在茫茫的宇宙中，地球渺小得就像是一顆塵埃，人類當(dāng)然不甘心一直都待在地球上，幾十年前人類就親自登上了月球，下一步應(yīng)該就是去更遠(yuǎn)的星球溜達(dá)了，去哪顆星球好呢？
盡管金星的運(yùn)行軌道距離地球最近，但金星上表面的大氣壓高達(dá)地球的92倍，溫度更是接近500攝氏度，如此惡劣的自然環(huán)境，就算是人類的探測器都堅(jiān)持不了多久，人類就更不用提了，于是人類就只能把目光投向距離地球更遠(yuǎn)一點(diǎn)的那顆星球——火星 。
在太陽系所有已知的巖石星球中，與地球的自然環(huán)境最相似的就是火星了，探測數(shù)據(jù)表明，火星也有大氣層，也有一年四季，甚至自轉(zhuǎn)周期也與地球差不多，雖然火星大氣很稀薄并且?guī)缀鯖]有氧氣，表面平均溫度也比地球低得多，但在宇航服的保護(hù)下，人類還是可以在火星上去溜達(dá)一圈的。
以人類目前的科技，如果人類要親自登上火星，需要多長時(shí)間呢？
如上圖所示，在圍繞太陽公轉(zhuǎn)的過程中，火星與地球的距離并不是固定的，這個(gè)距離最遠(yuǎn)有大約4億公里，最近則只有大約5500萬公里，所以人類最好在火星距離地球的最近的時(shí)候去登陸火星，不過這個(gè)時(shí)機(jī)并不常見，大約每26個(gè)月才會出現(xiàn)一次，這也被稱為“發(fā)射窗口”。
從理論上來講，宇宙飛船沿著直線飛向火星所需要的時(shí)間是最短的，然而我們都知道，在人類向火星發(fā)射過的眾多探測器中，沒有任何一個(gè)是這樣飛的，那探測器到火星為啥不飛直線呢？
簡單來講就是，地球一直在以大約29.8公里/秒的平均速度圍繞著太陽公轉(zhuǎn)，而從地球發(fā)射的宇宙飛船，其本身也具備了這樣的速度，這就意味著，如果宇宙飛船想要直線飛往火星，就必須要巨大的動力來“抵消”地球的公轉(zhuǎn)速度，而“抵消”了地球的公轉(zhuǎn)速度，宇宙飛船又必須要用自身的動力去直接對抗太陽的引力，以人類目前的推進(jìn)系統(tǒng)來講，這根本就無法做到。
實(shí)際上，我們根本不用去“抵消”地球的公轉(zhuǎn)速度，在宇宙飛船進(jìn)入近地軌道之后，只需要在地球公轉(zhuǎn)速度的基礎(chǔ)上再加上一部分額外的速度，就可以將自身軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)“抬升”到火星的運(yùn)行軌道，在這種情況下，只要計(jì)算好“提前量”，就可以完成從地球飛到火星的任務(wù)了。
上圖為目前飛往火星的三種可選航線，其中航線A、B、C分別被稱為“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”（Hohmann transfer orbit）、“快速合點(diǎn)航行”（Fast conjunction mission）和“沖點(diǎn)航行”（Opposition mission）。
在這三種航線之中，“沖點(diǎn)航行”所需要的能量是最少的，因?yàn)檫@其實(shí)是宇宙飛船去金星那里兜了一圈，利用了金星的“引力彈弓”給自己加速，然而這也是最耗時(shí)的，以這種航線飛行，飛到火星需要一年以上的時(shí)間，這顯然是不適合載人飛行的。
另兩種航線也被稱為“地火轉(zhuǎn)移軌道”，其中的“霍曼轉(zhuǎn)移軌道”是最節(jié)省燃料的，以這種航線飛行，從近地軌道出發(fā)的宇宙飛船只需要3.3公里/秒的速度增量就可以抵達(dá)火星，不過這種航線需要的時(shí)間也比較長，要250天左右才能飛到火星。
如果宇宙飛船的推進(jìn)系統(tǒng)可以提供更高的速度增量，那么就可以采用“快速合點(diǎn)航行”了，以這種航線飛行，速度增量提升的幅度越大，飛到火星的時(shí)間就越短，例如當(dāng)宇宙飛船的速度增量為6公里/秒時(shí)（從近地軌道出發(fā)），飛到火星的時(shí)間就大約為180天。
如果人類要親自登上火星，就應(yīng)該盡量縮短飛到火星時(shí)間，所以就應(yīng)該采用“快速合點(diǎn)航行”，以人類目前的科技來看，化學(xué)火箭仍然是首選的推進(jìn)系統(tǒng)，而化學(xué)火箭的比沖量最多也就只能達(dá)到400多秒，也就是說，化學(xué)火箭能夠提供的動力是非常有限的。
（注：“比沖量”是一種衡量火箭發(fā)動機(jī)效率的物理參數(shù)，是指單位推進(jìn)劑所產(chǎn)生的沖量，其單位為秒，如果用重量描述的話，我們可以簡單地將“比沖量為400多秒”理解為：每1公斤推進(jìn)劑可以持續(xù)產(chǎn)生400多秒大小為1公斤的推力）
在此基礎(chǔ)上，還需要考慮載人宇宙飛船的有效載荷相對較大，所以科學(xué)家給出的估算值是，以人類目前的科技來講，載人宇宙飛船飛到火星至少需要200天左右?？梢钥吹?，200天的時(shí)間對于人類而言依然顯得很是漫長，而這也正是人類遲遲沒有親自登上火星的重要原因。
