A la fin de la présente décennie, sera terminée en orbite terrestre la construction de la station spatiale internationale (ISS) et les prochaines étapes de la conquête spatiale pourront commencer. D'abord, l'homme retournera sur la lune vers 2020 pour y établir une ou plusieurs stations permanentes qui seront de formidables observatoires astronomiques en l'absence de toute atmosphère. Elles seront occupées par des scientifiques qui se relaieront après quelques mois de séjour, le va et vient étant assuré par des navettes depuis l'ISS. Puis, entre 2030 et 2040,  le voyage vers Mars est envisagé.

Mars est une destination attirante pour deux raisons: elle est proche de la terre (79 millions km) et elle est la  planète du système solaire dont les caractéristiques physiques ressemblent le plus à celles de la terre. Les 8 autres planètes sont très inhospitalières et, même si la technologie le permettait, il n'y aurait guère d'intérêt à envoyer vers elles des vaisseaux habités: Mercure est trop proche du soleil. Les radiations et les températures y sont extrêmes. Vénus connaît de même de  fortes températures mais aussi une pression au sol très importante (93 atmosphères). Les 4 grandes planètes gazeuses (Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune) n'ont pas de surface solide permettant à un vaisseau spatial de se poser. Quant à Pluton, elle est très froide et très éloignée.

 

Le National Space Science Data Center (NSSDC) à la NASA/Goddard Space Flight Center (GSFC) a étudié trois projets de mission vers Mars dont les caractéristiques diffèrent selon la trajectoire et le temps de vol du vaisseau spatial, les ressources énergétiques nécessaires et la durée du séjour sur Mars:

  mission de court séjour sur Mars (30 jours) pour une durée totale de voyage de 400 à 650 jours. Cette mission requiert pour le vaisseau une grande consommation d'énergie pendant le voyage et laisse peu de temps aux astronautes pour installer une infrastructure sur Mars, expérimenter l'utilisation des ressources de la planète et découvrir la zone proche du lieu d'atterrissage. En outre, la plupart de la mission se déroulerait en apesanteur, sans que les astronautes disposent d'assez de temps pour retrouver des forces physiques sur le sol martien, où ils seraient soumis à une gravité qui représente 38% de celle de la terre. Enfin, le vaisseau spatial croiserait pendant le voyage l'orbite de Vénus et serait exposé à d'intenses radiations qui pourraient l'endommager ou nuire à la santé de l'équipage. Il faudrait prévoir à cet effet de renforcer certaines de ses parties et donc augmenter sa masse, ce qui aurait des conséquences sur sa consommation d'énergie alors qu'elle serait déjà importante dans cette hypothèse.

  mission de long séjour sur Mars (450 jours) pour une durée totale de voyage de plus de 900 jours (240 jours pour chaque trajet). La trajectoire de cette mission est prévue pour exiger un minimum de consommation d'énergie par le vaisseau. Cela offre l'avantage de permettre d'envisager pour un coût similaire la construction d'un vaisseau plus lourd transportant une charge en équipements plus importante. Néanmoins les risques pour l'équipage dûs à l'apesanteur prolongée et aux radiations seraient encore très élevés même s'ils sont moindres que ceux mentionnés dans l'hypothèse précédente.

  mission de long séjour sur Mars pour une durée totale de voyage de 900 jours mais avec trajets rapides. Le double objectif est ici de réduire d'environ 100 jours le temps de trajet dans chaque sens et d'allonger à environ 600 jours le temps de séjour des astronautes sur Mars. Malgré l'augmentation sensible de la quantité d'énergie nécessaire au vaisseau dans ce cas, les avantages sont évidents: meilleure sûreté pour l'équipage et plus grande productivité scientifique sur la planète, justifiant un investissement plus important.

En conclusion, le projet à retenir résulte d' un mélange des deux hypothèses précédentes. Il n'est pas imaginable de construire et de lancer un seul gros vaisseau qui transporterait  sur une trajectoire de trajet rapide à la fois l'équipage, son matériel de surface sur Mars, ses ressources de vie et son véhicule de retour.

Une mission divisée en deux étapes, qui permettrait de faire de notables économies d'énergie et garantirait une meilleure sécurité, semble donc s'imposer:

  la première étape consisterait à envoyer en premier lieu et sur trajectoire économique en énergie un vaisseau-cargo inhabité transportant le matériel martien de surface et le véhicule de retour des astronautes. Après l'atterrissage de ce vaisseau sur Mars, le bon état de fonctionnement des  équipements serait vérifié à distance.

  la deuxième étape serait le lancement du vaisseau habité qui rejoindrait le précédent sur Mars en suivant  une trajectoire rapide.

Une question non encore tranchée est de savoir si les vaisseaux seraient lancés à partir d'une base terrestre ou assemblés pièce par pièce dans l'espace pour partir depuis la station orbitale ou depuis la lune.