有效能量為98千瓦。這足以讓含水4％的土壤每天（8小時）釋放300千克的水。帳篷中最淺的半厘米土壤內就應該有這個量的水。如果帳篷用0.1毫米厚的聚乙烯製成，質量將僅有100千克（在火星上相當於38千克），因此火星車隊員可以每天都把它帶到一個新的位置。隨著帳篷的移動，已經開採過的地表土壤會自然地重新補充水分，所以同一區域可以反覆取水。
【圖2，從火星土壤中提取水的移動方法：（左上）輪上集土器；（中間）帶裙邊的移動微波系統；（下）帶冷凝器的可移動溫室帳篷。（繪圖：邁克爾?卡羅爾）】
另一個完全不同的方法就是從火星大氣中提取水。這裡的問題是火星上的空氣非常乾燥，通常情況下你需要處理100萬立方米火星空氣才能採集到1千克水。在一篇經典論文中，工程師湯姆?邁耶和火星科學家克里斯?麥凱提出，一種機械壓縮系統能夠完成這個任務。他們發現，生產每千克水大約需要103千瓦時的電能。將這個結果與上面描述的土壤取水系統比較（耗費的熱能大約為每千克3千瓦時），它看起來毫無吸引力。但需要指出的是，壓縮系統同時也會從大氣中提取大量有用的氬氣和氮氣，用於基地的生命支持。然而，最近，華盛頓大學的Adam Bruckner、Steven Coons和John Williams進行了一項新研究，摒棄空氣壓縮，簡單地用風扇把沸石吸附床中的空氣吹起來。沸石是一種極致的乾燥劑，可以在十億分之幾級別的大氣環境中降低水氣濃度，這比火星濕度還要低。在火星溫度下，沸石能吸附自身質量20%的水。一旦沸石飽和了，你可以把水烤出來，所耗能量大約是每千克水2千瓦時熱能，而乾燥後的沸石還可以再次使用。由於你所要做的僅僅是去除空氣而不必壓縮，機械風扇的功率遠遠低於邁耶和麥凱系統的壓縮功率，後者處理每千克水可能還需要2千瓦時的額外電能。因此，這裡的能源成本完全能與土壤取水系統相媲美。然而，任何火星大氣取水系統都會遇到一個主要問題：要達到有用的輸出量，系統的尺寸會相當大。比如，如果系統配備的輸入管道橫截面達到10平方米，風扇進氣速度達到100米每秒，每天還是只能生產90千克左右的水。然而，因為這一機器無需挪動，基地僅需提供8千瓦電力能源來運轉風扇。考慮到也不需要挖掘或勘探工作，綜合起來，系統幾乎可以完全自動化。而使用的原料，空氣，是無限再生的，最終令這種大氣取水系統具有相當的吸引力。
綜上所述，也許火星上可用的水還無法支持洛威爾眼中縱橫交錯的渠道，但對於在火星建立前哨來說無疑是足夠了。毫無疑問，從火星乾旱的環境中取到的水，將為這個紅色星球增加一抹綠色。
紅色星球的園藝高手鑒於星際運輸的成本，顯而易見，如果有大量人群需要在另一個世界定居，他們最終需要自己種出口糧來。在這方面，火星與月球或所有其他已知地外星體相比，有一個巨大的優勢。形成有機體的四大主要元素是氫、碳、氮、氧，它們在火星上都是大量存在的。有人認為小行星可能含有碳物質，並提出一些證據說明近期的月球探測器顯示月球南極的永久暗面也有一些冰的沉積。但是，這些討論都偏離了重點，因為月球和其他無空氣星體[如傑拉德?歐尼爾（Gerard O』Neill）的提議]在規劃人造自由太空殖民地時遇到的最大問題是，陽光不能有效用於作物種植。這一點至關重要，但還沒有被很好地理解。植物生長需要的巨大能量只能來自陽光。比如，地球上一塊1平方千米的農田午間得到的陽光照射是1000兆瓦，這相當於美國一個百萬人口城市的能源負荷。換個說法，小國薩爾瓦多
[4]
作物生產用掉的陽光如果轉化為能源，超過地球上所有電廠加起來的發電量。與地球常態相比，植物大概可以把它們吸收的陽光減少為原來的1/5並依然正常生長。但問題仍然存在：植物生長所需的能量使我們無法用任何人造光來推廣大規模種植。而且，在月球或太空中有自然太陽光的地方進行種植，也沒有任何大氣屏蔽。（月球的問題更多，因為它的晝夜周期是28天一循環，對植物來說完全不可能接受。）因此，如果植物在月球或小行星上僅僅靠一層薄薄的溫室生活，會被太陽耀斑殺死的。為了在這樣的環境中讓植物安全生長，溫室壁需要是10厘米厚的玻璃，這種施工要求會令發展農業區域的費用大大提高。使用反射鏡和其他導光設備也不能解決問題，因為反射區域必須非常大，至少和作物面積一樣大，這在大片面積需要照明的時候是非常荒謬的工程問題。
另一方面，火星的大氣密度足以保護作物在地表生存免受太陽耀斑的傷害。在火星上，正如我們所見，可以使用網格狀拱頂保護下的大片充氣溫室，這能迅速營造大片適合作物生長的溫暖環境。火星的日照水平是地球的43%，完全能滿足光合作用的需要，而且還可以向圓頂中充入比地球濃度高的二氧化碳來令光合作用加速。我們已經知道，1毫米厚的凱夫拉爾強化圓頂纖維可以用於支持直徑50米的居住艙，令它內部壓強達到5 psi。然而，植物只需要0.7 psi，或者由20毫巴的氮氣、20毫巴的氧氣、6毫巴的水蒸氣和低於1毫巴的二氧化碳組成的大氣產生的50毫巴大氣壓強。僅厚0.2毫米的纖維便足以讓50米的圓頂成為溫室。這樣的圓頂大約能提供2000平方米的農田，而纖維質量大約1噸，另加4噸的樹脂玻璃。（樹脂玻璃製成的網格狀拱頂屏蔽罩不需要是傳統的半球，而可以僅是半球的一半，像圓頂頂部的透鏡。透鏡的形狀模仿上半球面，這會令屏蔽罩的製作更容易，因為所需要製作的高度降低了。這也能大幅削減植物用於向圓頂大氣中充氧的時間。）然而，0.7 psi對植物來說夠用，對人來說卻是不夠用的，圓頂內部如此之低的氣壓會要求在內部工作的人穿戴宇航服。如果將圓頂內部的氣壓升高到2.5 psi，宇航服就不需要了。然而，除非基地的農田嚴重短缺，否則還是把溫室圓頂的氣壓也升高到與居住圓頂一樣的5 psi更有意義。這樣我們就可以建造隧道，令人們可以身著便服在兩種圓頂之間自由穿行，而不需要進行加壓/減壓操作。另外，同樣的建築結構能讓大規模生產更簡便，也能讓人們在面臨人口增加的壓力時能搬進溫室圓頂。兩種圓頂的主要不同是二氧化碳分壓。在居住圓頂中，二氧化碳分壓被限制為地球水平，也就是大約0.4毫巴。但溫室中使用的是火星環境中的7毫巴，要比地球高得多，這能大大增加作物的產量。（作物在地球上時，二氧化碳是不足的。）正如我們所知，有多種可能的技術可以為溫室提供充足的水。因此，種植的基本先決條件——陽光充足的灌溉土地——是可以在火星上實現的。
火星是塊肥沃的土地嗎？不太好說。但根據我們已知的基礎，火星土壤似乎是作物生長的優良介質，事實上比地球上的大部分土地好得多。在【表1】中，我們列出了地球和火星土壤中植物營養元素的比較。火星土壤的數據是根據海盜號的結果和SNC隕石的分析完成的。
【表1】
查看【表1】，我們可以發現，火星土壤中的大部分植物土壤營養比地球更豐富。最大的問題是氮，由於其設計的限制，海盜號上用於分析土壤元素組成的X射線熒光光譜儀無法對氮進行評估。不過，氮在火星大氣層中是已知存在的，如果土壤中硝酸鹽貧瘠，氨和其他硝酸鹽化肥也是可以合成的。事實上，用於生產甲烷燃料的薩巴蒂爾反應器也可以用來產生氨，只要將氮和氫作為原料。這種反應器在地球上是化肥生產的主要來源。然而，根據我們目前對行星形成的了解，從起源上來說，火星氮的比例應該與地球相同，而且大部分應該依然存在，無疑還以硝酸鹽成分固定在土壤里。火星上應該能探測到天然硝酸鹽床，開採後只需以貨車裝卸就能為基地提供肥料。另一種在典型火星土壤中較為貧瘠的植物營養元素為鉀。這種元素大概以高濃度存在於火星古老水體乾涸岸邊沉積的鹽床中。
火星土壤的物理性質似乎非常適宜植物生長，分布在全球各地的土壤層呈現鬆散和多孔的性質，很容易通過機械方法使其支持植物生長。如前所述，火星土壤中已知含有蒙脫石黏土。這對未來的火星農民來說是個好消息，因為蒙脫石能夠非常有效地緩衝和穩定土壤pH，使其保持在微酸性範圍內，它們的高交換性質也確保土壤中儲存了大量可交換營養離子。
如前所述，火星溫室將加壓至5 psi（340毫巴），或者說接近地球海平面氣壓的1/3。因為火星的引力是地球的1/3，維持這個空氣密度也使昆蟲能夠飛行，促進蜜蜂授粉。最初，圓頂將僅以火星空氣加壓（95％的二氧化碳），加入幾個毫巴的人造氧氣，使植物可以進行呼吸作用。因此，火星植物將在富含大量二氧化碳的溫室環境中成長，光合作用的效率會相應增加。地球是一個缺乏二氧化碳的環境，植物將陽光轉化為化學鍵能量的效率約為1％。（森林或野生草原的凈生態效率低得多，也許只有0.1％，因為允許死亡植物分解。植物本身的效率要高得多；而在農業園區，我們對植物的利用要更充分，在它們被細菌分解之前就把它們收穫了。）在二氧化碳富集的環境中，光合作用的效率可以樂觀估計為3％。假設直徑50米的圓頂是一個真正的半球，地面種植的植物以這種效率需要花費310天將所有封閉的二氧化碳轉化成氧氣。如果使用透鏡形狀的上層拱頂（曲率半徑為50米，而不是25米），則僅需8天。海盜號在火星土壤中已經檢測到的氧化劑是沒有問題的，它接觸到水之後就能分解為還原性的物質，釋放出遊離氧。溫暖的溫室也將是一個潮濕的環境，其中的水氣循環將迅速令溫室中的土壤釋放出氧氣。
我們一定都聽到過素食者提出的觀點：大家都應該放棄吃肉，因為一畝玉米比一畝牛羊草料向人類提供的食物更多。這些觀點在地球上是存疑的，因為我們這個星球上的饑饉並不是由於全球性的糧食短缺造成的，而是由於分配不均，捱餓的人沒錢去買食物。然而在火星上，人們無法簡單地從環境中找到可耕種的土地，而要用圓頂等結構把耕地製造出來，素食者的理論就出現了價值。有一個強烈的動機使火星農業必須提高效率。要把牛、綿羊、山羊、兔子、雞和其他恆溫動物都大量納入食物鏈，是一件非常沒效率的事情。植物生產的能量大多數被吃掉它的動物用來保持自己的體溫了，只有很少一部分會被你攝取。（幾年前有些科學作者寫了些書，推廣山羊作為未來太空畜牧業的關鍵動物。它們大小適中，雜食性，繁殖快，能產奶，還有許多其他優點。這可能是真的。我是在城市裡出生的，但最近大部分時間生活在農村地區，我見過山羊的益處。但別讓它們接近我們的凱夫拉爾拱頂，它們什麼都吃。）另一方面，幾乎任何有收益的農業植物都有至少一半從來沒被人類食用過。以玉米、水稻和小麥為例，我們不吃它們的根、莖、葉，相反，我們把這些部位犁回土壤，自我安慰地認為它們會令土壤更肥沃。但如果那是我們的真實目的，我們應該把整株作物都犁回土壤里。實際上我們只是在浪費能源。所以，如果我們想提高效率，我們需要找到一種方法，好好利用植物不能直接食用的部分。現在是引入山羊的時機嗎？也許可以先來一些，逗逗孩子們，令基地的安全巡邏工作保持繁忙，因為在火星的輕重力下，山羊能跳過3米高的籬笆。也許還有更好的方法，其中一種是使用蘑菇。美國普渡大學由NASA資助的太空農業研究中心已經分離出一種蘑菇菌株，可以在植物的廢棄物部分上生長，並把70%的物質轉化為可食用的蛋白質，質量高得堪比大豆（大豆可比山羊好得多）。這種快速生長的蘑菇不需要陽光，只需要一個黑暗、溫暖的空間，廢棄的玉米秸稈，和一點點氧氣。換言之，你可以在壁櫥里建一個蘑菇牧場。順便說一句，這是應太空極端要求而發展出來的技術的一個例子，其在地球上可以實現大量應用來滿足人類的基本要求。但是，如果吃蘑菇和大豆會讓你覺得乏味，我們還有希望。冷血的食草動物，如羅非魚，也能合理有效地將廢棄的植物材料轉化成優質蛋白質。火星上的魚池？為什麼不呢？你不需要一個非常大的羅非魚池，而且它們也不會逃跑或吃你的圓頂。
最好還有能生產水果的果園。因此，最終還將有樹木。木材還可以用來製作傢具等。另外，它還能與農業中產生的其他纖維素廢料一起，被送入塑料製造業，這會令可生產的塑料種類大大增加。
火星冶金對任何技術文明來說，金屬製造能力都是基礎。火星向我們提供了豐富的資源用於生產金屬。事實上，在這方面，火星比地球富饒得多。
鋼目前火星上最容易得到的工業金屬是鐵。地球上的主要商用鐵礦石是赤鐵礦（Fe2O3）。這種材料在火星上無處不在，造就了這個「紅色」星球，並間接令它得名。將赤鐵礦還原為鐵是個簡單的過程，在《舊約》和《荷馬史詩》中均有記載，這在地球上已經進行了三千餘年。有至少兩種工序適合在火星上使用。一種方法本章前面已討論過，使用基地RWGS反應（1）H2+ CO2 →H2O + CO 廢棄的一氧化碳：
Fe2O3+ 3CO → 2Fe + 3CO2 ——（2）
另一種辦法是使用電解水產生的氫氣：
Fe2O3+ 3H2 → 2Fe + 3H2O ——（3）
反應（2）是輕微放熱反應，反應（3）則輕度吸熱。所以加熱反應堆到啟動條件後，就不需要多大的能量來運行了。在反應（3）中，電解廢水可以得到所需的氫氣，所以唯一需要的給料是赤鐵礦。而碳、錳、磷、硅，這四種製造鋼材最主要的合金元素，在火星上也是很常見的。其他合金元素，如鉻、鎳、釩，也有可觀的存量。因此，一旦生產出鐵，它可以很容易地與適量的其他元素一起生產合金，得到所需要的幾乎任何種類的碳鋼或不鏽鋼。
【圖3，建立火星基地。（繪圖：羅伯特?默里，火星學會）】
在火星基地，一氧化碳作為RWGS反應堆的廢棄物廣泛存在，開闢了火星上低溫金屬鑄造新技術的可能性。例如，一氧化碳在110攝氏度可以和鐵相結合生成羰基鐵（Fe(CO)5），它在室溫下是液體。把羰基鐵倒入模具，加熱到200攝氏度，它就會分解。模具中會留下純度很高的純鐵，釋放的一氧化碳能重複使用。也可以分解羰基化合物蒸氣將鐵分層沉積，這樣就能做出任何想要的複雜形狀的空心物體。類似的羰基化合物也可以用一氧化碳和鎳、鉻、鋨、銥、釕、錸、鈷、鎢生成。這些羰基化合物會在略為不同的條件下分解，這就使金屬羰基化合物的混合物能通過連貫的分解分離出純組分，一次一種。
鋁在地球上，除了鋼之外最重要的通用金屬就是鋁。鋁在火星上是相當常見的，占火星地表物質質量的4%。不幸的是，和地球上一樣，火星上的鋁一般只以非常穩定的氧化物（Al2O3）形式存在。在地球上，用氧化鋁生產鋁時，是在1000攝氏度的熔融冰晶石中熔解氧化鋁，然後用碳電極將其電解，電極會耗盡，冰晶石無損保留。如第6章所述，在火星上，可以熱解基地薩巴蒂爾反應器中產生的甲烷來得到碳電極。上述過程可以寫成：
Al2O3+ 3C → 2Al + 3CO ——(4)
反應（4）不但複雜，而且有一個重要問題就是，這個過程很吸熱。生產1千克鋁需要大約20千瓦時的電力。所以地球上鋁的生產廠都位於電力非常便宜的地方，如西北太平洋。在火星基地的建設階段，能量可便宜不了。以每千克的效率來說，100千瓦電力的核反應堆每天只能產生約123千克鋁。因此，我們將主要用鋼而不是鋁來建造高強度結構。但由於低重力，火星上的鋼和地球上的鋁質量基本一樣！但因為鋁的高導電性和輕質，它將用於一些特殊的地方，如電線或飛行系統組件。
硅現代生活中，硅漸漸成為可能是除了鐵和鋁之外第三重要的金屬，因為它是製造所有電子產品的核心。它在火星上將更為重要，因為生產出硅之後，我們才能夠生產太陽能光電池板，為基地持續提供越來越多的電力供應。作為硅生產的原料，二氧化硅（SiO2）占火星地殼質量的近45％。為了生產硅，需要混合二氧化硅和碳，然後在電熔爐中一起加熱。最後的反應是：
SiO2+ 2C → Si + 2CO ——（5）
我們又一次看到，所需要的還原劑——碳是火星基地推進劑生產系統的副產物。反應（5）是高吸熱反應，不過遠不及氧化鋁還原反應（4）。還原硅所需的能源負荷也少得多，因為需要的產量也少。
反應（5）得到的硅產品用於某些途徑已經品質夠好了。比如，你可以用它來製造碳化硅，這是一種強大的隔熱物質（用於保護太空梭再進入大氣層時的隔熱瓷磚）。然而，顯而易見的是，反應器給料中的赤鐵礦雜質也會被還原，導致硅產物中存在鐵雜質。要生產超純硅，用於電腦晶元和太陽能電池板，需要多一個步驟。在熱氫氣中將不純的硅產物過浴，使硅轉化為硅烷（SiH4）。在室溫以上，硅烷是氣體，所以它可以很容易地從其他金屬氫化物中分離出來，因為它們都是固體。如果想要徹底的純硅，你需要將硅烷導入另一反應器，在高溫下將它分解，產生純硅，釋放出的氫氣可以用於生產更多的硅烷。然後可以將硅與磷或其他特定雜質摻雜，生產我們所需要的半導體器件。
另一個做法不需要分解硅烷，你可以將它冷凍到-112攝氏度，使之液化。這隻比火星典型夜間溫度再低20攝氏度，所以很容易達到，所得到的液體可以在儲存罐中毫無困難地長期隔絕存放。為什麼要儲存液態硅烷？因為硅烷能在二氧化碳中燃燒。迄今為止我們討論的所有火星推進劑組合（如甲烷/氧氣）都需要飛船艙內同時攜帶燃料和氧化劑才能使用。我們在地球上並不需要這麼做。地球上，不管是你的車燃燒汽油還是你家壁爐燃燒木頭，你需要提供的都只是燃料，氧化劑來自空氣中的氧氣。由於氧化劑一般占反應混合物的75%，地球上的做法無疑效率更高。然而，火星大氣中遊離氧氣非常少，幾乎全是二氧化碳。能在二氧化碳中燃燒的物質寥寥無幾，硅烷正好是其中之一，它遵循以下反應式：
SiH4+ 2CO2 → SiO2+ 2C + 2H2O ——（6）
在反應（6）中，73％的推進劑為二氧化碳，只有27％是硅烷。部分產物是固體，所以不能在內燃機中使用該系統。但你可以用它來燃燒蒸汽鍋爐，或者將它用於衝壓發動機或火箭推進。根據反應（6），硅烷/二氧化碳火箭發動機可以產生約280秒的比衝量。從表面上看，這數字絲毫無奇，是到要意識到，你只需要隨身攜帶27％的推進劑。想想需要反覆起飛降落的小型火箭加料飛船，它們需要穿越多個無法通行的區域，將遙控機器人帶去一系列選定位點。它不需要攜帶所有的推進劑，相反，它只需要通過一個泵在每次降落的時候重新灌注二氧化碳。結果，這一系統的有效比衝量不是280秒，而是280秒乘以總推進劑與硅烷的比例，即3.75。結果是，有效比衝量為1050秒，這在化學方法驅動的火箭中簡直聞所未聞。
乙硼烷，B2H6，也能在二氧化碳中燃燒，比衝量為300秒，混合比例為3份二氧化碳1份乙硼烷。37乙硼烷/二氧化碳火箭加料器可以得到1200秒的有效比衝量，比上面說的硅烷/二氧化碳系統更好。然而，硼在火星上較罕見，而硅則到處都是，而且生產硼的過程比較複雜。在任務早期，可以將少量乙硼烷運往火星，得到高性能的給料器應用（有時最好能使用乙硼烷/二氧化碳系統，比如進行機器人火星取樣返回任務時），一旦基地有了生產硅的能力，這種當地普遍存在的物質幾乎肯定能全面替代乙硼烷。順便說一句，經常有人提出，可以在月球上生產硅，用來支持大量太陽能電池板的生產製造。這種想法存在嚴重缺陷。的確，二氧化硅在月球上要多少有多少，但那裡卻沒有用來把它轉化成金屬硅所必需的碳和氫。根據上面描述的過程，這些物質是可循環的，但在現實中，這種循環必然是不完善的。如果你要在月球上生產金屬硅或任何其他金屬，必須運輸大量碳和氫過去，而這兩種元素在火星當地就有。
銅在火星基地生產的最後一種重要工業金屬，我們考慮是銅。銅在月球上是沒有的，但在SNC隕石中能檢測到，濃度與地球土壤中差不多。這個含量挺低的，差不多是百萬分之五十。如果想得到足夠量的銅，不能從土壤中提取。相反，必須在大自然中尋找其已經濃縮成銅礦的地方。從商業上來說，地球銅礦最重要的來源是硫化銅。正如我們已知的，硫在火星上比在地球上更普遍，所以火星上很有可能存在銅礦沉積，可能是以硫化銅的形式沉積在火山岩漿中。一旦找到銅礦，就很容易通過熔煉或瀝濾將其還原，地球上自古以來正是這樣做的。
關於銅的事實直擊核心，一般情況下，要得到地球化學中的罕見元素，唯一的方法就是開採局部高濃度礦脈。然而，只有發生過複雜水文火山過程的地方才能將這些元素聚集為礦物沉積，而在我們的太陽系中，只有地球和火星曾經發生過這些過程。因為火星上曾經發生過這些事，我們應該可以找到幾乎所有必需金屬的聚集礦，無論罕見或常見，它們足以用來建設現代文明。
能源問題顯而易見，大量的熱能和電力是建立大型火星基地生產流程的關鍵。這麼說可能不太中聽，但目前來講，在基地發展的早期幾年裡，提供能源的最好方法是引入地球生產的核反應堆。在今日的地球，人類文明最主要的能源來自水力發電、化石燃料和木材燃燒，以及核動力。地熱提供了遙不可及的第四種能源，遠遠排在後面的是太陽能和風能，它們的角色都非常次要。在火星上，靠水壩和化石燃料提供能量都是不可能的。從長遠來看，在火星上生產熱核聚變能量的前景很完美，因為火星上重氫（氘，氫的重同位素，用於核聚變反應堆的燃料）與普通氫的比例是地球上的5倍。不幸的是，聚變反應堆目前並不存在。因此，作為大型能量的初始來源，核動力是唯一的選擇。如果一個核反應堆能工作10年，一天24小時能持續產生100千瓦電量和2000千瓦「廢熱」，那麼這個反應堆大約重4000千克，即4噸，其質量之輕足以從地球運到火星。相比之下，同樣晝夜電力輸出功率（但熱力輸出為1/20）、同樣使用壽命的太陽能電池陣列，質量將達到27000千克，面積為6600平方米（相當於一個足球場的2/3）。如果你想達到同樣的熱力輸出（用於磚塊製造和水處理），所需的太陽能電池陣列將重達540000千克，足以覆蓋13個足球場。要從地球運輸這些物質過去，顯然太多了。核動力對於開發火星優勢巨大——其重要性使美國政府因至今仍未通過對太空核動力研究和發展計劃的資金支持而得到最強烈的譴責。如果我們放棄太空核動力，我們也放棄了這一整個世界。
雖然最初的基地能源供應需要來自核動力，但一旦基地建立好了，平衡會發生改變。應該會有一天，在火星上能夠利用當地物質建造太陽能系統。如果你生活在火星上，順手獲得數百噸當地材料，可能比從地球上運輸4噸設備還容易得多。
利用風吹日晒有兩種太陽能發電系統可以在火星上製造：動力系統和光電系統。太陽能動力系統技術門檻不高：用拋物面反射鏡將太陽光聚集在一個鍋爐上，使液體被加熱並膨脹，啟動一台渦輪發電機。這些系統效率還不錯（約25％），但如今它們還沒有得到太空計劃的青睞，因為它們依賴活動的部件，而人們常常覺得這不可靠。然而，如果要在火星基地永久工作，就需要人們在場維護系統並調整失靈的設備，因此關於動力系統可靠性的爭論在火星環境下不太有力。另外，由於它們只是鏡子、鍋爐及類似設備的組裝，技術含量較低，比較容易看出在火星上如何製造此類系統。比如，鏡子可以用可充氣塑料製造，表面覆蓋薄層鋁就可以獲得反射性。管道、鍋爐、渦輪軸和刀片都可以是鋼製的。為了確實得到25%的效率，對於所製造的渦輪偏差要求非常高，這在火星基地上不太現實，但這不會成為阻礙。如果需要的話，也可以接受略微放寬要求的偏差和15%的效率。除了這些優點，動力循環還有一個頗吸引人的優勢，就是能產生大量有用的處理熱，也許能達到它們電力輸出的4~6倍。
然而，太陽能動力循環系統需要晴朗的天空。為了拋物面反射鏡能有效地聚焦光線，光線必須都來自同一個地方，也就是直接來自太陽。它不能取自整個火星天空的散射光。根據海盜號得到的數據，有效的太陽能動力系統所需要的晴朗天空只能在北半球的春夏季節得到。在另外半年，太陽能動力收集器只能輸出非常少的能量。這種能量的季節性差異針對某些目的而言還是可以接受的。比如，並不需要整年都冶鍊鋼鐵。但如果太陽能是基地能量的主要來源，那無疑需要更可靠的技術。
太陽能光電池板也許就是這種「更可靠」的技術。正如我們已知的，製造這種面板所需要的關鍵材料，純金屬硅，可以在火星上製造；還有製造電線需要的鋁或銅、使電線絕緣所需要的塑料，也一樣可以製造出來。為了降低費用，最近地球上剛剛研發並使用了一種製造太陽能電池板大型單葉的簡化方法，只要把這種方法運用到火星，光電系統的大量本地化生產就是可行的。多少會有些令人吃驚，但事實證明，火星大氣充滿灰塵時，火星上光電池板的性能僅僅是稍有打折。除非是在非常惡劣的塵暴中，否則，以典型的北半球秋冬季天空中的灰塵水平而言，其儘管會散射大部分的陽光，但並沒造成多少阻斷。太陽能光電池板與太陽能動力反射鏡不同，它與入射光的方向無關。所以它們在火星上整年的工作表現都不錯。效率並不高，只有12％左右，而且在電力輸出過程中得不到處理熱，但，這就是生活。沉積在光電池板上的灰塵可能會顯著影響面板的表現。不過宇航員用掃帚把它們清掃掉就可以了，或者在上面裝一個擋風玻璃雨刮器型的設備就好了。
作為基地能源的進一步補充，風能也是一種可能性。風車已經在地球上運行了幾個世紀，它們的技術含量也不高，在火星基地製造出來的潛力很大。的確，火星上巨大的塵暴是間歇性的，因此它幾乎無法作為一個真正的能量來源。另外，火星上的空氣厚度只有地球的1%，海盜號測量的地表風速也只有5米每秒（10mph），這意味著風能幾乎可以忽略不計。然而，在遠遠高出地表的高度，典型風速是30米每秒（60 mph），它能使單位風葉面積產生相當於地球上6米每秒（12 mph）微風的能量。這對於風力發電來說相當不錯了。風車實用性的關鍵取決於它應該安裝在離地面多高的地方，才能高於靜止面邊界層。目前來說，這還是未知的，而且答案一定根據當地情況有所變化。無論最後得到的高度是多少，需要牢記的是，在火星上我們是在38%的重力場中豎立風車，實際建造的風車在「他們地球人」看來會高得古怪。
地熱發電自1930年以來，冰島農村地區的寄宿制小學和中學都儘可能選址在有可用地熱能（geothermal energy）的地方。在這些熱力中心，學校為學生和工作人員準備的教室和宿舍都是利用地熱加熱的。他們甚至還配備了游泳池，並在自己的溫室種植蔬菜自給自足（西紅柿、黃瓜、花椰菜等）。這個國家現在有很多這樣的學校，暑假的時候還可以作為遊客的旅館。這些中心已經形成農村地區新的服務型社區中心。
—— S.S. 艾納森，《地熱區域供熱》，1973（S.S. Einarson，Geothermal District Heating ）
當地生產的太陽能和風能設備，都可能產生幾十或幾百千瓦的電力。它們很吸引人，因為它們幾乎在任何地方都可以部署設置，使能量可以分散產生。這在火星上是很有用的，因為會有散在區域需要提供這樣的能量，而相當一段時間裡又不會有長距離傳輸能量的基礎設施。然而，這些能源體系的輸出功率相對較小，又使我們需要尋找更有力的選項。正如英國科學家馬丁?福格（Martyn Fogg）指出的，火星上這一選項可能是地熱。
地熱發電的過程，是利用地下深處的高熱煮沸液體（如水），然後用產生的蒸氣啟動渦輪發電機。在地球上，地熱發電是排在燃燒電、水電和核電之後的第四大能源，提供約11000兆瓦能量，占人類所有電力用量的0.1%。冰島這個國家的大多數能量（超過500兆瓦）都來自地熱。地球上單一地熱井的典型發電量為1~10兆瓦電力，與地面發電站標準相形見絀，但相對火星基地的要求而言已經夠大了。在地球上，這個規模的地熱電站從開始鑽井到完工使用只需要6個月，97%的時間都在使用中，這個紀錄只有水力發電可以超越。另外，除了提供大量能量，火星基地的地熱站還能提供另一個非常寶貴的資源，即豐富的液態水供應。地球上的地熱站有一個缺點：必須建立在有地熱資源的地方，無論地球的奇思妙想選擇了什麼位置；而由於我們已經選擇了城市的所在地，於是問題常常隨即產生。而在火星上，城市還沒有建立起來。考慮到地熱能源/水供應的價值，一旦找到這樣的地方，應該也能由此決定火星基地的位置。
簡而言之，地熱能源供應對火星居民來說有巨大的益處。
問題是，它們存在嗎？也許有點讓人吃驚，答案幾乎是百分百肯定的。
火星上存在大範圍的火山樣地形特徵，比如在估計不到2億歲的塔爾西斯。火星大約4%（約500萬平方千米，大多數在依利森、阿卡狄亞和亞馬遜的北部區域，以及赤道附近的塔爾西斯區域）的地面被火星地質學家歸類為「上亞馬遜」，意思是這裡的地表在過去5億年中曾經被火山爆發或洪水重新覆蓋過。儘管2億~5億年看起來是遠古歷史了，但考慮到火星40億年的歲月，它們幾乎可以被稱作「當代」。根據地質學家對火星的觀點，2億年前都還算是「今天」。如果那時有火山活動，那麼它們現在可能依然是活動的。
另外，正如我們已知的，火星擁有大量水資源，起碼在某些地方，地面以下1千米處可能存在液態水位。如果某個區域在不久的過去有活躍的地熱，這些水的熱度可能還足以代表可用的能源。
如果只把上亞馬遜地區作為可用的選項，將其在5億年中的形成過程展開，我們會發現其中10%（即50萬平方千米）不到5000萬歲，1%（即5萬平方千米）不到500萬歲，0.1%（即5000平方千米）在近50萬年內還是活躍的。
並不需要從火山還在活動的地區提取地熱能量。在火山活動平息後很長時間裡，土地都還會是熱的。在福格關於火星地熱發電的開創性論文中，他提出了一個計算公式，是火星地表溫度分布相對該地區活躍時間的函數。【表2】總結了他的成果。
【表2】
作為參考，目前地球上的鑽探技術水平是可以鑽至地下10千米處。在火星上要鑽得更深可能更容易些，因為低重力對土壤的壓縮不是那麼得力。可以看出，與過去500萬年內的地熱活動相關的土地面積就很大了，而在這些區域，挖掘幾千米深的井就足以得到很熱的水。一旦被引到地面，水流會以蒸氣的形式噴發，用於帶動渦輪發電。這個系統在火星上的工作效率也許比在地球上還好，因為火星上的低氣壓會令蒸氣在被凝結之前擴散得更好。這個過程產生的一部分廢水會被引入基地，為基地提供充足的水。剩下的部分會被引回到井裡，重新填充蓄水層。
月球上不能利用地熱發電，小行星上也不能。在太陽系的所有地外星體中，只有火星才有產生如此豐富能源的可能，以支持人類定居。
我們可以使用地熱發電承擔主要基地負載，同時在外圍安裝太陽能和風能設備。這說明，一旦由核反應堆提供了良好的開端，火星基地便掌握了一系列適用的當地資源利用技術，可以依靠自身的努力，持續擴展自身的能量供應。基地掌握的能量越多，便成長得越快；它成長得越快，將掌握的能量也就越多。一旦火星上可以產生太陽能、風能，尤其是地熱能，基地的成長速度便將達到指數級。
用基地支持火星地表的遠程移動當基地的一切發展欣欣向榮時，我們對火星這個球體的勘探是要停止了嗎？恰恰相反。無論基地的選址有多好，它所需要的某些基礎資源還是必然會在距離該位點數十、數百甚至數千千米處。進行全球勘探，將這些資源運輸到基地，是基地發展的基本必需能力。這是一種共生關係，基地本身需要開發這種能力，以便遠程移動。
這種情況有點兒類似於人類探索南極的發展。在1957年國際地球物理年之前，南極探險是通過一系列突擊行動進行的，每一個探索隊都用自己的船作為基地。然而從那一年開始，大家作了一個決定，在麥克默多海峽建立了一個大型永久性工作基地。如今，這個基地能提供各種設施，包括機械化車輛、直升機、飛機，支持南極科考隊員去往這塊大陸的每一個角落。通過將資源集中在關鍵點上，人們創建了一種能力，帶來了比以往任何時候都更廣泛深入的勘探，這是個人勘探船用狗拉雪橇和滑雪板這樣的傳統方法不可能完成的任務。
火星上的地形甚至比南極洲還艱難。為了在火星上進行遠程移動，可能需要飛行能力。氣球，或許還有亞音速飛機，可以用於搭載小機器人包裹飛越多風的火星天空。但唯一值得信賴的載人運輸系統，將是在任何天氣中都可以使用的火箭動力工具。它可以是單純的彈道火箭，從火星一邊穿過大氣層到達另一邊；也可以是能夠進行超音速飛行的有翼噴氣式飛機。兩種系統都需要大量推進劑，而只有在火星上先大量生產推進劑才能想像去進行這些活動。
比如，假設使用載人火星彈道式給料系統，質量10噸，動力來自甲烷/氧氣火箭發動機，比衝量為380秒。我們想進行2600千米的飛行（沿著火星緯度或經度走45度），著陸，然後不需要增加負荷就返回。為了完成這一任務，該飛船的質量比需要為7，因此總的推進劑為60噸。如果我們使用15噸的噴氣式飛機（機翼會增加飛機的質量），超音速滑行升阻比（L/D）
[5]
為4，質量比約為5，所以也需要60噸的推進劑。很顯然，如果這些飛行器需要的甲烷/氧氣推進劑或氫氣給料需要從地球運過去，那麼它們在火星上飛不了幾次。
如果需要隨身攜帶探索任務的去程和返程所需的全部推進劑，則火星上化學推進火箭的最大射程就被限制在了4000千米以內。而如果飛行器能在著陸後自行製造推進劑，這一限制當然就被打破了。化學雙組元推進劑是做不到這一點的，因為它們的生產過程涉及了太多能量（每千克約5千瓦時），因此需要很高的能量供應來完成這一移動飛行系統。然而，在20世紀80年代末，我有了一個被我稱作「NIMF」（使用火星當地燃料的核動力火箭）的飛行器概念，可以克服這個問題。有了NIMF，可以將火星空氣中的二氧化碳作為推進劑的原料，用所裝載的熱核火箭（NTR）發動機加熱後，就可以產生熱的火箭燃氣。由於NTR不需要將熱力轉換成電能，核動力反應堆中所有的能量轉化設備都可以去除，使整個系統體積小而質量輕。由於推進劑原料只是簡單的二氧化碳，從大氣中直接壓縮就可以得到，能耗非常低（小於0.3kWe-hrs/kg），所以也不需要搭載多少電力能源，同時所有的化學合成設備也可以去除。熱的二氧化碳不是什麼高級火箭推進劑，你只能指望260秒左右的比衝量。但是，開拓者需要的正是能啃食山間灌木的騾子，荒山野地里並不需要只能享用美味草料的緊張賽馬。基本上，NIMF相當於第6章里討論的氣斗機的一個更為強大有效的進化版，是非常理想的勘探飛行器，因為它找到什麼吃什麼，用周遭現成的原料就能飛行。採用這種推進系統的火箭飛行器將令火星探測者們具有飛遍全球的能力。當他們在火星上跳來跳去的時候，飛船每次落地就能給自己重新填裝燃料。NIMF彈道式給料機和噴氣式飛機的示意圖見插頁。
NIMF的優點是操作模式多種多樣。雖然比衝量比較低，但NIMF不需要攜帶返程推進劑，所以用它就可以走遍全球，即使最好的化學推進劑也望塵莫及。NIMF的另一個好處是，因為它自己生產推進劑，所以對基地能源系統的壓力也遠遠小於化學系統。文前闡述過，化學火箭系統需要60噸甲烷/氧氣，它們的生產過程需要令基地安裝的100千瓦電力反應器工作123天。而NIMF對基地能源一無所求，也不需要佔用基地的氫氣或水供應。它對基地唯一的要求就是人員、保養和維修。在火星上使用NIMF的另一好處是它在全球地對地快速運輸大量貨物的獨有能力。如果你需要20噸的硫化銅礦石，一架40噸載重的NIMF可以立刻飛到火星的另一面去幫你取回來。沒有其他任何系統能有如此出色的表現。
你可能還記得，在第3章中，在火星直擊任務藍圖發展之前的一段時期，我提議，火星載人架構應該以單次重型發射、用於進入火星轉移軌道的NTR推進劑為基礎，並使用NIMF在火星上跳躍並返回。後來我為了火星直擊任務放棄了這個觀點，因為我漸漸明白，NTR和NIMF所需要的技術對於初次火星探測任務來說太高深了。可能完成的任務是非常有吸引力的，但發展所需的時間很長，可能會因為方案可行性的問題而導致首次任務的延期。也就是說，NIMF技術為支持火星基地的發展提供了一系列非常有潛力的可能性，這一點依然是成立的。考慮到火星計劃是不斷發展的，花費些力氣將NIMF飛行器納入計劃中是個明智的決定。在進入基地建設階段幾年後，它們就將整裝待發，而基地與全火星能源之間的道路也就四通八達了。
開始殖民第一批到達火星的宇航員們將在紅色星球上待18個月，等待返程的首個最佳發射窗。但是，隨著基地的發展和生活條件的改善，未來的一些宇航員可以選擇在一年半任務的基礎上延長他們在火星地錶停留的時間，在火星待上4年、6年，甚至更久。基地的贊助者們也許會給這些人很好的物質獎賞。畢竟，基地的大部分開銷都花在了把人們運來送去的成本上。基地運作的時間越長，就會有越多刺激因素讓人們發展新形式的星際間運輸，進一步降低物流成本。我們會看到，政府會這麼做，或者也會向個體競爭者開放從地球到火星基地的貨物運輸，反正總會實現的。去往火星會越來越便宜，等人們去那兒定居了還會更便宜。隨著越來越多的人去到火星並長期停留，基地的人口將達到城鎮水平，並最終形成真正的城鎮。
火星殖民開始了。
參考資料[1] Horace Greeley，1811~1872，著名的記者和政治家，主辦美國南北戰爭時期最有影響力的報紙《紐約論壇報》。
[2] 1989年NASA發射的木星探測器。
[3] 疑為作者筆誤，應為56。
[4] 中美洲面積最小的國家。
[5]升阻比是指飛行器在同一迎角下升力與阻力的比值。飛行器的升阻比越大，其空氣動力性能越好。
關於本文《趕往火星》連載
在可預期的未來，登陸火星完全沒問題，而移民尤其是大規模的，現在知乎上的各位恐怕無緣。
@Shen Li 轉自科學松鼠會的譯文，似乎更多是已經在考慮在火星上的生活，而不是生存。
目前各航天大國的載人登陸目標除了月球就是火星。主要就是近，而金星卻不在其列。載人登陸月球早已有之。載人登陸火星方面，美國、歐空局、俄羅斯與荷蘭的Mars One的時間表都是在2030年前後（Mars One的時間表最早，顯然是過於樂觀了，單程旅行不就是謀殺么？），貴國當然會晚些。對於金星，作為一顆與地球距離最近，體積質量也與地球相差無幾的行星，700多K的表面溫度與90多倍於地球的大氣壓力始終是難以克服的。
就對人類的適居性來說，如果我們把金星、火星、月球與地球的南極做個對比，大概包括距離、引力、溫度、磁場、液態水、輻射、大氣等基本指標，南極勝得兵不血刃，而1.5倍於台灣島大小的加拿大德文島，則更是適居得不行，可事實上它仍是個無人島。
移民火星相較於移民月球，優勢在於火星更大更重，而且有稀薄的大氣，表面日溫差也更小，劣勢幾乎就只是因為遠，而且遠不止百倍。但火星的質量還是太小了，在幾十億年前火星上可是有可觀數量的水的，但火星沒有足夠的引力長期保留大氣與水，進而也難以保持溫度和阻擋輻射。
考慮移民火星的不可行性是科學乾的事，考慮短期可行性是航天乾的事，考慮長期可行性則是科幻乾的事。不過 @章魚喵@星際移民中心似乎都干，這是他們的官網http://interimm.org/，他們的設想是2027年載人登陸火星；2070年首個火星表面前哨站建立，並在22世紀初發展到了地球上一座中等城市的規模，具體可以參考時間線http://interimm.org/timeline/#1與星際移民之書http://interimm.org/InterImmBook/index.html，不過當我問到主頁時間線是否是理想情況下的以及是更接近於科幻還是更接近於現實時，他們說這是機密，好吧。。。
移民火星除了距離因素，凡是宇航員在空間站中遇到的各種生理心理問題在火星同樣會遇到，而且會有更多問題。如果不對火星進行改造，那麼所有的動植物都必須生活在隔離的密閉空間，如果我們對火星進行地球化的改造，要建立大氣層，改變大氣成分，增溫，最好是大幅增加質量等，這難度。。。
除了技術上的難度，其實移民火星還需要考慮一些倫理以及安全問題，這主要是因為生物污染。
這是NASA的保護等級：NASA Office of Planetary Protection
這是各等級的要求：NASA Office of Planetary Protection
主要的保護對象包括地球，金星，月球，火星，木星，木衛二、木衛三、木衛四、土衛二、土衛六彗星及小行星，其中火星以及幾顆土衛木衛的等級高些，主要是有可能存在生命。
不光是NASA，世界上各主要大國都簽訂了《外層空間條約》，注意看Article IX部分：
Outer Space Treaty of 1967
產生高等生物等多細胞生物的條件十分嚴格，但宇宙中可能充滿了單細胞的微生物。一些火星探測器的某些部位仍帶有一些地球上的細菌。不過這些細菌幾乎都會被太空輻射殺死，但不排除某些一直躲在探測器內並始終處於休眠狀態，短期內沒有死亡。甚至我們並沒有完全排除火星可能存在低級生命或殘骸的可能。所以想讓火星有簡單的生命，並不困難，人類想長期移民定居，咱還是先談談世界和平的事吧。
2003年由於在發射前並未通過無菌處理，為免與木衛二碰撞造成污染，伽利略號探測器曾被安排墜落木星；但兩年後，2005年ESA的惠更斯號登陸土衛六後，當天電池耗盡便掛了。在未來，這可能造成嚴重的後果，可能會影響到宇宙生命的多樣性，這涉及到宇宙倫理學問題。
生物污染是雙向的，對於地球生物污染火星的事，只要經歷足夠長的時間完全沒有存活的可能性。退一萬步說，即使細菌擴散，在那樣惡劣的條件下也是線性的。要命的是，火星生物（如果有的話）在地球上擴散卻是指數型的，畢竟地球幾乎顯然更宜居。設想，未來我們可能會從火星上帶回來可怕的超級細菌或病毒……文首下結論：我對火星探索沒有那麼樂觀的態度，因為人類對於進入星際航行時代所做的技術儲備實在是太少了。
火星上有初步的大氣層，這個不假，但是這個大氣層並不如地球這般厚實，而且仍在不斷地逃逸中（由於火星的低重力），這導致了火星上的風暴比較頻繁，對於建立大型永固型殖民地是一個障礙；同時還是由於低重力以及烈度較低的地磁場，對於各種宇宙射線的屏蔽並不是很好，短期之內可能看不出來，十幾代人之後難保有沒有問題，更別提長時間的失重航行和低重力生活繁衍出來的後代，在各種身體條件上來說還能不能算人類了。所以在人類能夠做到改變生活範圍內的重力或者改變一個星球的重力這種黑科技之前，移民還是個問題。
其次是生命支持的問題，人類早就適應了目前地球上的生態系統和食物鏈，而複製或者小規模維持這種生態系統的嘗試截止到目前為止無一成功。生態系統帶來的食物是一方面，更關鍵的是氧氣，這是一個生命個體要存活一分鐘都離不開的要素。在未來的殖民過程中一種在植物里流傳的傳染病或者一場意外的火災都可能導致整個殖民地的居民失去足夠的氧氣，在茫茫宇宙當中幾乎可以肯定一旦發生就只有等死這一條路。太空航行可遠比大航海時代複雜許多，航海還只要帶上食水就行呢，航天需要連氧氣都自帶。
最後是一個最簡單的問題，那就是怎麼去。人類到目前為止還沒有能夠大規模的把物資運輸到太空中的經濟辦法，理想中的太空電梯，光帆飛船，沒一個能實現的。在這種情況下，相當於消耗地球上越來越寶貴的資源去支持少數人進行深空探險（而且還極可能有來無回）。《星際穿越》里對外界隱瞞了nasa還存在是有道理的，因為這件事對於地球上絕大多數人其實可能根本沒有好處。今天政府告訴你，你交的所有稅金不會用來改善你的家園，不會用來支持你子女的教育，不會讓你出行更便利，而只是為了送你家隔壁的吳老二去趟火星，還不告訴你為什麼，我很想知道有多少人能幹？
雖然說我個人是一個唯物論者，從不相信什麼上帝造人之類的話，我也相信在偌大的宇宙里地球絕對不是唯一的一個特例，但是其實能讓生命生存的條件遠比想像的要複雜，能讓已經在地球上生活習慣的我們去殖民的更是少之又少，不是只要有水和空氣就行這麼簡單。就拿地球來說，地球在太陽系的宜居帶里，有適當的光照和溫度，這顆行星本身有堅硬的地質外殼，有適當的重力可以禁錮出一個合適厚度的大氣層，又有足夠的鐵質內核流動形成了屏蔽宇宙射線的地磁場；在太陽系內與其他行星都足夠遠，軌道穩定，也沒有太多的小行星來侵擾，甚至身邊正好有一個足夠大小的衛星——月球，不但防禦著小行星還讓地球有了足夠的地軸傾角，形成了四季。如果地球的地軸完全與公轉軌道垂直的話，那麼赤道會更熱兩極會更冷，地球上的宜居範圍無疑會大大縮小，還有沒有人類就難說了。所以星際殖民，人類的進度其實已經大大落後了，甚至再悲觀點說，在地球資源耗盡之前人類能不能開拓出另一個太空殖民地都是個問題，更別提再回來反哺地球了。要說可行性，簡單說是可行的。但是，嘿嘿。。。看到很多人用大航海和殖民非洲舉例。。。我就無法認同了。因為那時的開闢新航線根本就是為了巨大的利益，荷蘭，西班牙，葡萄牙，英國，那麼多人願意去赴死，不可否認的原因是有巨大的利益回報。現在去火星有什麼利益回報？或者說火星的利益回報與巨大投入之間成比例嗎？不，如果成比例，那麼近在咫尺的月球開發早就提上日程了。從上帝視角來看，人類就像溫水裡煮的那隻青蛙，在巨大的危險來臨之前，是不會放棄自身的利益的。換句話說，不把地球糟踐完，殖民宇宙，宇宙開發都是空想。。。多少科幻作品都是這種設定，沒有強大的外敵，人類永遠會為了自家的一畝三分地相互之間爭的死去活來。畢竟，這個世界從來就沒有被理想主義者所掌控過。
===============答案負能量，不喜勿噴=============
可行，總有可行的辦法，但不是現在，甚至於人類不會考慮
改造火星氣候尚且沒有辦法，目前看還是建造一個封閉的基地比較靠譜，而用目前的火箭技術，保守計算往火星送萬八千噸物資的成本就是要把全世界所有財富掏空的節奏了吧，更悲劇的是萬八千噸物資對建設一個微型城市來講還是杯水車薪吧
也就是說，當全人類傾盡所有來做這一件事，把所有國家家底掏空可能只是賭一把，成不成兩說，覺得可能會有哪個國家參與這種計劃嗎？
如果全人類真能團結一致的話，世界早就沒有戰爭和飢餓了吧
全人類能團結一致，也就只有到地球已經很不適宜生存的時候了吧，不過到那時候再研究移民太空，不是為時已晚？
而且很有可能，隨著資源越來越少，環境越來越惡劣，更多國家會想到成本更低更可行的方案，滅了別的國家，而不是大家一起搬家
當然這一切是基於現在的火箭技術，不過對於航天技術來說，火箭恐怕是只能改良，很難完全找到其他方式取代的手段吧，這個我就不太懂了火星移民可行，但是你會想家的 。火星再怎麼改造也沒有地球舒適， 她的氣壓只有地球的百分之一 ，二氧化碳含量超過95%， 溫差超大， 冷得要死， 最熱離太陽最近的時候才會到20攝氏度。還有孤獨感，那種絕望的孤獨感，是很難克服的。 不過火星上有很多壯觀的景象，各種隕石坑，大山之類的，值得短期旅遊。相信我，別說火星，就算是你離開了大氣層在太空俯瞰地球，就會發現我們的世界是多麼的美好。作為有可能作為承載著宇宙中唯一智慧生命的星球，好好珍惜她吧，因為人類掌握著自己的命運，毀滅自己或者繼續發展科技能夠星際航行、殖民，都是我們自己的選擇。PS:NASA 2020年預計會發射spacecraft，降落在火星土壤上，希望能夠回答到底有沒有microorganism（或者其他生命的形式）存在於火星這個問題。
帥帥的Rovers, 總造價可能超過40億美元…附轉載的火星地圖一張，原作者為Patrick sasada,
在可預期的未來是可做到的。前面幾個答案說的都非常好，我就再補充一點:
前面答案提到的移民都是以人為前提的，那麼我現在就假設前提為robot。最近網路上很火的AlphaGo相信大家都很熟悉，沒錯，我要說的就是人工智慧robot。
按照好奇號到達火星的時間約為250天，一艘飛船搭載3個成人，體重均為80kg，人均每天消耗2kg食物，1.2kg水。要在火星真正生存下來，起碼需要半年到一年的緩衝期，那麼大約需要準備500天的生活物資。
現在我們來算算飛船需要載重多少kg，3×500×(2+1.2)+3×80=5040kg。那麼把這些載重全部換算成與成人等重的人工智慧robot，可以裝載63個robot。
問題來了，本來在火星登陸移民的是3個人，現在換成63個robot。按照一般設想，速率可以提升20倍以上。
這是什麼概念，就是改造火星的時間可以縮短一兩百年。一兩百年可以創造的東西太多太多，高科技產業一旦突破技術瓶口，那麼就是爆炸性的增長。
到時候人類再移民火星，火星上估計已經遍布robot搭建的各種城市了吧。
所以未來有robot替人類開路，移民火星並不再是天方夜譚。
早400年還是500年的
如果有知乎的話，估計就會問：
感覺是很悲壯的事情阿...單程旅行
這些探索者們還真是某種意義上的先驅。
不過目前的科技真的有可能做到這種程度嗎？吃穿用度又如何解決呢？如果明知道沒達到那個程度，為何還要開展這個計劃？
以目前的科技發展，100年內絕對無望，300年希望很小
火星上至少有2大困難，一是距離太遠，除非人類能找到比化學火箭更高效的宇航技術，否則火星終究無法被開拓。二是和地球的巨大差異，寒冷乾燥，生存環境比南極惡劣多了。
要大規模火星殖民，要麼能發展出蟲洞似的星際跳躍和人工改變星球的重力，要麼人類放棄生物軀體成為機械生命
細節別的科幻大拿都說了，我就說一個整體的問題。
很多朋友肯定和我過去一樣，被人類過往的歷史誤導了。現在提到航天，往往都用以前大航海來舉例，人類從有了大型船隻到真正開始洲際航行，花了差不多500年，但新大路發現後才300年，殖民地就已經建國了，擴張速度前所未有。很多朋友認為，只要我們有了牛逼的宇航技術，星際移民這事就成了——完全不是這麼回事。
一個很容易被忽略的問題是，人類發源於非洲，歐洲文明一直與非洲有交流，早就有成熟的航線，但是歐洲直到19世紀才在非洲內陸建立殖民地，比鴉片戰爭還晚。換句話說，直到機械、化學、醫學等現代技術成熟前，文明世界根本就不具有在非洲生存的技術。想要在非洲生存，除非你放棄一切現代技術退回到石器時代去。
（這是19世紀的非洲殖民地，大片空白區域。）
殖民外星也是這樣，這方面最著名的作品是《火星三部曲》，羅賓遜筆下的人類，從登陸火星開始，花了大約200年的時間，把火星改造成地球20億年前的狀態，建立起一套可持續的生態系統。這本書最可信的地方在於，它所採用的技術，基本都是現代科學可以想像的，沒有什麼原理上的壁壘。但是作者在後記中說了，出於情節發展的需要，一切技術都被發揮到了極致的水平，以便加速火星改造過程，如果客觀的分析，按照他的方案，實際將火星改造成人類可以正常生活的水平，需要的時間是——5000年！
這也是為什麼我覺得《穿越星際》故事主線不成立的緣故，因為當時人類把地球表面全炸掉，然後從頭重建，需要的時間也會遠遠少於改造那幾個外星球，生態系統的形成是非常漫長的過程，哪怕外星球已經有了水和可供呼吸的空氣，離它能夠種植農作物也還早著呢。
所以，把火星改造成適合人類生存，至少也是1000年以後的事情了。考慮到人類歷史的進程，那時候人類文明到底是什麼形態現在完全無法想像。在那以前，火星殖民地必然是以完全不同於地球上的方式存在，可能有點類似於廢土類作品的地下避難所。不過，這已經遠遠比星際旅行的條件要好得多了，因為人類可以從火星上補充物質，彌補封閉系統的消耗。（這也是《流浪地球》中非要帶著地球走而不是乘坐殖民飛船走的原因，光靠飛船真的沒法生存，拉瑪三部曲那是冷凍狀態）科幻電影《火星救援》將於今年10月份上映，片中描述了宇航員馬克-瓦特尼如何在火星倖存下來。美國宇航局正在研究一些最新技術，未來有助於實現2030年人類登陸火星。目前，美國宇航局雖未建造真實的火星人類基地，但在約翰遜太空中心模擬了一個兩層高的人類探索研究基地。
#火星人類基地#
#火星農場#電影《火星救援》中宇航員瓦特尼身體出現營養問題，之後他試著在基地種植一些馬鈴薯。事實上，目前宇航員已開始種植太空農作物，例如：近期國際空間站宇航員在「素食者」實驗中首次收割了生菜葉。這將為未來建造人類火星農場帶來了希望。
#水循環系統#電影《火星救援》中宇航員瓦特尼面臨著飲用水匱乏的問題，這一挑戰同樣存在於宇航員的太空生活，他們通過循環尿液、汗水等方式，獲取飲用水。對於未來太空任務，美國宇航局試圖改善水過濾系統，在攜帶較少地球水的情況下保證宇航員太空用水。
#火星造氧裝置#電影《火星救援》中宇航員瓦特尼使用「氧合器」在火星表面獲取氧氣，該裝置通過火星飛行器燃料機從二氧化碳中抽取氧氣。目前，宇航員在國際空間站使用一種氧氣製造系統分離水分子成為氫和氧，氧進入空間站供給宇航員呼吸，一些氫則用於生成水。
#火星太空服#電影《火星救援》中宇航員瓦特尼花費大量時間穿著火星太空服修復基地，並且完成火星遠程旅行。目前，美國宇航局正在研製真實太空服技術，用於未來人類登陸火星表面，例如：Z-2和太空探險服原型。宇航員從下至上地穿上火星太空服，因此可以暴露在火星表面環境，最大化避免沙塵進入太空服。
#火星車#電影《火星救援》中的火星車用於完成短途旅行，但經過幾次技術改良可使瓦特尼旅行至更遠的區域。目前，美國宇航局正在研製六輪多任務太空探測車(MMSEV)，它非常靈活，能夠在微引力環境的火星或者小行星表面完成任務。據悉，MMSEV出現輪胎漏氣能夠快速恢復，它可以懸空受損車輪，保證其它車輪正常運行
#離子推進器#電影《火星救援》中宇航員瓦特尼和其它同事乘坐「赫耳墨斯號」太空船，該太空船使用離子推進器往返於地球和火星之間。目前，美國宇航局已開始使用離子推進器，例如：當前在穀神星軌道運行的「黎明號」探測器。同時，美國宇航局正在研製升級版氙氣推進器。
#太陽能#電影《火星救援》中宇航員瓦特尼有大量的太陽能板，遠超出了他的需要，他決定使用其中一些太陽能板幫助他在火星表面倖存下來。多年以來，美國宇航局在許多太空探測器上也使用了太陽能板，國際空間站就有4套太陽能板，當前正在研製的「獵戶座」飛船也使用了太陽能技術。
#核能#電影《火星救援》中的火星飛行器採用放射性同位素熱電發生器(RTG)提供動力，它能夠將鈈-238放射衰變產生的熱量轉變為電能，同時，RTG與宇航員休息艙距離較遠。目前美國宇航局官方表示，近期美國能源部重啟鈈-238生產，不久能夠每年製造1.5公斤。
來源：環球網
去火星移民毫無意義，除非地球呆不下了或火星有值錢的東西，不過照目前人類的發展趨勢看我們遲早死在搖籃里
作為行外人說一點自己的看法
昨天看到火星一號的新聞也被震驚了。雖然有人說對於未知世界的探索是推動人類勇往直前的動力，但是還是不禁有一點質疑。不知道現在航天水平發展到什麼高度了（就更不知道2024年航天事業會發展到什麼高度。）
首先說對於上天的一點看法：
現在火星還只有探測器去過，連宇航員都沒有去過，我覺得，幾乎任何一個科學事業的推進都是先由專業人士開拓，由有資質的後台提供保障。比方最早上天的加加林和阿姆斯特朗都是專業宇航員，他們也分別是由蘇聯政府和美國征服出資。從人員篩選到設備都是當時最先進水平。後來針對非專業人士開展的太空旅遊最早都到了2001年，美人商人丹尼斯·蒂托。而火星一號的運營公司只是一個荷蘭的私人公司，人員很少也沒有航天設備，第一批移民的人也不是專業宇航員，公司只負責送出去，後面的事不負責。去一趟15億美元，不知道是不是商業詐騙= =。。了解了一下「火星移民計劃」，美國宇航員預計到2030年會登陸火星，俄羅斯最快2015年可能送宇航員上去。除此之外沒有更人上去過火星。所以也不要說移民火星有多成熟，沒有反覆嚴謹的實驗，為什麼能直接推廣到產業？一個藥品應用到臨床還要動物實驗和三期臨床試驗。感覺這個公司還在賣概念。
然後說一下對火星的看法：
火星表面重力為地球的38%。火星有稀薄的大氣，95%是二氧化碳，還有3%的氮，大氣密度約為地球大氣的1%。公轉周期為687天，因而與地球一樣，有四季分明的氣候，冬季最低溫度為零下125℃，夏季最高22℃，平均氣溫-63℃。火星上的綠黏土和火山灰，有利於植物生長；火星大氣中有足夠的二氧化碳氣體，可提高植物光合作用的效能，使農作物獲得比地球上更大的豐收。火星上到處都是氧化鐵等氧化物質，可還原出氧氣來。火星上有豐富的能源。如風能比地球上要豐富得多；火星上有地熱能；還可利用二氧化碳和氫製造甲烷燃料；也可用重氫進行核發電等等。火星上有火山活動和水流衝擊形成的各種金屬富礦，這比散布在土石中的月球金屬元素優越得多。（以上數據來自百度百科）
毫無疑問火星有很多能源，但是火星現在的溫度和空氣是不適合居住的，NASA提出了改造計劃：1000年後人類移民火星？
總的來說氧氣供給很不方便，所以2024年上去的人先呼吸什麼，這是個問題。其次那麼多能源怎麼開發，核電站等也都沒有建立起來，難道移民過去的人去建設嗎？
最後說一下上去以後面臨的問題：
上去以後人們要衣食住行，要是有幸活下來可能還要考慮繁衍後代的問題。住的話公司先會在人上去之前幾年把建築材料弄上去。吃的話，溫室大棚種豆子等植物。看起來一切都計劃得很好，吃豆子住新房。可是物資畢竟有限，植物如何滿足人們的生存需求、營養需求？如果資源不夠會不會自相殘殺弱肉強食？在一個完全沒有道德約束的地方，大家如何分配資源和領土以及後續的交配權？生病了如何醫治？到了那裡簡直就是原始社會。1942（1962）尚有人吃人的慘景，魯榮號也上演了現實版大逃殺，大家真的會互助互愛嗎？脫離了社會環境的人其實就是動物。如果可以，應該先建立足夠供給物資和能源的工廠，改造火星以後再送人上去。
有人說每一項事業都有犧牲，都有先驅。但是我想說，每一項事業都不是越多人犧牲越好，我們要向先烈致敬，也要避免無謂的犧牲。畢竟人不是靠著精神和夢想活著。如果這個項目不是商業詐騙，如果這些人能夠順利到達，祝願他們長久活下去。他們將是開拓火星的第一批人類，他們將創造歷史！是永遠值得我們尊敬的英雄！想想仰望星空的時候有那麼一顆星上面也有我們的同胞，這是怎樣的感動和壯觀！那真是任何科幻片都無法比擬的！我們的征途是星辰大海！
草草率率的一點愚見。歡迎專業人士指正。把火星改造成地球幾乎不可能．．因為火星幾乎沒有磁場啊.
如此重要的事情為什麼很少人注意到.
100年之內不可能。並不是技術不夠，以現在的技術，傾全球之力5年就可以。但是花費太大了，沒人願意這麼干，一個國家也搞不了，國際合作不可能。去火星，幾乎沒收益。就算幾位移民的宇航員過上了世外桃源的生活，那地球上花錢送他們上去的人不是成了傻子了么？
而且面臨的問題太多了。半年多的航程，如何維持宇航員生存？在火星上如何提取凍結的水？如何獲取能源？如何躲避輻射？如何持續種植綠色植物？如何建造房屋？如何獲得稀缺資源？
100年之內，人類能重返月球就不錯了。未來如果去火星，也是機器人先行，建設好基地以後，人再上去。
現階段不可行，而且沒有足夠的理由這麼干。
火星科考不需要建立殖民地，火星資源的開採在很長一段時間內沒有任何經濟性可言——以後可能有，但是目前八字沒一撇。現有的技術可以送我們去火星這沒有問題，不計成本強行推進維持在火星的長期有人基地也是可行的，但是技術上可行不代表這個設想就是可以付諸實施的。我們大可以在這敲鍵盤大談特談星辰海洋，但是你為這個宏大的計劃掏錢嗎？情懷並不當飯吃。
未來我們終究會開發火星但是並不是現在，現在還不具備支持這些的條件，建立一個長期有人考察站難度遠小於所謂殖民，在近地軌道的空間站都做不到哪怕最低水平的自給自足談何去火星搞殖民地？當然有人可以大談這二者的不同，但是最起碼這是個能證明其可行性的展示，而現在這個展示並沒有。火星計劃的熱情支持者一般都奉祖布林的《 趕往火星》為圭臬，但是祖布林的方案有太多的漏洞，整個計劃為了省錢僅僅留下了很小的冗餘度，任何環節的問題都會導致計劃的失敗，並且，祖布林開出的具體方案也只到把人送過去再接回來的程度，這甚至都不能支持一個半永久性的有人考察站。
這裡有很多方案，但是都存在問題。如果展開細說，這足夠出一本書來講這個問題，作為對那些鼓吹火星殖民的書的質疑與補充。
瀏覽了一下答案，很多在賣情懷，有熱情是好事，有熱情才能推進火星計劃的施行，但是在這些賣情懷的回答里我看不出這種熱情有何積極作用。如果真心想要星辰海洋，需要為項目找到足夠的牽引，需要完善相應技術，更關鍵的是要有巨額的投入，這些都不是坐電腦跟前感嘆兩句或者叫喊兩句能帶來改善的。
經常有人引用劉慈欣的話：三億多年前海洋生物爬上陸地有什麼意義？來為自己鼓吹的空間探索尋求合理性，但是別忘了，那些爬上岸的海洋生物死掉了多少？我們死的起嗎？有人又會講，人無遠慮必有近憂，那還有兩個詞叫杞人憂天和好高騖遠。如果只是將要付出的代價輕描淡寫成一句必要的犧牲，而連因為要實施他們鼓吹的計劃導致的日常生活水平下降都無法接受的話，那奉勸持這種觀點的人趁早閉嘴。
希望我們再談論火星的時候能夠切實的理智的做些工作。
難道那些志願者是想要自殺么
推薦閱讀：