通常，按照严格的生活制度，一名宇航员每昼夜约需2千克饮用水，只有这一需水量才能保持人体内的水平衡。此外，机体水平衡还取决于人体一昼夜的耗水量，一个成人通过肺和皮肤平均可排出800克—1000克的水。另外，还排出1200克—1400克的尿液和约100克的粪便。
此外，在火星飞船上，除饮用水外，每一名航天员至少还需4—12千克的清洁用水。如果采取措施能使用一种经净化处理后可重复利用的水，那么火星飞船上的需水载荷还会大大减少，如不考虑这一可能性，每一名航天员的总需水量则约为3吨。
当然，我们不可能只派遣一名航天员去完成如此遥远而艰难的星际旅行。目前，俄罗斯宇航局和欧洲宇航局已决定选派6名航天员组成火星飞船乘组。按上述航天员700天的人均物资耗用量方案计算约为6320千克/人（700天），而6名航天员700天火星之旅的物资耗用总量应为6320千克/人X6人＝37920千克，合计37.92吨。此外，火星飞船6名乘员、航天服、各种科学考察仪器和设备以及所携带的生命保障装备的重量，再加上飞船在航行过程中进行机动飞行、姿控、在火星上着陆、再返回地球，还有在近地轨道上制动飞行所需的推进剂重量，合计可达300—3000吨。
为尽量减少火星飞船上航天员的生活给养载荷，俄罗斯航天专家提出一个美妙的设计方案：把火星飞船变成一个微型“人造地球”，在上面建立一个人工闭合式生态系统，该系统犹如我们地球的生物圈，它能根据航天员的各种需求进行自然的物质循环。
（六）火星飞船上的“微型地球”：航天员的永乐园
俄罗斯航天专家把在火星飞船上建立的人工“生物圈”称作“人工闭合式生态系统，它不仅能长年累月地向航天员提供丰富的食品，而且还能供水供氧。
在该系统中，水泵（1）把来自蓄水器（2）中的水同航天员日常活动产生的排泄物（3）混合在一起。这些混合物再由粉碎机（4）粉碎，然后向混合物中注氧（5），当混合物经过用桃树皮纤维制成的过滤器（6）时，混合物中的部分营养将被细菌和最简单的微生物吸收掉。这时，混合物的温度可由热交换器（7）来调节。其后，混合物进入鱼缸（8），在这一闭合式生态系统中，混合物中的有害微生物将被鱼吃掉。当剩余的混合物再经过振动膜萃取器（9）时将得到净化，从而消除其中的有毒混合物和二氧化碳，同时分离出水蒸汽。这时，大部分水以蒸汽形式还原回流到该系统的水泵中，只有少部分无机营养物含量很高的水周而复始地进入温室（10）中。经由振动膜萃取器消除细菌和病毒后被净化的水蒸汽，经冷凝器冷却后变成可供饮用的水。温室中的植物又可以吸掉二氧化碳并放出氧气，氧气可供飞船上的航天员使用。
因此，航天业的迅速发展迫切要求航天植物栽培学具有如下一系列特点：由于飞船和空间温室的面积有限，因此空间温室里的植物必须是需求极小，生长速度快，繁殖能力强，营养价值高，而且具有能释放充足氧气且占地面积小等优点。
长期以来，俄罗斯航天员在轨道站上的大量实验表明，在不受大气层和云层限制的阳光充足的宇宙空间，一平方米面积的空间温室足能养活一个人。如果有3.5平方米面积的南瓜叶子，就完全可以满足一个人的氧气需求。
此外，科学家们发现，小球藻是一个最理想的制氧“工厂”，其放氧量高达自身体积的200倍。通过空间生物学实验证明，如果在飞船的空间温室中能给小球藻创造适宜的生长条件，它的生长速度还会明显加快，其重量一昼夜可增加4.7倍—9倍。一个容积为65升盛有水和小球藻的小鱼缸，完全能满足一个人在数日里的氧气和食品需求。可见，小球藻必将成为宇宙飞船“生物圈”——“人工闭合式生态系统”中最理想的植物。
美国“约翰逊”航天中心研制一套生命保障再生系统，它能把飞船上产生的日常废弃物加工成航天员所需的食品和氧。在该系统的生物反应器中，微生物在废液进入过滤系统之前能将其净化。2004年12月，这套生命保障再生系统已顺利通过实验——4名航天员在火星飞船模拟密封舱里呆了91天，该系统借助循环再生法提供了99％的饮用水。在这些实验过程中，工程师们首次使用了垃圾焚化器，这种装置能把固体粪便经加工处理后变成二氧化碳和水蒸汽——它们可用做飞船温室中的太空植物小麦和生菜的附加养料。
小麦也能满足航天员对氧气需求的25％。该系统非常可靠，准备在国际空间站上使用。该空间站既能成为生命保障再生系统的实验平台，同时又减少了从地球向空间站运送的给养量。这套生命保障再生系统对火星之旅是必不可少的，因为在火星载人考察的整个期间随飞船携带补给品造价高得惊人而且不现实。
飞船上的植物就是天然的生物“工厂”，由于这些生物“工厂”靠取之不尽，用之不竭的太阳辐射能工作，因而能使飞船上的人工“生物圈”不断发生光合作用并进行物质循环，以满足飞船上的航天员的生活需求。这种人工闭合式生态系统的建立，不仅为人实现遥远的星际旅行铺平道路，而且使地球人类加快了进入太空移民时代。
（七）火星载人飞船动力系统的几种方案
火星载人考察的宏伟目标能否实现，在很大程度上取决于火星载人飞船动力系统的安全性、可靠性、稳定性和高效性。为此，火箭专家提出以下几种飞船动力系统方案：
1．核火箭发动机方案——飞抵火星只需90天
以色列科学家伊·罗宁教授为火星载人飞船提出一种全新的发动机方案，如果采用该方案能明显缩短行星际航行的时间，其中包括飞向火星。
迄今为止，核火箭发动机方案被认为是能缩短行星际旅行时间最有前途的方案，例如，美国人目前正在研制脉冲式磁等离子体发动机，在这种发动机中利用磁场和电磁波加热氢。借助这种发动机飞抵火星只需90昼夜。
2．同位素发动机方案——飞抵火星只需两周
伊·罗宁教授胸有成竹地说：“还可以使飞抵火星的时间缩短到两周，但前提是，用门捷列夫元素周期表中的第95号元素——同位素镅242做火箭发动机的推进剂。”
用这种同位素做推进剂的发动机比目前已有的任何发动机的工作效率都高许多。研究发现，在使同位素镅242发生核聚变反应时，物质能被滚压成不足一微米厚的薄片——这就是说，用该同位素做推进剂，普通航天器从地球飞到火星只需几千克就够用了。
借助同位素镅242进行核反应可使气体温度加热到约250000度，从而能使飞船的速度达到80千米/秒。
3．核爆航天器方案——提高飞船性能10倍
苏俄航天专家继齐奥尔科夫斯基之后曾幻想要铺平通向太阳系各行星之路，在这里，借助核爆航天器还有可能飞向其他太阳系。
什么是核爆航天器？核爆航天器就是借助间歇式核爆喷力原理推进的航天器。该方案是前苏联科学院院士阿·萨哈罗夫早在1966年提出的。
实际上，“萨哈罗夫”核爆航天器是根据临界大质量物质的核爆炸原理工作的，这就是说它用于远航的大型飞船上，而且核爆产物对环境的污染也相当大。因此，今天的俄罗斯航天专家耶格罗夫及其同行提出要修改核爆航天器的原有方案——改用临界小质量物质核爆方案。改进后的核爆航天器能使飞船性能提高10倍。
耶格罗夫认为，新型核爆航天器当然不是在地球上发射，而是在地球同步轨道上发射，甚至可以在近月轨道上发射。
4．热核发动机方案——30000千米/秒
哈萨克斯坦航天专家、数理学副博士乌·扎基罗夫认为，飞抵火星现在只需两周时间。可是，飞抵火星还可采用热核发动机方案，而且该方案还分为近程航天、远程航天和超远程航天3种方案。
近程飞船方案：该方案可使飞船速度达到300千米/秒，在这种情况下，可快速飞抵火星、金星并返回。
远程飞船方案：该方案可使飞船速度达到3000千米/秒，在这种情况下可考察和研究太阳系最远的天体。
超远程飞船方案：该方案可使飞船速度达到30000千米/秒，即光速的1/10，在这种情况下，这已是极限速度，飞船不能再快了！
5．反物质发动机方案——前途无量的方案
20世纪初，法国著名物理学家佐·居里发现了湮灭现象，以此证明了英国物理学家波·迪拉克如下推断的正确性“正粒子、负粒子、正电子和负电子能相互作用并释放出大量能量最后变为乌有，确切地说变成物理真空。”
1933年，佐·居里因阐释出宇宙中存在两个宇宙的贡献而荣获诺贝尔奖。宇宙中还存在一个与我们生存的这个宇宙完全相对的另一个宇宙——反宇宙，在这个反宇宙中，一切都是相反的。尽管这种反宇宙迄今还尚未被发现，不过在目前已知的所有基本粒子中已发现反粒子，眼下，科学家们正在研制第一批反原子。那么，研究人员怎样以巧妙的方法从发生过早的湮灭过程中束缚住反粒子呢？早在1936年，荷兰物理学家发明了反质子磁捕集器为这一过程帮了大忙。
我们试想象一下：从一个容器中抽出空气，那里的温度不低于零下230℃，如此寒冷的低温是靠液氦和液氮来保证的，而且，该容器四周还包覆着强电磁铁，因此，在该容器中能形成如此强的强磁场，只要电子一进入这个容器，立刻会被磁场压缩成一个柱状，同时使电子冷冻，夺走电子的能量并让其运动速度归零。
然后，反质子“跳入”容器中也会被冷冻住，而且反质子将被束缚在冷冻的电子环境中而不与其发生任何反应。今天，在这种条件下借助这种反质子磁捕集器可将反物质俘获住达两个月之久，将来这一俘获反质子的时间还会延长。
科学家们认为，尽管已研究到目前这个水平，要实际制造湮灭发动机还不够，即便在今天，世界各国科学家通力合作，每年也只能积累不足1微克的反质子，这意味着，要“攒够”湮灭发动机所需的9千克火箭推进剂（只有获得如此数量的反质子才能飞抵离我们最近的半人马座α星），约需要90亿年时间，可是90亿年后可能许多恒星早已不复存在，到那时，地球人类又如何？——这一切将不得而知。
不过，有一条百分百准确的信息能让人类看到更大希望：外星人的飞行器——飞碟就是一种反物质发动机原理，它在时空隧道“加速桥”中的最大速度可超光速100倍，即3亿千米/秒。如果有了这样的超光速飞船可征服任意远的天体，不过，外星人绝不会允许地球人在目前形势下掌握这种超尖端技术，因为地球人目前仍是一个自私、好战、野蛮的物种，一旦掌握了这种高科技就会胆大妄为，在整个宇宙中搞扩张主义和侵略主义，到那时外星人就遭殃了。因此，美国人早在1947年就已得到和回收外星人的飞行器，到目前为止已研究近70年了也没研制出这种反物质超尖端航天飞行器，如果美国真的研制出这种飞行器，又何必还仍在使用笨重落后的大型运载火箭进行航天发射？可见，外星人不允许地球人掌握这种超尖端航天技术，至少在地球上的战争没有全面停止和全世界尚未实现持久和平之前不允许。
因此，科学家们建议我们暂且忘掉纯反物质发动机，只把这种反物质用作核裂变和核聚变大规模混合过程的催化剂。铀被中子轰击后开始发生链式裂变反应，同时释放出能量，能量加热包覆着氘和氚的外壳，并激活它们使其参与热核聚变反应。
要知道，无论什么物质都不能耐受住几百万度的高温，要想保护好火箭发动机的燃烧室，航天专家建议，在核聚变时产生的部分γ射线将被收集在专门的铅保护装置中，它在那里将被转化成X射线，X射线开始轰击钛屏从而使部分金属汽化，被汽化的金属将以物质射流的形式高速喷射出飞船，其产生的反作用推力推动飞船飞行。
（八）俄罗斯新能源飞碟将遨游太空
今天看来，很少有人对存在飞碟——外星人的飞船的严酷现实表示怀疑了！这些令人困惑的天外来客在我们的行星上留下无计其数的碟影谜踪。可是，今天却很少有人知道，俄罗斯和乌克兰的科学家已联合研制成功一种我们地球人自己的飞碟——全新的碟状飞船，从此，地球文明的飞碟也开始遨游太空了！
不久前，俄罗斯和乌克兰两国科学家为航天发动机发明一种“永燃炉膛”——只要把“烧柴”放进炉内将其点燃，再加点“煤块”，它就会熊熊燃烧起来，甚至能使整个冰冷的宇宙变得又亮又热。
想必，能使科学家欣喜若狂的无非是已经取得的航天成就，让我们为地球人类能洞察宇宙而欢呼吧！然而，眼下存在的一个至关重要的问题是，怎样洞察宇宙？借助什么手段去洞察宇宙？难道借助蒸汽机车？当然，蒸汽机车的伟大发明让人开发了地球，使地球文明的发展缩短了距离和时间。可是，一个世纪过去了，人们才如梦方醒：原来，蒸汽机车并没有前途，因为它的热效率极低，耗用了那么多燃料才走了一千多米远，蒸汽机无论如何也不能在最低耗和最高效的经济指标上称雄第一而被载入史册。于是，人又在电动牵引上找到出入。
看来，蒸汽机车实在无法同航天运载火箭媲美：就其经济指标而言，蒸汽机车会被航天运载火箭远远地甩在地平线下面，但实际上，火箭也不过是一个会飞的推进剂箱，它在几分钟内耗掉几十吨推进剂后便同箭首分离。这时，箭首借助惯性继续飞行，而分离的箭体将坠入大气层，造价几亿美元的箭体总共只用了一次就被废弃了。这样谈何经济？又谈何征服宇宙？被称作宇宙飞船的箭首只有在有限的轨道段里才能改变飞行方向同轨道站对接，然而，至此的空间飞行再也谈不上从轨道站继续加速，停留并再加速飞行，直至飞向遥远的宇宙深处，因此要想继续实现这一遥远的星际飞行，推进剂就根本不够用。无情的数学已向我们证明，无论怎样增大宇宙飞船的体积和推进剂箱的容量，使用传统推进剂箱的飞船根本就飞不了多远。
这里的关键在于串联式推进剂箱。早在1980年，俄罗斯和乌克兰的专家组在航天设计大师尼·彼得罗维奇的带领下，以推进剂箱为起点开始新的研究历程。除该研究小组外，从事这一课题研究的还有许多其他研究集体。所有这些研究集体都给自己提出一项迫切任务：必须研制出温度最高，燃烧速度最快的火箭推进剂。然而，“尼古拉”研究小组却提出另一个目标。
须知，目前，地球人类主要靠燃烧的单一方法来获得能量，利用水的落差能发电的水电站除外。然而，火电站燃用的是煤或重油，汽车发动机燃用的是汽油，而飞机发动机燃用的则是煤油。诸如此类的燃烧产物不加回收地被随意排放掉，从而污染了大气。此外，还有一种获取能量的方法——使物质裂变，这就是核电站的原子反应堆中的原子核裂变。
航天专家认为，目前使用的单一推进剂发动机无法解决人类业已开始向宇宙纵深开发时所面临的未来难题，因为未来的宇宙飞船需要只加注一次推进剂便能工作几年的发动机，而不是像今天这样的发动机只能工作几分钟。其散落产物不应被弃置到宇宙空间，而应把它们回收起来再聚合成初始态以便重复利用。目前，俄罗斯和乌克兰的航天专家已成功地研制出具有上述性能的推进剂和使用这种推进剂的全新发动机。
