与此同时，人类对太阳系的其他行星的探索也在同步进行，美国人已经制定了登陆火星的计划，俄罗斯的火星计划也已经出台。
开发月球的设想
经过40多年的空间探索，齐奥尔科夫斯基的预言得到了证实：“人类不会永远停留在地球。”为了把人类的活动舞台扩展到其他星球，为了利用空间并造福人类，月球必然是人类注目的第一个星球，研究、开发月球对人类有很多好处。
月球上有丰富的矿产。航天员登月时，已经发现月球上有极大储量的钛及其他矿产。利用月球矿产，可以非常便宜地制造航天飞行器硬件，而且从月球发射物体要比从地球发射容易许多，因为月球引力远比地球引力小，又无空气，航天器射离月球无须克服空气阻力。例如，从月球发射一个高度近地轨道的有效载荷所需总能量比在地球上发射同样重量所需能量小20~30倍；又如航天飞机的载荷只占整个发射重量的15％，如果用同样的运载工具从月球发射，其有效载荷可占总发射质量的50％。一旦月球获得开发，月球能作为人类飞往其他行星的理想基地。
月球若在太阳系内建立大型太空站，或太空居民点，开发月球资源以供需求是最经济的途径。有许多人预言，去太空居住和生产是人类活动的下一个主要领域。当太空侨居区出现时，不可能再依赖地球上的经济支持和物资供应，而必须建造空间生产基地，利用地球以外资源发展工业。月球是提供这种资源的宝库。
自从美国“阿波罗”登月计划完成之后，经过30多年的沉寂，人们又在热烈谈论开发月球的事情了，很多科学家还提出建立月球基地的建议。1989年7月，美国时任总统布什还曾宣布要把月球作为人类飞往火星的基地，并打算于2005年正式破土动工。看来，在未来几十年内，开发月球、建立月球基地是势在必行和一定要做的事了。
展望航天未来空间技术的迅速发展，导致人类外空活动的日益扩大，已经把建造大型航天站、太阳能电站、太空工厂和空间居民点的任务放到了科学家的面前。但是，要实现这些目标，需要大批原材料，如果从地球向宇宙空间运送，费用非常昂贵，终非长久之计。因此，寻找地球外的材料来源，例如从月球和小行星获取材料，以及降低它们的运输费用，就成为发展空间工业生产，建造航天站和太空居民点的关键。
远在“阿波罗”飞船登月的历次航行中，航天员曾从月球带回许多月球岩石样品和尘土。经过分析表明，它们主要由40%的氧、30%的硅和20%~30%的各种金属元素如铝、钛、锰、铁等组成。金属元素经加工后的基本构件可用于制造各大型航天站；硅是玻璃、陶瓷与半导体的基本材料，可用于制造光学和电子元件；氧则供给居民需要。因此，月球确实是地球之外的资源宝库与材料来源。月球的低重力环境又为低成本运送月球材料到宇空间提供了保证。月球上的重力仅仅是地球重力的1/6，把材料运往空间所需的脱离速度很小，只有231千米/秒。再加上月球上无空气，不存在空气阻力，所以从月球射离物体比在地球射离容易许多。这就是科学家们提出开发月球，建立月球基地的主要需求背景。
人类要开发月球并从其上获取丰富的资源，还得先建造月球基地；作为先导，很可能不是直接建造为开发资源的月球基地，而是建造月球宇航基地，用以向宇宙空间射离物体以及为人类飞往火星作准备。建设这些基地的材料何处来？如果是从地球运来，其代价是非常高的。
科学家提出，在月球上建造一个宇航循环基地需1000吨水泥、330吨水和3600吨钢筋，若将这些材料从地面运往月球，每吨需耗资5000万美元，显然太昂贵了。材料学家对月球岩样进行分析和试验后认为，只要把氢带上月球就可把月球上的岩石变为最理想的建筑材料。月球表面钛铁含量极为丰富，这些矿物被加热至800摄氏度后与氢结合会产生铁、钛、氧气和蒸汽。在此过程中产生人类生存所必需的水和氧气。月球岩石可精炼成轻型和坚固的水泥，剩下的铁矿可用来冶炼钢筋。这种月球岩石同其他小行星的组成物质相似，已经在茫茫宇宙中存在了许多亿年，不但能抵挡太阳射线对其粒子的辐射，还能经受极大的温差考验。材料科学家利用航天员带回地面的月球岩石样品制成了一块目前世界上无法同它相比的最强硬、最坚固、最富弹性的混凝土。
这种混凝土是唯一能在气候异常的月球屹立的建筑材料。在月球上生产每千克这种品质的混凝土只需氢3克，而且只要具有总重量约200吨的机械钻探设备就可投入月球物质的挖掘。化学科学家设计了许多从月球岩土中提取纯净元素的方案，包括利用太阳能加热月球物质的物理分离法以及利用氢氟酸之类的试剂从氧化物中取得氧、硅和金属的化学分离法，每个加工厂设计得能循环使用试剂和废料的齐全生产单位。一个只有1吨重的小小的试验性化工厂，每年可将十几吨月球物质加工成氧、金属和玻璃。因此，科学家认为，建设月球基地的基本材料不必从地球运去，可以就地取材。待月球基地建成后，可以大规模开发月球，建造月球工厂，并把大批材料通过宇航基地射离月球，输往地球轨道和太阳系空间，用以建造各种大规模航天站，并为太空工业提供原料，为太空居民城镇建设供应建材。
月球上的尘土确实非常有用，用它还可烧制房屋的砖、瓦和管道；利用尘土覆盖航天员居住点和月球实验室，可使他们免受宇宙射线、太阳耀斑的侵害，近2米厚的月球尘土可使航天员获得与地球相同的对宇宙射线的防护机制。开发月球，建设月球基地不仅是可能的，而且是人类在地球外开拓疆域必然要做的一项工作。
开发月球还能使它成为人类未来从事科学研究的前哨阵地。在那里，科学家不仅能够直接研究月球的种种特性及其演化过程，而且也可能是唯一揭开地球早期史奥秘的地方。例如，研究它的矿物构造过程，可以和地球比较。利用月球无空气、低重力、自转速度慢和环境幽静的特点，有可能在物理学、化学、生物学和其他科学方面进行唯一性实验；在月球上进行天文学与天体物理的研究比在地球更具优越性。对人类社会来说，开发月球会使它显得日益重要起来。
从天文学角度考虑，地球日益严重的污染，影响天文观测。月球背面提供了最佳天文观测位置，因为那里总是背离地球，可以完全隔开上述干扰。在月球上还可以进行月球和行星科学、天文学、物理学、化学、生命科学等种种科学研究。
综上所述，研究月球对人类的未来有重大意义。当然，要在月球创建居住地和基地，还有许多问题和困难需要解决，并且要大量投资。但开创空间时代30余年的成功使人们确信，月球注定会成为人类活动的场所，随着空间技术的改进以及在空间制造硬件便宜，投资也不会太大；如果进行国际合作，每个国家分担的费用更不会高。有科学家预言，在未来1~2个世纪，月球基地必将成为人类生存和发展的新疆域。
建立月球基地的计划
虽然月球物质驱动器和空间轨道间运输飞船两项关键技术还在努力解决之中，科学家们却已经在拟定月球基地的发展计划了。
早在1979年，为了对各国在月球和其他天体上的活动进行组织和管理，12月18日联合国通过了月球条约。
1987年10月在国际宇航科学院的会议上，来自50多个国家的近1000名科学家和工程师联名提议建造国际月球基地。提议中的建造计划大致分四个阶段。
第一阶段的目标：在2001年前建造一个载人月球轨道航天站。到目前为止，人类已经先后建立过若干地球轨道上的航天站，例如“和平”号航天站。
第二阶段目标：在2010年前在月球建立研究实验室，其中在2003~2005年，由6名航天员首批登月，组成基地站；2006~2010年，基地人员增至30人，建成研究实验室。
第三阶段目标：发展主要生产设备，并为每年向地球同步轨道和其他地方输出10万吨产品而继续扩大有关设施。这可能要一段相当长的历史时期。
第四阶段目标：到21世纪末建成具有高度生产能力的月球基地。
此外，科学家的联名提议，还要求建立相应的国际月球基地开发机构。它的主要作用应包括诸如召开规划会议，讨论建造月球基地的政策和法律等等有关问题。当这样的国际月球基地开始建造并变成现实时，可能会出现一些全新的问题。例如国家的意义、国家的边界和人类之间的相互关系，有可能需要重新探索和认识，或者说，至少会赋以新的含义和内容。
科学家们建议的国际月球基地，其最终目标是拥有高度生产能力，显然是一座月球城镇，离我们还相当远。而第二阶段目标已经就在眼前，规模不会很大，科学家们也研究得比较具体。他们认为，早期的月球基地应包括一个检测月球物质、监测基地成员健康状况和生活食品的试验舱，一个生活舱，一个不加压的储藏舱，一个加工月球物质的小小化工厂，一个带观测室和气闸门的连接舱，以便出入月球表面，两辆月球运输车。这种基地的成员可包括：指令长、机械师、机械技师、医生、地质学家、化学家和生物学家。基地成员每两个月轮换一次。每次通过在低月球轨道上会合的轨道间运输飞船和月球游览车交换3~4个基地工作人员。
在这之后，人类将可利用小小化工厂生产的产品和建筑材料，在月球上建造固定的、坚固的宇航基地，为今后把开发出来的月球物质送往空间各用户和为人类飞往火星做出发地。
美国利用核反应堆供能的方案
2009年，英国《新科学家》杂志公布了美国宇航局未来重返月球计划中，建造月球基地的部分设计方案，其中一项就是利用核反应堆供能的方案。
在月球上的漫漫长夜，可利用核反应堆供能，如果居留地不是位于极地，月球之夜最长可持续大约14天。这些反应堆的功率为40千瓦，大约足以供30家普通美国家庭使用。反应堆上方的黑色面板是散热器，可用来疏散过剩的热量。为了防止宇航员受到反应堆伤害，这些东西都距离居留地有一段距离，而且周围被成袋的月球土包围。其他设计方案要求把核反应堆埋在月球地下。
向太空要电能
煤作为主要能源曾在工业革命中起过主要作用；而作为能源的石油是和20世纪的种种产业成就联系在一起的。可是，随着世界经济的发展，电力消耗日益增快，能源不足的矛盾相当突出。另一方面，更进一步和过分使用煤和石油还可能导致地球自然环境的破坏；更大规模发展核电站又担心会构成对人类生命安全的威胁。于是很多科学家不约而同地想到了利用太阳能。
确实，如能利用太阳能作能源，可以避免上述种种矛盾和担心。太阳能真是取之不尽，用之不竭，亿万年来无私地奉献给了宇宙，也为人类送来了光明和温暖。太阳把辐射到宇宙空间能量的大约1/20亿穿过15000万千米的路程投射到地球上。这能量相当于173万亿千瓦的功率，或者说约等于每秒钟把550吨原煤的能量输送给地球。但是，太阳能的散射面很宽，特别是经过地球大气层时，大部分能量被大气层反射、散射或吸收掉了。在宇宙空间，由于太阳光线不会被大气减弱，也不会被大气阻拦，可以直接受到太阳光的照射，因此在那里建造一个太阳能电站，是个好主意，好想法。
空间太阳能电站，作为人造天体，在绕地球运行过程中，总有一部分时间被地球挡住阳光，也就是说要进入地球的阴影部分。不过，这时间并不长。如果太阳能电站的轨道选择得好，可以使这时间变得很短。例如，太阳能电站若处在赤道上空35860千米的同步轨道上，它绕地球一周的时间为23小56分4秒，与地球自转周期相同，则太阳能电站对地来说是静止的，一年中仅在春分和秋分前后45天，而且每天至多只有72分钟被地球挡住阳光的时候，在其余时间内，电站的大面积电池帆板可以受到太阳光的连续照射而把光转变为电。和地面相比，用同样面积的太阳能电池帆板，在同步轨道可多获6~11倍的太阳能。如果把空间太阳能电站建设在圆形日心轨道上，那就不再怕地球挡住阳光，并可获更多的太阳能。怎样把太阳能电站的电能传送给空间工业用户和地球，是建设空间太阳能电站的关键问题。早在1968年，科学家就设想，在宇宙空间的太阳能电站，聚集大量阳光，利用光电转换产生直流电，并通过相应的装置将直流电变换成微波，以微波波束的形式传输到太空用户或者传输到地球上，用户接收站又将微波能量再转换成相应的电能，联入用户供电网络。由于微波能顺利通过云雾和烟等，每天向地球输电时间不受任何限制。而在空间没有重力并且真空，太阳电池帆板可以做得很大，微波器件无需严格密封，而微波电能的定向发射和接收对环境危害较小。虽然微波的放射性也是一种污染，但和煤与石油对大气的污染，以及和核电站可能产生的放射性等类污染相比，几乎可以说是微不足道的。空间太阳能电站的优势还在于它不必使用煤、石油等不可更新的自然资源。
美国空间太阳能电站1987年，加拿大科学家在渥太华进行了第一次利用微波作飞行动力的微波波束传送电能试验。他们用碟型天线传输微波波束。在试验中，发现在波束的聚焦、目标的跟踪方面存在一定的困难。
日本京都大学的科学家们也进行了类似的试验。不过，他们对加拿大的微波波束传输技术作了改进，采用相控阵天线技术。利用相控阵天线传送微波波束，聚焦精确，跟踪目标快速，利于实现计算机控制。
日本人试验的是一种无机载动力源、长度为16米的模型飞机。飞机上既无机载汽油，也无电池，而是靠接收地面的微波能量作为动力，收到的微波能量被转换成电力，驱动飞机螺旋桨转动，获得飞行动力。这一试验的目的，不是想研究开发一种不带燃料箱的飞机，而是试验微波传能技术，用于未来空间太阳能电站的电力传送。如果这种模型飞机传能试验进展顺利，日本的科学家计划在1993年把试验搬到高度为220千米的人造卫星上进行，利用相控阵天线及发射机给同时发射升空的另一颗人造卫星传送微波能量。
科学家们预测，不需很久，能产生动力的空间太阳能电站作为实用能源工厂，将为空间工厂提供电力，或者为轨道上的载人飞船和航天站提供能源。再进一步的发展，将会把电力送往地球。
据科学家分析，空间太阳能电站的经济最佳容量是5~10兆瓦，悬挂于地球赤道上空36000千米高度的对地静止电站的质量为5万~10万吨。
最初步的估算表明，空间太阳能电站每产生1千瓦电量的造价会比核电站同样功率的造价高出50％~100％。比水电站高出100％~150％，比热电站高300％~500％。但是，由于使用甚高频微波辐射传输到地球，微波能量实际上不会被大气所吸收，地面接收站接收到的微波能量转变为电能供给用户，其转换效率可高达90％；更由于空间太阳能电站不耗地球资源，因此工作约5~7年后，其利润将比热电站和核电站高。
建造空间太阳能电站的另一个关键问题是运输。计算表明，在5年内回收这样一个电站的建设费用，它每千克重量的成本不应超过150~200美元。此外，运载火箭应有非常大的推力，一次能将500吨的有效载荷送入轨道。在这样的情况下，总计只需100~200次的发射就可以了，所有货物在3~5年内运输到位。
到目前为止，还没有这种大推力运载火箭能一次将500吨的有效载荷直接送入同步轨道。现有最大推力的运载火箭也只能将200多吨的有效载荷送入地球近地空间。因此，要在3~5年内将空间太阳能电站的建设材料运送到位，还必须研制这种大推力火箭。
所以，怎样大规模开发与利用空间太阳能，还处在设想阶段，还需要若干年才能实现。
科学家们相信，动手建立一个具有发电容量为15万千瓦的空间太阳能原型电站的计划是可行的。在这之后，就可能建造巨大的电站。随着时间推移，太空太阳能电站还应能帮助解决行星的电力供应。
空间太阳能电站的首次提出
当今社会，能源问题已经成为困扰人类社会进步和发展的重大课题。自从20世纪70年代发生能源危机以来，人类开始探寻新的清洁、安全可靠的可持续能源系统。1968年，美国彼得·格拉赛博士首次提出了空间太阳能电站（SPS）的概念。其主要包括三部分：太阳能发电装置将太阳能转化成为电能；能量转换装置将电能转换成微波或激光等形式，向地面发送能束；地面接收系统接收空间发射来的能束，再将其转换成为电能。
太空城镇的构思
伴随着空间工厂的生产，太阳能电站的建造，月球和小行星的开发以及其他形形色色的大规模空间活动的发展，必然有越来越多的人到宇宙空间去工作、生活。因此，需要建造一种适于人类在宇宙空间居住的场所，即太空中居民的定居区或城镇。
为了使未来的太空居民能够像地球上那样长期工作和生活，太空城镇一方面应具有防护外部宇宙射线以及微流星袭击的设施；另一方面也要创造类似于地球上的重力、大气、日照与昼夜变化等环境，必须有充足的水、食物和能源，必须设置住宅、街道、公园、学校、农场等区域，用以保证居民的生活需要。
经过一些年的设想和构思、讨论，科学家们提出了五花八门，各具一格的空间城镇建设方案。美国科学家格拉尔得·凯·奥耐尔提出的在今后一些年内营建巨型太空殖民地方案，具有代表性。此方案听起来，既有科学幻想的成分，更具有现实性的味道。太空居民点的建设是绝对必要和可能的，然而，是否就是这位科学家设想的这样，今后的太空实践会给出正确回答。
他提出的这个太空殖民地将是一个巨大的圆柱形地球轨道站，其长度为3~30千米，直径达1~6千米。设想，这样一个空间结构能够容纳20万~2000万人。这个圆柱体不断旋转着并且在外壳内壁产生人造重力。在圆柱体内不仅有供人居住和办公的房子，而且还有山丘、森林、湖泊及河流。美国科学家相信，这种计划方案是可行的。前苏联的科学家对这个巨大的空间殖民地构造方案发表评论说，他们没有询问美国科学家的计算技术，但是相信美国人的技术和力量，相信这种计划是可行的，可以看做是太空居民城镇的一种可能的解决方案。
不论太空城镇将会按何种方案、布局建造，一定会伴随太空工业的兴起同时建设；开始规模也许较小，随着空间工业规模不断扩大，居民区也同时会发展。
由于外层空间存在大量的资源，随着月球和小行星的开发，空间会出现大批工业产业，人类依赖地球资源的程度下降，建设大规模太空城镇将不是现在人们想象的那么玄乎。
火星是一颗最富传奇色彩的行星，也是多少年来人们经常联想到地球以外可能具有生命的行星。火星上是否有过生命形态存在，科学家们争论了好多年。考虑到火星上有生命存在的可能性也有一些理由。火星上有稀薄的大气、少量的水，它的温度时常升到冰点以上。
为了拨开人们对火星认识上的迷雾，美国和前苏联都多次发射火星探测飞船，拍了很多照片，分析了大气，化验了火星土壤。可是迷雾层层，拨开一层又出一层，并没有足够的证据回答火星上到底有没有生命存在过。
例如，除陨石坑、火山环形山和裂隙外，“水手9”号飞船还观测到类似于干枯河床、峡谷和沙丘的外表特征，有人坚持说某些河床和峡谷仅仅由流动的水才可能形成。虽然目前火星上不可能存在液态水，但可以有大量的冰潜藏在火星表面下，或许几百万年以前的条件与今十分不同。有人提出说类似地球上的冰河和间冰河期的长期气候变化可能使极冠冰周期性地全部蒸发。这将提高大气中水汽和二氧化碳的压强。这样的大气会更像地球大气，液态水能够存在甚至还能形成雨，以至产生了所观察到的河床。“水手9”号也发现火星极冠区有时是明带有时又是暗带，这就增强了周期性气候变化的假设的可信性。这些带被解释为处于交替的冰河和间冰河期内的不同表面层。按照这样解释，火星现在处于冰河期，这时大部分二氧化碳和水仍然冻结在极冠处。但在间冰河期火星较暖，大气较密，表面也湿润。这些设想提高了对火星上存在生物可能性的关注。
由过去的资料看，火星具有太阳系内，除地球外，最少有害于生物生活的条件。有些预言已由“海盗”号探测飞船的探测所证实。轨道飞行器拍摄的照片，分辨率在100~1000米，照片上确有很多类似河床的外形，表示火星早期历史上有几次洪水。但也可作另一种解释，过去曾有巨大的冰川覆盖着火星大部分地区。冰川流过障碍物也能产生类似河床的外形特征。
但是，“海盗”号飞船的轨道飞行器和着陆舱进行过12次试验，每次都直接或间接与生命研究有关。在分子分析实验中，把火星土壤的两个标本加热到500摄氏度，烧掉了任何含碳的有机分子。然后对气化后的物质作化学分析，证明火星上存在任何由碳构成的生物是极不可能的。这个结果曾使很多人失望。前苏联的科学家对此也有不同看法，认为火星土壤取的是两个火星偶然点，而且试验方法不完善，要下结论否认火星上有生命存在的可能性为时过早。
人类对火星的探测，取得很多资料信息和成果，包括它的地形、地貌、土壤成分、大气构成和确实存在水等；然而火星上到底是否存在或存在过生命形态，还处在迷雾之中，而这正是人们最关注的事情。它继续吸引着科学家的关注并激起人们的幻想。如果人类能亲临火星登陆考察，可以直接解开火星是否有生命形态存在的奥秘，那时科学家之间有关此事的争论才会结束。
科学家估计，到21世纪30年代，可望实现航天员在火星登陆，这将把航天科学推上新的高度，是一个重大里程碑。这是一个多么美丽和光彩夺目的事业，正等待着青少年朋友们去创造。
人类飞往火星的条件
美国和前苏联早在20多年前就用深空探测飞船对火星表面实现了软着陆。按理，下一步应是人类登陆火星考察，可是为什么至今不去登陆呢？
专家们认为，按照人类目前掌握的航天技术，已完全可以飞往火星。现在不进行这种飞行的原因有两个。
首先，失重对人体的生理影响是主要障碍。由于引力减少，人体内的心血系统、肌肉组织和骨骼中化学成分都会受到影响。在地球上，人类的心脏习惯于克服重力把血液输送到全身各处，而在失重状态下，心脏不必费力地工作；同样道理，肌肉在太空工作时所付出的代价也大大低于地球上从事同样的劳动；另外一些研究表明，人在太空飞行时，组成骨骼的主要矿物质——钙会逐渐减少。研究报告指出，在太空飞行一个月，人体骨骼中钙质要减少05％。若飞行时间短，航天员上述生理障碍还比较容易克服，如在飞行中多吃些含钙的丰富食品，加大肌肉锻炼量等，回到地球后再辅以多种仪器和药物治疗，生理机能就可能逐渐恢复。然而，要在太空进行几年的长期飞行就困难了。航天医学界人士认为，到目前为止，还未找到很适当的途径来阻止或减少失重对人体的影响。在20世纪80年代，经过20多年的航天飞行经验积累，前苏联和美国，特别是前苏联，已经制定了在长期飞行中预防失重对人体生理影响的措施，取得了重大进展。航天员季托夫、马纳罗夫甚至曾创造了在太空一次漫游一年的记录。但是，为了人能飞往火星，科学家还得作出更大努力来对付失重对人体的影响。
第二，人类飞往火星，往返一次需2~3年的时间。一个航天员在太空生活和工作，每天要消耗氧气、食物和水大约10千克。目前在近地轨道上的航天站，航天员的给养由航天供应线的“进步”号货运飞船定期输送。当人类飞向火星时，要飞出地球9000万千米，按照现在的补给供应线的供应周期，载人飞船在到达火星前的途中就需要补充给养若干次，而这是不可能的。因此，不再可能利用天地供应线的货运飞船输送补给。同样不大可能的是，航天乘员启程飞往火星时带足乘务组人员2~3年的给养。这里不仅要有氧气和水的循环再生使用系统以供应航天员氧气和水，而且需要成熟的生物生命支持系统来帮助解决飞行期间他们的食品供应问题。
上述两个问题获得解决后，人类飞往火星的时机就成熟了。科学家们相信再经过二三十年科学摸索，人类将会解决这些问题。由此看来，21世纪人类有可能成为火星的外星人。
火星洞穴
“火星探测轨道飞行器”和“机遇”号火星分别发现火星表面曾有水后，美国科学家借助“奥德赛”探测器又在火星上发现了七个奇特洞穴。这七个洞穴分布在火星阿尔西亚火山的侧面。洞口宽度在100米到252米之间。由于洞口基本观测不到洞底，科学家们只能估算出这些洞至少有80米到130米深。这些洞穴的发现具有重要意义。首先，如果火星上曾有原始生命形式存在，这些洞穴可能是火星上唯一能为生命提供保护的天然结构。其次，如果条件适宜，这些洞穴将来可能作为人类登陆火星之后的居住点。
未来人类飞往火星的工具
根据美、俄两国计划，人类登上火星之前还有二三十年时间，在这段不算短的时间里，科学家们估计，运载技术还会有突破性的进步，这将非常有利于登陆火星计划的顺利实施。
科学家们说，未来的星际火星航行载人复合体的电源和推进系统的类型及其技术特性，将决定整个登陆火星计划的费用以及所需复合体的总重量。这里有几种不同的可能选择。虽然液体推进火箭发动机在美、俄两国的空间技术活动中已经得到最充分的试验。但使用它们会使在地球轨道上的载人复合体具有太大的总质量，可能达2000吨，同时还遗留下严重的科学技术问题，包括发射和空间装配以及要在起始轨道长期储存低温燃料。
发展核能推进系统将使得有可能大量减少在起始轨道载人火星飞行复合体的总质量。用核推进系统，复合体重量约1000吨，同时火箭速度会得到极大提高。1992年1月13日开幕的国际太空核能会议上，俄罗斯科学家说，他们研究核动力推进系统火箭已有几十年历史，取得了重大进展，可望将人类。未来飞往火星的星际旅行时间缩短一半，在当时已经进行了这种火箭的地面点火试验。同一天，美国政府也公布了为实现载人宇宙飞船火星探测飞行而研制的核动力太空火箭的一些情况，人类飞往火星所需来回星际旅行时间，在用液态氢的情况下大约需500天，如采用核动力火箭，则可以缩短到300天左右。
发展核电推进系统，在起始轨道，火星复合体总质量只有500吨，因此，发展核电推进系统是最可取的；而且其未来应用能显著地简化星际运输系统的开发，以帮助扩大在空间活动范围。
太空核电源在人类未来飞向火星的过程中，可能也会扮演重要角色。1987年发射的前苏联两颗专用宇宙号卫星上试验了一种新型太空核反应堆。这种反应堆采用热离子技术，以铀作燃料，重约5~10吨，可产生10千瓦电力。其中一个在轨道上工作了3年半，另一个工作了1年，结束使用后被推入更高的安全轨道。
火星
火星是太阳系由内往外数的第四颗行星，属于类地行星，直径为地球的一半，自转轴倾角、自转周期相近，公转一周则花两倍时间。在西方称其为战神玛尔斯，中国则称其为“荧惑”。橘红色外表是因为地表的赤铁矿（氧化铁）。火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体。以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠，会随着季节消长。
美国登陆火星计划
美国前总统布什在1989年7月20日举行的“阿波罗”飞船登月20周年纪念大会上宣布，要把月球作为人类飞往火星的基地，在21世纪初叶把人送上火星。因此，美国也有一个人登上火星的三阶段计划。
第一阶段：1992年9月16日~10月6日，用“大力神3”号运载火箭，发射名为“观察者”的火星飞行器，它以每天13圈的运行速度在火星太阳同步轨道上运行，带有8种仪器设备，确定火星地形、火星引力场、表面元素和矿物特征、磁场以及大气环流结构；绘制火星的四季气候图，为未来载人和不载人飞行选择着陆区。
第二阶段：要解决火星上是否存在危害人类的有毒物质和敌对生物的问题，确定何处是人类安全着陆地方。计划从2001年起发射名为“漫游者”火星机器人取样返回飞行器。在2001~2011年，要发射几批机器人，每批1~2个。“漫游者”机器人将在2000年投入运行的“自由”号国际航天站上发射。
第三阶段：发射载人飞船到火星登陆，有几种实施方案。其中之一，2002年在月球上建立永久性居住基地作为前哨基地。2015年发射载5名航天员的宇宙飞船到火星，在那里停留30天；2018年再发射一次载人飞船，在火星工作更长时间。
在人类实现载人宇宙飞船登陆火星的目标中，美、俄两国的具体实施计划各有特色，在互相竞争的同时，必定会进行一些合作。既竞争又合作，是双方的需要。不仅如此，日本和欧盟凭借经济实力也一定会在某种程度上参与登陆火星的国际合作。我们中国也是一个有相当实力的航天国家，如果在21世纪初能把自己的航天员送上太空，就完全有可能参与登陆火星的行动。
俄罗斯的飞往火星计划
前苏联的科学家一直在准备着21世纪初人类飞往火星。除了航天技术的发展外，在空间生命科学、航天医学，特别是在对抗失重对人体生理影响方面都取得了卓越成绩，这些都是为了飞往火星这一目标做准备。不仅如此，前苏联科学家已经制定出人飞往火星的三阶段研究计划。前苏联解体后，俄罗斯继承这个计划并付诸实施，但在进度上有作出某些修改的可能。
第一阶段，1991~1996年：试验登上火星表面的技术；试验获取火星土壤样品的方法和装置；获取火星土壤化学成分的全球数据和火星表面详细图片、温度和湿度分布、沉积构造厚度、岩床和冰晶层的深度；进行火星磁场和重力调查，为科学选择未来人飞往火星登陆点和保证安全获得全部所需要的信息。
为完成上述任务，要发射一个火星轨道器，它装备有大量的光学设备、光谱仪、质谱仪、雷达和等离子设备及仪器。
在所选的火星表面位置，下降舱带着小型火星面车从卫星中分离出来，下降时又从中分离出一个气球，同时释放出着陆器。气球将在火星大气中离火星表面高度2~6千米飞行约6~10天（晚上它着陆火星表面），飞行路线将长达几千千米。火星面车装备土壤取样装置、土壤分析仪以及电视摄像机。电视摄像机摄取全景图并用于检查采集火星岩样以提供最佳火星位置的信息是否正确。
第二阶段，1996~2005年：火星岩样返回地球，以便对它们进行详细的地质化学和生物学分析。
为此，同时向火星发射轨道器和下降装置。下降装置带有大型火星面车，它对火星土壤样品初步分析后，将样品藏在容器内，后又自动传送到起飞舱，起飞舱起飞并进入火星轨道，然后和轨道站宇宙飞船对接，容器被送到再入大气层火箭带回地球。火星面车服务寿命达5年，它拥有电视综合体，能用不同方法取样，也就是钻取火星表面以下若干米深，从大量岩片中获取样品，用返回振动着陆器采样。
第三阶段，2005~2015年。现在，人飞往火星最可接受的方案，是带有能使航天乘员组直接动态再入大气层的轨道着陆方案。飞行复合体包括：一个火星轨道飞船，为4~6名乘务员提供生活和工作条件18~24个月；一个登陆飞船，输送2~3名航天乘员和设备到火星，能为他们提供生活和工作条件1个月；一个再入舱，它具有第二宇宙速度，能从低轨道再入地球大气层；能保证全部星际和轨道的动态运行所必需的电源和推进系统。
火星旅行模拟测试
2010年6月3日，3名俄罗斯人、1名意大利人、1名法国人和1名中国人将被锁入密闭空间里，进行为期520天的火星旅行模拟测试，至少持续至2011年11月。实验舱面积共计550平方米，不过6名参与者每个人的“个人空间”仅3平方米，试验在位于俄罗斯莫斯科的生物医学问题研究所进行。参与者工作5天，休息两天，除非试验需要模拟特殊或紧急事件。本次试验中，参与者的心理和生理数据都将被记录，“与地球的通讯”将只能通过电子邮件进行，并会“不时受干扰中断”，就像真正的火星旅行一样，最高会有40分钟的延迟。
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