在2015年上映的科幻电影中，《火星救援》是一部口碑极佳的优秀之作。这部电影改编自一位软件工程师的小说，简单地讲，是一个火星版的《鲁滨逊漂流记》：一支航天员小队在火星上遭遇了意料之外的强烈风暴，航天员马克不幸被通信天线砸中晕厥，队友们以为他已经光荣牺牲了，无奈之下驾驶升空器逃离，悲伤地踏上了返回地球的归途，地球航天机构也为他举行了葬礼，而他在火星上醒了过来。面对完全没有生命的荒芜世界，马克顽强地生存，甚至开始种土豆。这部电影洋溢着一种不屈和乐观的精神，主角在绝望的境地仍积极自救并用尽办法传达自己还活着的信息。电影中关于火星探索计划的细节颇为严谨，有些情节也令人感慨，尤其是地球对马克展开营救活动的情节：虽然从人道主义来说，前往火星救援可怜的马克本应是理所当然的事，但航天机构却态度暧昧，曲折反复，苦衷多多，让观众忍不住感叹：“到火星救个人这么难吗？”岂止是难，事实上，人类征服火星的计划非常艰辛，而且异常昂贵。
火星之旅的必要条件
你要到达火星，首先你得要有交通工具——飞船。电影中的飞船名为“赫尔墨斯号”（如图1），和NASA（美国国家航空航天局）提出的飞船设计相比（如图2），看上去精致、帅气得多。“赫尔墨斯号”拥有修长的船身，接近头部的舱室是指令舱，环绕船身的环形舱室是居住舱，它不停旋转以制造人工重力。而NASA设计的飞船头部的居住舱看上去非常小，且为固定的，太阳能电池板也没有那么“奢华”。
至于真实的太空航行，远没有电影展现的那么浪漫。你也许为电影里航天员们在无重力环境中轻盈飘飞的美丽姿态而赞叹，对飞船雪白洁净充满未来感的舱室悠然神往，但是星际飞行可不是在飞船里晃几分钟就能完成的轻松旅途。以NASA的火星计划为例：前往火星的旅程非常漫长，单程最短也要8个月，来回时间总计超过500天。飞船必须搭载充足的燃料、食物与氧气补给，航天员必须克服长时间失重、宇宙辐射对其身体健康的损害，必须准备好应对太空中的陨石、彗星可能对飞船造成的破坏。只有解决了这些看似琐碎、实则意义重大的问题，才能保证整个火星计划的安全进行，才能铺就人类前往火星的道路。
例如2015年3月，NASA将两名航天员送上国际空间站，他们计划在太空中驻扎340天，以让科学家们研究长期失重状态下人体可能受到的影响。
火星之旅的经济条件
即使解决了以上的问题，也只是作好了前期准备，我们还要面对更现实的成本问题。在NASA的火星计划中，至少需要将以下这些东西送进太空：
1.6名航天员
2.可供航天员在火星地表居住至少28天左右的居住舱
3.用于登陆火星的登陆舱
4.从火星起飞返回飞船的飞行器
5.在往返火星的太空航程中使用的居住舱
6.进行各项火星地表研究所需的设备
7.将所有这些物品从地球轨道送往火星轨道所需的推进发动机
8.500天的太空旅程所需的食品、氧气补给、能源（太阳能电池板）
9.旅程中需要消耗的燃料
所有这一切加在一起，总重将超过36吨，需要使用大型火箭进行至少5次发射运往太空。如何尽量提升运载火箭的推重比，用尽量低的成本把尽量多的“重量”送到太空，这是全球的航天机构及私人航天公司都在尝试解决的问题。
火星之旅的系统工程
即使终于解决以上问题，千辛万苦进入太空之后，火星之旅才刚刚开始。按照NASA的计划，仅单次登陆火星的飞行就需耗时三年。这些设备和资源，哪些可以直接发射往火星，哪些必须在地球轨道组装，哪些到达火星轨道后可以直接投放至火星地表，哪些需要在火星轨道等待航天员到达会合后再行组装……都需要计划好。而宇宙环境残酷而严苛，在这么长的时间里，如果有任何部件出问题，都可能对整个计划造成致命的破坏。
试想一下，如果航天员们被送上地球轨道后，发现火星探索飞船出了问题，怎么办？如果航天员们抵达火星轨道，才发现火星地表的居住舱出了问题，怎么办？如果航天员们准备离开火星时，发现升空舱出了问题，怎么办？
于是，如何尽量提前发现问题，弥补不足，不影响整个计划的顺利进行，就变成了一个庞大的系统工程。这意味着工程师和科学家们需要进行繁复而详尽的规划，在进行每一步前确认所有前置准备工作都已完成，所有设备完好。
这么艰巨的任务怎么完成呢？留待下一期为大家详细介绍火星计划时回答吧！各位同学不妨把这个问题当作课堂作业：如果让你负责规划火星旅行，你该如何做计划呢？
