如果我们希望定期往返于地球和火星（以及一些更远的目的地）之间，就需要新型发动机。工程师们正在探索具有革命意义的新发动机技术，以大幅减少我们在太阳系内穿梭所需的时间。
就火星和地球各自的绕日运行轨道看，这两颗行星之间的距离在0.55亿千米~4.01亿千米之间变化。
奔赴火星计划总是会在两颗行星（相对）近距离“邂逅”时开展。拿目前的一个计划来说，我们希望靠着由化学火箭推动的航天器飞往火星——化学火箭是现在广泛使用的推进形式——但这需要9个月时间。
无论对谁来说，这都是很漫长的一段旅行时间。不过，工程师们（包括美国宇航局的工程师在内）正在同航天产业一线的合作者们通力合作，力争开发出能让我们更快抵达火星的新技术。
那么，最有希望成功的技术有哪些呢？
太阳能电力推进
在开展“载人探火”任务之前，我们可以先利用太阳能电力推进技术将货物先送到火星。按照美国宇航局太空技术指挥部总工程师杰夫 • 希伊（Jeff Sheehy）的说法，这么做可以在保证装备和补给已经就位的前提下再利用化学火箭将宇航员送上火星。
要想利用太阳能电力推进系统，航天器就必须展开大型太阳板阵列以捕获太阳能，然后再将这些能量转换成电能。这种动力系统有时也叫作霍尔推进器。
太阳能电力推进系统有利有弊。从积极的方面看，运用这种系统，航天器需要携带的燃料就会少许多，因而可以变得更轻。不过，这样一来，奔赴火星的旅程就更加漫长了。
“要想通过这种方式带着我们需要的有效载荷抵达火星，很可能要花上2~2.5年时间。”希伊博士对BBC的记者说。
洛克达因公司正在研发奔赴月球的霍尔推进器
“猎户座”乘员舱与月球轨道上的Gateway对接
“为了保证宇航员能够在抵达火星后至少生存数月，同时还要为他们探索火星打造相应的交通工具，就必须在火星轨道或表面上先行建立前哨站，这就需要先运海量的货物过去。”
洛克达因公司正在为计划中的月球轨道空间站“Gateway”打造相应的霍尔推进器。
“太阳能是目前最好的备选推进能源，因为我们已经掌握了大规模应用的技术。”洛克达因公司航天部门执行董事乔 • 卡西迪（Joe Cassidy）这么解释。
“我们已经在通讯卫星上成功应用了这种动力系统。目前，我们已经能够达到的飞行功率是10千瓦~15千瓦，我们想要在Gateway项目中实现的目标是将飞行功率提高到至少50千瓦。”
卡西迪先生说，洛克达因公司的霍尔推进器会比液氢和液氧火箭发动机高效许多。
不过，他还解释说，降低航天任务成本的理想方法应该是减少发射次数。
“我觉得，以氙为推进剂的太阳能电力推进技术非常棒。不过，这项技术现在还有两大问题。一是采用这项推进技术的航天器需要很长时间才能抵达火星；二是这项技术需要用到很大尺寸的太阳板阵列。”航天巨头洛克希德 • 马丁公司的载人航天工程师蒂姆 • 西查（Tim Cichan）如是说。
阿拉巴马大学亨茨维尔分校系统工程学教授、著名学者戴尔 • 托马斯（Dale Thomas）也赞同这个观点。
“太阳能电力推进系统在负载较小时的确表现上佳，但要想满足大负载要求，我们还有很多困难需要克服。”托马斯在接受BBC采访时如是说。
在托马斯看来，如果这些技术问题能够解决，那么太阳能电力推进将成为一项具有重要意义的替代技术。不过，他还表示，就目前来说，我们显然还有更好的选择，比如热核电力推进技术。
热核电力推进技术
另一种方案则是，发射阶段和着陆阶段仍旧使用化学火箭，但在旅途的中间阶段，运用所谓的热核电力推进技术。
我们可以先用美国宇航局的“猎户座”飞船把宇航员送到Gateway上，然后，飞船的乘员舱会和一枚由热核电力火箭推动的运载器对接。
对接完成后，热核电力火箭就会把乘员舱和转运模块送往火星。抵达火星轨道后，乘员舱就会和早已等候在那的火星轨道器和着陆器对接。
在热核电力火箭中，一座小型核反应堆会加热液态氢，从而产生大量氢气。这些气体不断膨胀，最终从推进器中喷涌而出并产生推力。
“如果我们能把奔赴火星的时间削减到30~60天，就能大大缩短宇航员暴露在辐射环境中的时间。”卡西迪先生说，“我们认为，热核电力推进是解决这个问题的关键技术，因为它能缩短旅途时间。”
戴尔 • 托马斯、阿拉巴马大学亨茨维尔分校和美国宇航局签署了一份设计热核发动机宇航火箭的研究合同。在托马斯看来，热核电力推进是目前最有可能投入应用的新发动机技术。
“按照我在实验室中模拟的某些轨道，热核电力火箭可以把奔赴火星的时间缩短到3个月，这仍然是一段非常漫长的旅程，但已经只有化学火箭所需时间的1/3左右了。”他说。
宇航员在太空中完全暴露于辐射环境之下。航天产业的部分从业人员担心热核推进器会增加这种风险。
由于担心核反应堆可能会对宇航员造成负面影响，波音公司对热核推进器并不热衷。
托马斯先生则反驳说：“这是一种常见的误解。氢推进剂其实是一种非常好的辐射防护盾。”
宇航员都待在运载器的一头，而发动机则在另一头。初步估计表明，在这样的情况下，宇宙射线带给宇航员的辐射要比热核发动机更多。
然而，他也承认这项技术有一大缺点， 那就是无法简单地在地球上展开测试。
不过，美国宇航局正在研制一种地面测试设备，它能通过清除废气的方式消除放射性粒子——这样一来，就有条件开展地面测试了。
电离子推进
另一种发动机动力方案是电离子推进。这种推进方式利用电力加速离子（带电原子或分子），从而产生巨大推力。
目前，我们已经开始利用电离子推进技术为空间卫星提供动力。不过，现在的技术只能产生一小点推力——也就比吹风机的推力强点——由此产生的加速效应当然也不甚明显。但只要时间充裕，它们也能让航天器达到高速。
Ad Astra公司表示，它正在研制一款名为等离子体火箭（Vasimr）的推进器。这种火箭利用无线电波电离并加热推进剂，然后再利用磁场加速“搅拌”前一歩产生的粒子“汤”，形成等离子体。按照设想，等离子体火箭能比标准离子发动机提供强大得多的推力。
所需的电力可以用各种方式产生。不过，就“载人探火”任务来说，最好的方式是使用核反应堆。在负载较小的情况下，等离子体火箭也可以用利用太阳能产生电力。
Ad Astra公司总裁兼首席执行官、前美国宇航局宇航员富兰克林 • 昌-迪亚兹（Franklin Chang-Diaz）表示，理想状态下，载人奔赴火星的旅途所需时间不超过9个月。
前美国宇航局宇航员富兰克林 • 昌-迪亚兹
昌-迪亚兹还说，登陆这颗红色行星的难度要比登陆月球大多了。
“解决方案是加快速度，”昌-迪亚兹先生对BBC说，“如果能以2亿瓦特级的功率推动400~600吨重的航天器，那么我们就能在39天内抵达火星。”
而托马斯则认为，等离子体火箭的功率很难大幅提升，这就像是要把割草机升级成宇航火箭一样。不过，这项技术的确展现出了一些优秀的潜质。
“如果，不，或许我应该这么说，等到Ad Astra公司解决了等离子体火箭的技术问题之后，这种发动机似乎的确就是载人航天飞船电力推进模式的最佳选择。”托马斯先生如是说。
“物理学告诉我们，这个模式应该能奏效。但是，我也必须指出，等离子体火箭现阶段仍然只是实验室中等待进一步完善的产品，距离真正的航天飞行（无论何种尺度）应用，还有很长的路要走。”
昌-迪亚兹先生并不觉得大幅提升等离子体火箭功率会有多么困难，只是因为现阶段千万瓦级功率的发动机没有任何市场，所以Ad Astra公司才停留在20万瓦发动机的研发上。
他说：“20万瓦发动机的市场需求不少，近地轨道及月球附近有许多移动地球卫星的行动需要用到这种发动机。”
洛克希德 • 马丁公司同样认为等离子体火箭技术大有可为，但就目前来说，这家公司仍旧把重点放在了太阳能电力推进系统上。
化学火箭情况如何？
虽然新技术的确很有吸引力，但老牌太空公司洛克希德 • 马丁和波音都觉得，所有载人探火任务都应该以液态化学火箭为基础。
洛克希德 • 马丁公司表示，自己已经掌握了奔赴火星所需的技术，而化学火箭已经在所有阿波罗任务中都证明了自己的价值。
“我们现在就已经掌握了前往火星的技术。”前猎户座飞船系统设计师西查先生说。
“现在的确还有一些技术上的挑战，但真正需要解决的问题是，如何利用我们现有的技术在未来的深空飞行中构建有效系统并获取经验，同时还要在未来开发出具有开创意义的新技术。”
他强调，自20世纪60年代以来，我们就一直在使用以液氢为燃料的上面级发射器，并且成功率相当高。
“宇航局的太空发射系统（SLS）有四个液氢和液氧RS-25火箭发动机。”波音公司火箭推进专家罗布 • 布罗伦（Rob Broeren）对BBC说。
这些都是航天飞机时代留下来的发动机，RS-25的优势在于，事实已经证明它们可靠性极高。
运用这种久经考验的技术能够带来的最大好处是，你会胸有成竹，知道它们肯定能完成任务。而那些新技术，虽然纸面上看看确实不错，但一旦进入实践阶段，就总会出现各种问题，耽误你的时间。
我们何时登陆火星？
科学技术政策研究所（STPI）最近开展的一项研究显示，载人探火的计划不太可能按照美国宇航局的设想在2033年正式启动。
考虑到宇航局预算受限，科学技术政策研究所认为，我们在2039年启程前往火星的可能性要大得多——哪怕白宫方面希望宇航局能通过阿尔忒弥斯计划在2024年重返月球。
加州理工学院航空学约翰 • 诺斯罗普教授、应用物理系教授保罗 • 迪莫塔基斯（Paul Dimotakis）博士不仅对新技术持怀疑态度，而且对传统化学火箭能否成功送宇航员上火星也有疑问。
“飞船要怎么携带足够的化学推进剂以应对如此漫长的旅程？我个人目前还没有看到这个技术问题的答案。我还从没听说液氧火箭能连续飞行6个月以上。”他说。
“我们还没有一个能解决所有问题的技术方案。此外，我们还必须在真正送宇航员去火星前就证明这些计划可行。所有这一切，都大大超出了美国宇航局原来规划的时间表。”
资料来源BBC