殖民火星是馬斯克最有名的「理想」之一。其旗下的Space X公司正在開發的重型運載火箭，代號為BFR（Big Fucking Rocket），長達100米。
它計劃不僅可為國際空間站和地球軌道衛星提供服務，還能幫助建立月球基地，並最終將人類送上火星。
馬斯克在2016年的一次演講中曾介紹過他的殖民火星計劃，他要將至少100萬人送上火星，此外還有一些細節：
（1）採用液體甲烷作為能源
探索火星的太空飛船將採用液體甲烷作為動力，這種燃料在地球和火星上都可以生產。相對於煤油和火箭常用的其他燃料，採用液體甲烷的難度更小。SpaceX已建造了大型的碳纖維燃料倉，測試保存液體甲烷的技術。
（2）20萬美元的「低價」
每名乘客飛往火星的價格為20萬美元。如果無法降低成本，那麼只有最有錢的富豪才可以飛往火星。這對於建立一個殖民地來說是不可能的。
（3）30天的旅程
一旦系統得到優化，適合重複使用，飛往火星或許只要30天時間。馬斯克表示，目前人類可以在24小時內前往地球的任何地點。他設想的太空飛船將提供零重力遊戲，可以看電影，而飛行時速達到6.2萬英裡（約合10萬公裡）。
（4）你也可以返程
如果想要回家，那麼也是可行的。由於太空飛船可以重複使用，因此能在地球和火星之間往返。馬斯克開玩笑地表示，返程飛行可能是免費的。不過，飛船發生事故的可能性依然很大，因此不適合兒童乘坐。
馬斯克還表示，他不會參與首航，因為他想要看著自己的孩子們長大。他也擔心，如果他本人遭遇意外，那麼SpaceX的計劃可能將改變。
（5）「改造火星」的宏偉目標
要將100萬人口送上火星，這些人口需要場所居住和工作。馬斯克認為，在這一過程中，我們可能需要對火星進行「大規模的改造」，讓火星變暖。這樣火星上的冰會融化，釋放水蒸氣，從而有助於形成大氣。
目前在火星赤道附近，地表溫度白天最高能達到70度，而夜間則會降低至零下100度。在兩極，溫度還要更冷。
為了保護人類避免受到輻射傷害，「火星居民」還將需要造出磁場，從而抵禦帶電荷粒子的侵襲。
最初的火星目標是在2022年前至少完成2次火星貨運任務。目的是確認火星上是否存在水資源和危險，並建立電力、採礦和生命支持系統，以支持未來的任務。
在2024年的後續任務中，將會有四艘船前往，包括兩艘貨船和兩艘載人飛船。在這個階段，目標是建造一個推進劑工廠，並把第一批人送上火星，建立起基地，為擴大殖民做準備。隨後，這個基地將被擴展為城市。
計劃很宏偉，但最近NASA的研究可能要給馬斯克的火星殖民潑一盆冷水了。
對於行星的改造一直是科幻作家和行星科學家熱衷的主題，他們還提出了數種在其他行星上創造可居住環境的方法，這一過程被稱為「地球化」（terraforming）。
例如，在上世紀60年代，卡爾薩根曾提出了第一個火星地球化方案：
（發的還是Science。。不過那個年代好像Science還不像現在那麼難）
其中包括利用基因工程細菌吞噬火星上二氧化碳以產生有機分子。相比之下，馬斯克的計劃則比較瘋狂，他最近建議在火星兩級的冰蓋上使用核彈，以「加熱」產生液態水。
然而根據周二發表的由NASA資助的一篇研究論文：使用當前的技術——包括核彈在內，對火星進行地球化是不可能的。
一般來說，火星「地球化」意味著至少需要發生三件事中的其中一件。一種可能性是改變大氣的成分，使其變成主要是氧氣和氮氣，就像地球的大氣層一樣；另一個是增加大氣壓力，這樣人類就可以不必使用增壓服；最後是將足夠的溫室氣體釋放到火星大氣中，使它溫度上升到表面能夠存在液態水。這些溫室氣體的釋放也將導致大氣壓力的增加。
問題是火星的大氣壓力僅為地球海平面大氣壓力的0.6％。換句話說，要利用溫室氣體將壓力提高到適合人類的程度，所使用的量非常非常的大，到時候估計火星要面臨過熱的問題了。
現在火星上的二氧化碳主要儲存在土壤中。根據NASA的研究，所有火星上的二氧化碳即使全部釋放出來，最多產生約7%的地球大氣壓力；在升溫方面，只會使火星表面溫度升高到支持液態水所需溫度的六分之一左右。
這還是最好的情況。因為提取火星上的溫室氣體耗費能量非常高。最容易得到的溫室氣體是極地冰蓋中的水汽（水蒸氣也是一種溫室氣體）；但即使我們像馬斯克所說的那樣蒸發了火星兩極，根據研究人員的計算，這只會使目前火星的大氣壓力增加一倍，達到地球大氣壓力的1.2％左右，距離目標依然非常遙遠。
雖然研究人員承認火星地下的礦物質中可能存在更多的二氧化碳，但這就像大家都知道地球深處埋著數萬億噸鑽石一樣，要挖出來不知道要等到什麼時候。
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所以，即使是數年後NASA或Space X成功登陸火星，但未來的火星人將在很長一段時間內被困在太空服內，除非他們擁有了開採整個星球的能力。
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