前往火星之路
人类在成功登陆了月球之后，又准备向下一个目标——火星进发了。火星是太阳系九大行星之一，按照离太阳由近到远的次序排列为第四颗。飞往火星，从技术上来说并不比登月更复杂，只是所需的燃料和供氧远远多于登陆月球这样，难度也就产生了。
最早的登陆火星计划
前苏联早在20世纪60年代就制定了一系列飞向火星的计划，而且还设计了各种飞往火星的飞船，但最后却都因火箭发射失败而终止了。俄罗斯在20世纪90年代中期也制定过载人火星飞船计划。他们在“和平号”空间站上训练宇航员，以掌握在太空长期生存必需的技术，因为飞往火星来回至少要一年半时间。俄罗斯还打算在“和平号”上装配飞往火星的飞船，以减少从地面发射所需的动力，并和美国联合研究飞往火星的计划。
火星直接登陆
美国远征火星的计划展开了将近40年，期间遭遇的挫折也不少，还曾一度打算把全盘计划推迟。不过，“奥德赛”号的成功登陆和各种发现为美国太空总署注下强心针，太空总署已准备在未来十年加快火星探索步伐，实现人类登陆火星的宏愿。
美国宇航局组织科学家们组成了研究载人火星飞行方案的专门小组。他们的方案叫做“火星直接登陆方案”，这和常用的登月模式有些不同。一般通常的太空登陆模式是：先发射一艘大飞船，到达星体附近后送出一个小登陆艇，之后再让大飞船在轨道上等待宇航员的返回。可是这些科学家们却认为这艘大飞船是完全不必要的，因为多造一艘飞船，就要多一次发射、多一笔开支；其次，把它留在轨道上还要消耗大量的氧气和燃料；最后，飞船上的宇航员还要面临失重和防辐射等问题，这样的话就会缩短在火星上的探索时间。
而他们新主张是，先用无人飞船送一座能生产水、氧气和生产燃料的甲烷小型化工厂到火星上，以减轻飞船携带生活原料的负担；然后再用另一艘载人飞船把宇航员送到火星上，利用小型化工厂提供的水和氧气维持生命；在火星上所生产出的甲烷又可以作为燃料，使宇航员乘飞船返回地球。
太空城堡中的出租车
不过研究小组提出，在火星表面生产大量燃料，以便返回地球的方案，增加了飞行的危险性和复杂性，而更强大的等离子助推火箭还要经过多年的研制才能用于载人宇宙飞船。
于是科学家又想出了一个折中的方案：在使用化学火箭作为助推器的同时，利用行星的重力作为增加飞船的推进力，也就是依靠地球和火星的重力给飞船增加推动力。为此，首先就要在绕太阳运行的轨道上建立几个周期性接近地球和火星的长期性空中基地——“太空城堡”，机组人员可在那里居住两年乃至更长的时间。
未来的火星探险基地在“太空城堡”和火星或地球相接近期间，来往于行星间的旅行者所使用的小飞船，就可以像地球上的出租车一样，在星球和城堡之间往来。这种小飞船将使用离子推进技术，这样一来，不仅缩短了飞船的旅程，也无须携带或在火星上生产大量燃料，克服了使用化学火箭的弊病，且飞行时间还可以缩短。
尽管小飞船有这么多优点，但它的造价实在是太高了，很难和传统的登陆火星方案价格相比。而且必须进行大规模的投资，才可能把纸上的方案变为现实。
登陆火星并不容易
登陆火星——人类还从未离开地球如此遥远，从心理上来看，这会对宇航员造成什么样的压力呢？人们能在狭窄闭塞的空间里融洽地相处两三年吗？火星探索还是男士优先，女性同胞的加入是否能协调气氛？这些先锋使者到达火星后需要用到什么设备和技术？知道火星大气层中含有大量的水分子是一回事，能把它们“挖掘”出来变成可饮用水，或是火箭燃料又是另外一回事。谁会是第一个把脚印印在火星上的人呢？他或者她很可能是美国人，因为在相当长时间内，只有他们才有这个实力和财力。
神奇的“火星植物”
计划中的火星基地伴随“神舟六号”顺利升空和返回，与航天相关的知识再次成为人们讨论的焦点。不过，现在科学家们又把目光对准了火星，他们可是准备去火星上面耕田种地去的！
火星上也会有苹果
航天员进行外太空飞行前都要在航天飞机中储存大量的食物。可想而知，这些食物就算做得再精美也比不上新鲜食品可口，而且营养价值也未必高多少；另外，随着人类探索宇宙的足迹越来越远，今后宇航员很有可能在太空一待就是好长一段时间，这样的话，新鲜食物的供给对于“太空远途航行”就是一个重要的保障了。于是，有科学家想到：要是以后能够在月球，甚至火星上就地种植各种蔬菜瓜果，当宇航员前来进行考察时能就地采摘红红的大苹果，那可比吃罐头食品好多了。火星上种蔬菜？这是科幻小说吧？其实只要我们耐心等待50年就会知道这绝对不是科幻，因为到那时不光是宇航员，就连在超市里卖的蔬菜水果说不定也是在火星上培育出来的呢！
钢筋铁骨的火球菌
为了尽快实现火星种植计划，美国科学家正在进行一项“改造植物生命”的研究，他们打算为地球上的植物植入一些可以忍耐各种极端自然条件的基因，这样，普通植物才能够经受住火星的恶劣环境。毫无疑问，50年后的宇航员一旦有了新鲜食物供给作为保障，他们探索太空的道路将走得更远。
研究人员打算用跨物种基因移植的方法，为植物植入能够忍耐极高或极低温度、辐射、干旱和异常重力环境的基因，使植物能在火星上生长，培育一个“外星生物圈”的基础。他们首先用喜欢热能量的火球菌初步验证了这一设想。这种细菌生活在海底火山口或热泉眼附近，能忍耐从0℃到100℃的极端温度。
在极热或极冷的温度下，大多数生物的细胞会出现氧化现象，过度的氧化会慢慢杀死细胞。而这种火球菌会产生一种过氧化物——还原酶，能抵抗住细胞的氧化，维持细胞的生命。因此，研究人员首先用烟草作为模型植物，将火球菌的还原酶基因植入到模型植物的基因组中。他们发现，增加了新基因的模型植物生长状况良好，并且能生成和火球菌一样的还原酶。
是不是很神奇？但这一成果还是被科学家们称为“非基础性的”，它只是开创了“设计极端条件下生存植物”的先例。研究人员还必须花费更多的时间，验证增加基因的“设计植物”能否真正经受极端温度的考验，以及新增的基因会不会对植物产生副作用，他们下一步准备将火球菌的更多相关基因植入到植物基因组内。太空植物除了要对太空冷热温度有所抵御外，还要能经受得住太空中强度非常大的辐射损害。
人们对于太空食品最大的担忧，就是其安全性，其实这个担心是多余的。科学家们解释说：太空食品的安全性不存在任何问题。因为，航天育种并不是经过人为方法使植物产生变异，只是通过一些科学手段，加速了植物需要几十年甚至上百年的自然变异过程。而且，国际原子能机构、国际卫生组织、国际粮农组织已联合认定：利用物理的、化学的等人工诱变技术培育的作物种子的安全性是毫无疑问的，完全达到规定指标要求，是可以让人放心的安全种子。
宇航员的健身房
过山车是公园里人人喜欢玩的游乐项目，那种风驰电掣、有惊无险的快感令不少人着迷。那为什么过山车在运行过程中，即使倒挂在轨道上也不会掉下来呢？因为过山车的运动包含了许多物理原理，人们在设计过山车时巧妙地运用了这些原理，其中最重要的就是引力。
坐在过山车最后一节车厢里的游客在参加这一项目时将获得“最为刺激的一份礼物”——事实上，体验过山车下降的感受在其尾部最为强烈，因为当过山车从轨道上俯冲下来时，车尾通过最高点的速度比车头要快，这是由于引力作用是作用于过山车中部的，这样，坐在最后一节车厢的人就能够快速地达到和跨越最高点，从而产生一种好像被抛出车外的感觉——神奇吧？
目前宇航科学家们正打算把过山车的这种特性利用到宇航员平时身体训练当中去。
并不舒适的太空生活
大家都知道，我们之所以能够在路上随心所欲行走、跑步、跳跃，是因为地球上有地心引力。而太空中却没有地心引力。所以宇航员在太空中长期都处于失重的环境下。但是，成天飘在空中“生活”，会导致肌肉出现萎缩，骨骼也会变得更加脆弱，这种现象即使在宇航员返回地面后，依然需要很长时间才能使身体恢复到正常状态。不管是在空间站，还是在登月、登火星这样的长期太空旅行，如果不采取必要手段，那么宇航员身体某些部位的肌肉萎缩率将可能高达25％；而且如果航天飞船在返回地面时出现紧急情况，宇航员们将面临更大的危险：此外，心脏也会在长期的太空旅行后变得虚弱，宇航员返回地面后有时还会因为站起来的速度过快而发生晕厥。为了保证健康，目前宇航员在太空中每天都要做两个小时的运动。
太空中的健身器
现在，科学家们正在开发一种新的方法，能让宇航员在太空做运动时，感到好像就在地球上一样，这是因为这套新开发的人力系统会产生一个类似地球重力的环境。美国科学家们正在计划设计一个名字叫做“太空转轮”的装置。他们希望这种运动装置能在加强宇航员肌肉锻炼的同时，也能保证宇航员心血管系统的健康。
正在参加健康实验项目的宇航员“太空转轮”就像一个大的离心机，中间是一个转轴，一端是一个自行车状的装置，另一端则是一个平台。通过蹬自行车，“离心机”开始旋转，自行车和平台都向外晃荡起来。根据旋转速度，人力离心机可以产生0.5千克至2.5千克的人工重力。这时，一个宇航员在太空转轮的一头做蹬自行车运动，在另一头平台上的宇航员又可以做下蹲运动了。
人工重力新用途
目前条件下，宇航员只能用皮带将自己绑在健身自行车的座椅上做运动，但这很不舒服，如果有了人工重力，宇航员就可以像在地球上一样自然舒适地骑在自行车上：在失重的情况下，做举重锻炼没有任何意义，为此宇航员使用一种有弹性的“健身练力带”来进行锻炼，但在以后“健身练力带”也不需要了，因为在新的设备上做下蹲运动，需要抵抗的重力甚至比在地球上还大。而且，在这种环境下锻炼可以在更少的时间内取得更好的效果。
现在科学家正在研究，在这种离心机上做下蹲运动会不会达到在体育馆举重的效果——看来他们还打算在将来，把这种设备运用到训练参加奥运会的运动员身上；今后几年他们还将把因腿部肌肉萎缩，而使用拐杖的人作为研究对象，从而考察下蹲运动是否能恢复肌肉机能——这个目的也是想使这种设备真正造福全人类。
不过，这种旋转对于空间站或者航天器可能会产生一个反向的扭转，这样对航天器可不会产生什么好的后果，科学家们目前正在研究如何在装置上消除这种影响。而且从另外一个角度考虑，太空中所有资源都是很宝贵的，如果设法让宇航员的体能不被白白消耗掉，利用宇航员在健身时产生的能量进行人力发电那岂不更好！
未来的航天飞机
航天飞机是可以重复使用、往返于地球和太空近地轨道之间，运送人员和货物的飞行器。它可以把维修太空望远镜的人员运送到太空上去，还可以顺便为在月球上辛勤劳动的宇航人员送点慰问品等等。
航天飞机通常设计成火箭推进的飞机，返回地面时能像正在设计中的未来航天飞机飞机那样下滑和着陆。航天飞机的出现为人类自由进出太空提供了很好的工具，是航天史上的一个重要里程碑。但现在使用的航天飞机也有许多不足之处。
1986年，就在“挑战者”号航天飞机爆炸事故发生数周之后，当时美国总统里根就宣布了要开发新型航天器的计划。30年后，这种新式的航天飞机将在大气层边缘处飞行，估计它从美国华盛顿飞到日本东京只需要2个小时。它的飞行速度将是声速的25倍，能够十分轻易地进入或离开飞行轨道。它不再需要像以前那样携带庞大的外部燃料箱和助推器，这样的话，它的安全系数将得到大大的提高。
航天飞机亟待改进
到2002年9月，新一届美国政府又宣布了一项取代航天飞机的计划。一方面是在10年之内开发出一种“轨道太空飞机”，与前美国总统里根的“国家航天飞机”计划不同的是，它将使用常规的运载技术：另外一个方面就是进行全新的系统设计研究，但并没有对何时能研制出这样一套新系统设定严格的时间限制。
但在2003年2月1日美国“哥伦比亚”号航天飞机再次失事坠毁之后，这些计划再一次发生了变化。人们期待在未来，航天飞机应该更像是普通的飞机。
由于有了“哥伦比亚”号航天飞机的失败教训，航天飞机在大气层中的可操纵性，以及它重新进入大气层时，能否忍受高温就理所当然成了关键性的问题。
