其中 ， 运载火箭将所有任务载荷和航天员送入地球轨道 ， 地火转移级负责地球轨道与火星轨道之间的转移 ， 把航天员及物资送入火星空间 。

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载人飞船登陆火星不容易
着陆与上升器主要负责火星轨道与火星表面之间的人员和物资往返运输 ， 一般由两级飞行器构成 ， 推进剂可在到达火星表面后利用火星资源与携带的部分资源进行生产 。
为了保障在火星表面与轨道之间执行运输任务 ， 还需要在火星表面建设一些基础设施 ， 包括原位资源利用设备、能源系统、着陆制导系统、发射场 。 其中 ， 原位资源利用设备可利用火星本身资源生产能源、推进剂等 。
火星表面应用系统包括居住舱、科学实验舱、环控生保系统、火星漫游车、舱外活动系统和电力系统等 。 其中 ， 环控生保系统用于保障航天员的生存条件 ， 火星漫游车帮助航天员在火星表面快速移动和探测 。
测控系统包括地面测控系统和天基测控系统 ， 前者包括地面的各种测控网络 ， 后者包括中继卫星、导航及通信卫星等 。 测控系统能够保证火星表面设备与地球科研人员的通信 ， 传输实验数据 ， 让地球科研人员介入火星表面设备问题处置等 。
航天员地火往返过程
一直以来 ， 美国、俄罗斯等都在积极研究载人火星探测任务的可行性 ， 并提出若干方案设想 ， 总结起来 ， 其过程大致可分为几个阶段 。
第一阶段是物资转运 。 运载火箭将摆渡级、载货转移级组件、火星着陆与上升器、火星表面设施等有效载荷分批次送入近地轨道 ， 在轨组装成载货转移级 。 摆渡级将载货转移级转运到高地球轨道后 ， 返回近地轨道 。 再由运载火箭发射加注飞行器 ， 对摆渡级进行在轨加注 ， 等待下次摆渡任务 。

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载人飞船前往火星想象图
载货转移级通过地火转移轨道 ， 经过漫长旅途 ， 进入环火轨道 ， 等待载人飞船和航天员 ， 同时 ， 释放火星表面设施 ， 着陆火星表面 ， 进行推进剂制备等工作 。
第二阶段 ， 由运载火箭将载人转移级组件和深空居住舱等有效载荷分批次运送至近地轨道 ， 在轨组装载人转移级 ， 并由摆渡级将其转移至高地球轨道 。
一旦火星表面设施和在高地球轨道等待的载人转移级运行良好 ， 并等到合适的发射窗口 ， 运载火箭就将载人飞船发射进入预定轨道 ， 与载人转移级对接 ， 再由载人转移级将航天员送入地火转移轨道 。
第三阶段 ， 载人转移级进入环火轨道 ， 载人飞船跟之前进入环火轨道的火星着陆与上升器对接 ， 航天员进入火星着陆与上升器 ， 着陆火星表面 ， 开展作业和科学探测活动 。

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载人飞船从火星上起飞想象图
第四阶段 ， 航天员完成火星表面任务后 ， 向火星着陆与上升器加注推进剂 ， 乘坐上升器 ， 返回环火轨道 ， 并与等待在环火轨道上的载人转移级完成对接 。
最后 ， 载人转移级进入火地转移轨道 ， 返回地球空间 。
需要指出的是 ， 目前基于常规推进系统的载人火星探测任务 ， 其部分技术已得到验证 ， 在充足预算支持下 ， 人类可以逐步实现登陆火星表面 ， 但是 ， 漫长的任务时间造成探测系统规模庞大 ， 对人类现有工程技术水平以及航天员心理、生理都造成巨大压力 。 如果想把载人探火任务时间缩短到可以接受的程度 ， 还需要航天工程取得诸多革命性进步 ， 尤其是核热推进系统 。