概述
殖民火星 殖民火星是指人類在火星上居住。許多研究與理論都將火星當成一個可行的殖民地，它的表面狀況與水份的來源使得火星成為太陽系除地球外最適合人類居住的星球。因為火星的環境與改造成適合生物生存的可能性，火星被許多科學家（其中也包括史蒂芬·霍金）認為是一個殖民的理想行星。
理論基礎
殖民火星 火星的一日與地球自轉一周十分接近。火星的太陽日是24小時39分35.244秒。
火星的表面面積是地球的28.4%，稍微小於地球的陸地（占地球表面面積的29.2%）。
火星的轉軸傾角為25.19°，與地球的23.44°較為接近，亦因為此原因，火星的季節與地球的相似。但是，火星的1年相等於地球的1.88年，因而火星上各季節的長度，比地球長一倍。火星北方上空並不是小熊座，而是天鵝座。
火星有大氣層，但只是地球大氣層的0.7%，因此，火星只可以抵擋部份的太陽輻射、宇宙線，宇宙船也可以利用大氣層作為大氣制動。
NASA的火星探測漫遊者、鳳凰號；ESA的火星快車號等，於21世紀初進行火星探測計畫，並發現火星有水的存在，也證明火星擁有所有維持生命的元素，代表火星是一個適合生物生存的地方 。
到達火星
除金星外，由地球去火星所需的能量比任何行星都來得少。利用霍曼移動軌道，由地球去火星，大約需要九個月，而使用修正了的移動軌道，可以將所需時間減至6至7個月，但會使用較多的能量和燃料，而火星探測是利用此方法。
如將所需時間縮短至半年或以下，需要使用較高的能量、較多燃料，如果使用化學火箭，是不可能做到的。如果利用太空飛行器推進的VASIMR、核動力推進的火箭，就可以將所需時間減至2周 。
與地球間的差異
殖民火星 火星地表重力大約是地球的三分之一，對於可能造成的健康問題仍未知。
火星表面平均溫度只有零下46℃，相較於地球要寒冷得多。
火星離太陽較遠，其大氣層所接收的太陽能大約只有地球所接收的一半。
火星的軌道離心率較地球為大，造成氣溫與太陽輻射的變化較大。
目前火星上的氣壓仍太低，不足以讓人類在未配備壓力設備的狀況下生存。由於改造火星屬於長期的計畫，短期內火星上的人造建築都必須配有壓力設備，如同太空飛行器，必須能維持約一大氣壓。
火星大氣層主要為二氧化碳，其二氧化碳分壓約高於地球52倍，如此可支持植物的生存。
火星上的磁場極小，也因此使太陽風偏向的能力也不足。
居住
殖民火星 相比起月球或其他行星，火星的地理環境較適合人類居住，沒有水星般的極端溫度、金星般的高表面溫度、或像外行星及其衛星那樣子的低溫。另外，金星只有雲層頂端的居住環境是比較接近地球。
在火星上，可以找到很多地球所擁有的適合居住條件。由高海拔氣球得知，目前火星表面海拔最高約34,668米（1961年5月紀錄），而在這高度的氣壓，差不多和火星地面相同。另外，火星也有寒冷的北極、南極，但溫度是相當極端的。
2007年3月21日，NASA代理管理員Shana Dale於JPL高科技會議時，曾說過“希望發現火星是否能夠為人類提供第二所住宅，將人類的文明由地球延伸至4000萬英里外的火星”。
火星改造
第一步達到“環境地球化”的臨界點
殖民火星 第一方案：太空鏡
給火星加熱的第一個方案是一面大鏡子，這面鏡子的直徑將超過120公里，在火星表面21公里以上的軌道運行。這面鏡子將把太陽光反射到火星指定區域，以釋放出冷凍地表下面的大氣和水。
不過，這面太空鏡子太大了，人類目前的科學水平還造不出這樣的太空鏡。
第二方案：小行星撞擊
太空中很多小行星都是由冷凍的氨氣構成的，而氨氣則是重要的溫室氣體。計畫是，讓一顆直徑2.5公里左右的小行星去撞擊火星，撞擊產生的巨大能量將使火星上的1萬億噸冰融化成水，而小行星撞擊後釋放的氨氣也可以讓火星大幅升溫。估計，40次這樣的撞擊就可以使火星達到適合人類居住的水平。不過，實現這一方案的科學難度也很大。
第三方案：製造溫室氣體
第三種方案是在火星上人工製造溫室氣體，這是被認為最為可行的方案。和許多科學家一樣，祖柏林認為四氟化碳是最有效的溫室氣體，他計畫在火星上建幾處化工廠，不停地製造四氟化碳。根據計算，如果每小時排放1000噸這種氣體，30年內火星的平均溫度將升高27.8℃。這項過程預計耗能5000兆瓦，5個核電站就可以滿足這些能量需求。
第二步：釋放火星土壤中的大氣
現在的火星上只有稀薄的大氣，但在30億年前，火星的表面包圍著厚厚的 二氧化碳 大氣層。由於火星變冷，大部分二氧化碳都被土壤吸收冰冷凍起來。當人類完成改造火星第一步後，溫暖的氣候將使這些二氧化碳釋放出來。“土壤中釋放出來的二氧化碳可以在20年內讓火星溫度再升高5.6℃，這時候一些冰開始融化成水，水也開始蒸發，並形成雨雪等天氣現象。”。第三步： 種植植物
隨著土壤中二氧化碳的不斷釋放，火星上的大氣含量將達到0.21個大氣壓，相當於地球的五分之一，其中大部分是二氧化碳。此時的火星居民不用穿 太空服 就可以走出戶外，當然他們還需要氧氣袋；普通飛機可以在火星上起降；人們還將建設一個帶有穹頂的封閉型城市。一旦火星赤道附近的溫度長年保持在0℃以上，火星上就可以有穩定的液態水供應，火星已經可以生長植物，“最先考慮培育的，應該是能夠促進光合作用的菌類和苔蘚。 ”
第四步：收穫氧氣
殖民火星 為了加快製造氧氣的速度，火星居民將大規模種植各種植物，並小心處理各種垃圾，因為垃圾腐敗會製造大量二氧化碳。此外， 基因工程 將幫上大忙，屆時科學家將培育出能釋放更多氧氣的“超級植物”。
第五步：再等1000年
前面的規劃看起來似乎很順利，50年就可以製造大氣，再過50年可以在火星上散步，但接下來的是一個漫長的過程，因為要使火星植物釋放出足夠人類自由呼吸的氧氣，大概需要1000年。在這1000年裡，火星居民要不停地種植、收穫，努力“生產”更多的氧氣 。
代價
航員的生存問題
殖民火星 進入零重力環境後，人體開始萎縮，骨頭密度也會下降，更為危險的是太空人患癌症的危險大大增加。
除了火箭學和推進物理學，火星之旅還有更嚴峻的挑戰：如何讓太空人活下去，以便完成複雜的體力和腦力任務，讓他們健康快樂那是奢談。進入零重力環境後，人體開始萎縮，包括心臟在內的肌肉在太空中不需要像在地球上那么費力工作，自然而然萎縮。同樣，骨頭密度也會下降，在太空骨頭密度每個月下降1%，而在地球上一生總共下降20%.假如是造訪空間站的話，萎縮不是太大的問題，
因為太空人整個太空之旅都保持零重力狀態。但經過6個月旅行飛抵火星後，太空人將重新面對重力環境，為了生存需要強壯的肌肉。
更為危險的是太空人患癌症的危險大大增加。地球大氣層保護人類免受X光和太陽質子放射線的照射，但在太空保護太空人的只有太空船的薄薄艙壁。
昂貴的代價
這一計畫預計耗時50年、耗資5000億美元，除了參與火星計畫的太空人和工程師之外，幾乎沒有科學家認為這是個好主意。
專家說，火星計畫不僅僅是建造零重力精煉工廠或設計更強勁的火箭。送人類上火星需要科學和工業的重大飛躍。技術上的挑戰令人生畏，負責火星計畫的一流科學家都懷疑是否做得到。
另外，這一計畫預計耗時50年、耗資5000億美元，漫長的時間和巨額資金也讓NASA處境尷尬。
喬治·阿貝相信人類有能力登入火星，但他提出了一個籌募資金的簡單辦法：火星登入計畫像國際空間站一樣變成國際合作項目，爭取歐洲、日本、中國、巴西和加拿大的支持。Lee說：“我的希望是，正如阿波羅登月計畫是冷戰時期美國霸權地位的明顯象徵，火星計畫也要成為新時代國際合作的象徵 。”
