Kolonisasi Mars
Jika manusia ingin hidup di Mars, diperlukan habitat buatan dengan sistem pendukung kehidupan yang kompleks. Salah satu aspek utama dari ini adalah sistem pengolahan air. Karena sebagian besar tubuh manusia terbuat dari air, manusia akan mati dalam beberapa hari tanpa air. Bahkan penurunan 5-8% dalam total air tubuh menyebabkan kelelahan dan pusing dan penurunan 10% gangguan fisik dan mental (Lihat
Dehidrasi). Seseorang di Bumi rata-rata menggunakan 70-140 liter air per hari. Melalui pengalaman dan pelatihan, para astronot di ISS telah menunjukkan bahwa adalah hal yang mungkin untuk menggunakan jauh lebih sedikit air, dan bahwa sekitar 70% dari apa yang digunakan dapat didaur ulang menggunakan sistem pemulihan air ISS. Sistem serupa akan diperlukan di Mars, tetapi teknologi yang digunakan harus jauh
lebih efisien, karena pengiriman air melalui roket ke Mars sangatlah mahal (ISS dipasok dengan air hanya empat kali per tahun). Potensi akses ke air in-situ (beku atau sebaliknya) melalui pengeboran ke dalam daratan Mars telah diselidiki oleh NASA.
Lingkungan hidup di Mars tidak bersahabat sebagai tempat tinggal manusia. Berbagai teknologi telah dikembangkan untuk membantu eksplorasi ruang angkasa jangka panjang dan teknologi tersebut dapat disesuaikan untuk tempat tinggal di Mars. Rekor penerbangan luar angkasa terpanjang berkelanjutan adalah 438 hari oleh cosmonaut Valeri Polyakov, dan waktu yang paling akurat keberadaan
manusia di luar angkasa adalah 878 hari oleh Gennady Padalka. Waktu terlama yang dihabiskan di luar perlindungan sabuk radiasi Van Allen di Bumi adalah sekitar 12 hari, yaitu pendaratan kru Apollo 17 di bulan. Jangka waktu ini kecil dibandingkan dengan perjalanan 1100 hari yang direncanakan oleh NASA sekitar tahun 2028. Para ilmuwan juga berhipotesis bahwa banyak
fungsi biologis dapat dipengaruhi secara negatif oleh lingkungan koloni Mars. Karena tingkat radiasi yang lebih tinggi, ada banyak efek samping fisik yang harus dikurangi. Selain itu, tanah Mars mengandung racun tingkat tinggi yang berbahaya bagi kesehatan manusia.
Perbedaan gaya gravitasi akan berdampak negatif bagi kesehatan manusia dengan melemahnya tulang dan otot. Ada juga risiko osteoporosis dan masalah kardiovaskular. Gaya rotasi yang menempatkan para astronot dalam gravitasi nol selama enam bulan di Stasiun Luar Angkasa Internasional sebanding dengan panjang waktu perjalanan satu arah ke Mars. Hal ini menambah kemampuan para peneliti
untuk lebih memahami keadaan fisik yang akan muncul kepada para astronot di Mars. Ketika berada di Mars, gaya gravitasi permukaan hanya 38% dari yang ada di Bumi. Setelah kembali ke Bumi, pemulihan dari kehilangan tulang dan atrofi adalah sebuah proses yang panjang dan efek dari gravitasi mikro yang dialami oleh para astronot mungkin tidak pernah sepenuhnya kembali.
Ada juga risiko radiasi yang parah di Mars yang dapat memengaruhi proses kognitif, memperburuk kesehatan jantung, menghambat reproduksi, dan menyebabkan kanker.
Karena keterlambatan komunikasi, protokol dan teknologi baru perlu dikembangkan untuk menilai kesehatan psikologis anggota kru. Para peneliti telah mengembangkan simulasi Mars yang disebut HI-SEAS (Hawaii Space Exploration Analog and Simulation) yang menempatkan para ilmuwan di laboratorium simulasi Mars untuk mempelajari efek psikologis dari isolasi diri, tugas berulang, dan hidup dalam jarak dekat dengan
ilmuwan lain tahun demi tahun. Program komputer kini sedang dikembangkan untuk membantu kru dengan masalah pribadi dan interpersonal tanpa adanya komunikasi langsung dengan para ahli di bumi. Untuk eksplorasi dan kolonisasi Mars, sarannya adalah untuk memilih individu yang telah melewati pemeriksaan psikologis. Sesi psikososial untuk pulang juga disarankan untuk mengarahkan para astronot kembali ke hadapan masyarakat.
Mars mungkin dapat diteraformasi agar dapat menopang kehidupan seperti manusia. Pada April 2012, telah dilaporkan bahwa beberapa lumut kerak dan cyanobacteria dapat bertahan dan menunjukkan kemampuan adaptasi dalam berfotosintesis setelah 34 hari berada dalam keadaan yang menyimulasikan keadaan Mars di Mars Simulation Laboratory (MSL).
Mars tidak memiliki magnetosfer global seperti halnya Bumi. Ditambah lagi dengan atmosfer tipis, memungkinkan sejumlah besar radiasi ionisasi untuk mencapai permukaan Mars. Pesawat ruang angkasa Mars Odyssey membawa instrumen, Eksperimen Lingkungan Radiasi Mars (Mars Radiation Environment Experiment/MARIE), untuk mengukur tingkat radiasi. MARIE menemukan bahwa tingkat radiasi di orbit atas Mars 2.5 kali lebih tinggi
daripada di Stasiun Luar Angkasa Internasional. Dosis harian rata-rata sekitar 220Gy (22mrad)- setara dengan 0.08 Gy per tahun. Eksposur dengan jangka waktu tiga tahun di tingkat itu mirip dengan batas keamanan yang saat ini diberlakukan NASA. Tingkat radiasi di permukaan Mars mungkin lebih rendah dan bervariasi secara signifikan di lokasi yang berbeda tergantung pada ketinggian
dan medan magnet lokal. Memungkinkan manusia untuk membangun tempat tinggal di bawah tanah (mungkin dalam tabung lava Mars yang sudah ada), yang akan secara signifikan menurunkan paparan radiasi penjajah. Terkadang, tingkat solar proton events (SPE) menghasilkan dosis yang jauh lebih tinggi.
Masih banyak hal yang perlu dipelajari tentang radiasi ruang angkasa. Pada tahun 2003, Pusat Antariksa NASA Lyndon B. Johnson membuka fasilitas berupa Laboratorium Radiasi Antariksa NASA, di Brookhaven National Laboratory, yang menggunakan akselerator partikel untuk mensimulasikan radiasi ruang angkasa. Fasilitas ini mempelajari efeknya pada organisme hidup, serta bereksperimen dengan teknik
perisai. Awalnya, ada beberapa bukti bahwa radiasi kronis tingkat rendah seperti ini tidak seberbahaya yang diperkirakan; dan bahwa radiasi hormesis terjadi. Namun, hasil dari penelitian tahun 2006 menunjukkan bahwa proton dari radiasi kosmik dapat menyebabkan kerusakan dua kali lebih serius pada DNA seperti yang diperkirakan sebelumnya, membuat para
astronot berisiko lebih besar terkena kanker dan penyakit lainnya. Sebagai akibat dari radiasi yang lebih tinggi di lingkungan Mars, ringkasan laporan dari Tinjauan Komite Rencana Penerbangan Luar Angkasa Manusia AS yang dirilis pada 2009 melaporkan bahwa "Mars bukanlah tempat yang mudah untuk dikunjungi dengan teknologi yang ada dan tanpa investasi sumber daya yang substansial."
NASA kini sedang mengeksplorasi berbagai teknik dan teknologi alternatif seperti perisai deflektor plasma untuk melindungi astronot dan pesawat ruang angkasa dari radiasi.
Pada bulan September 2017, NASA melaporkan tingkat radiasi di permukaan planet Mars untuk sementara berlipat ganda, dan dikaitkan dengan aurora yang 25 kali lebih terang daripada yang diamati sebelumnya, karena badai matahari yang masif dan tak terduga di pertengahan bulan.
Mars membutuhkan lebih sedikit energi per satuan massa (delta-V) untuk mencapai dari Bumi daripada planet mana pun kecuali Venus. Menggunakan orbit transfer Hohmann, perjalanan ke Mars membutuhkan waktu sekitar sembilan bulan di ruang angkasa. Lintasan transfer yang dimodifikasi dapat memangkas waktu perjalanan menjadi empat hingga tujuh bulan di ruang angkasa, walau dengan jumlah energi
dan bahan bakar yang lebih tinggi. Hal ini mulai diimplementasikan secara bertahap dibandingkan dengan orbit transfer Hohmann, dan akan dapat digunakan secara standar untuk misi Mars robot. Memperpendek waktu perjalanan di bawah sekitar enam bulan membutuhkan delta-v yang lebih tinggi dan secara eksponensial meningkatkan jumlah bahan bakar, yang sulit dilakukan dengan roket kimia. Hal ini bisa dilakukan dengan