Hãy thử tưởng tượng rằng khi các nhà du hành vũ trụ đặt chân được lên Sao Hỏa, có nghĩa là chuyến thám hiểm Hành tinh Đỏ mới chỉ thành công một nửa bởi khi các phi hành gia muốn trở về Trái Đất thì việc rời khỏi Sao Hỏa lại không hề đơn giản.
Thách thức lớn nhất ở đây là phải đưa được một cỗ máy vũ trụ đồ sộ hạ cánh an toàn xuống bề mặt Sao Hỏa ở những điều kiện kỹ thuật và địa hình phù hợp nhất, để sau đó nó lại có thể cất cánh bay lên khỏi Sao Hỏa.
Trên thực tế, các nhà khoa học hiện nay đã có đủ khả năng chế tạo một trạm vũ trụ không người lái kích cỡ nhỏ để thực hiện nhiệm vụ rời Trái Đất, hạ cánh nhẹ nhàng xuống Sao Hỏa, khoan lấy một ít mẫu đất đá rồi cất cánh quay trở về Trái Đất. Nhưng với một con tàu vũ trụ có người lái, câu chuyện sẽ hoàn toàn khác.
Trước hết, để phóng một con tàu vũ trụ có người lái kích thước đủ lớn từ Trái Đất vào không gian giữa các hành tinh, cần có một tên lửa khổng lồ với động cơ mạnh.
Về cơ bản, hệ thống này phải có kích cỡ như một tàu chở dầu hạng trung, trong bụng nó phải chứa rất nhiều nhiên liệu và đương nhiên phải có cả một số hàng hóa hữu dụng cho các nhà du hành.
Sao Hỏa có lực hấp dẫn bằng khoảng 40% lực hấp dẫn của Trái Đất và có bầu khí quyển mỏng. Do đó để trở về Trái Đất, các phi hành gia sẽ cần một tên lửa có kích thước bằng 1/3 chiếc tên lửa trước đó đã đưa họ rời khỏi Trái Đất.
Tên lửa này phải được nạp nhiên liệu đầy đủ để có thể cất cánh đưa các nhà du hành về nhà. Vì vậy, nếu các phi hành gia muốn bay lên Sao Hỏa rồi quay trở về Trái Đất, họ cần mang theo khoảng 1.400 tấn nhiên liệu nữa.
Cần lưu ý, nhiên liệu cho tên lửa cực dễ cháy nổ, do đó nó cần được chứa trong những thùng đặc biệt để không bị vỡ khi tàu vũ trụ hạ cánh xuống Sao Hỏa.
Sao Hỏa cũng có bầu khí quyển, nhưng thật không may là nó lại không đủ đậm đặc để hệ thống dù hoạt động bình thường. Nghĩa là bầu khí quyển Sao Hỏa chưa thích hợp để làm cho tàu vũ trụ - nhờ hệ thống dù - giảm dần tốc độ bay ngõ hầu có thể hạ cánh nhẹ nhàng xuống bề mặt Sao Hỏa, bảo đảm an toàn cho các nhà du hành và thùng nhiên liệu.
Bởi vậy, tàu vũ trụ sẽ phải khởi động động cơ thổi ngược trong lúc hạ cánh, và điều này cũng ngốn khá nhiều nhiên liệu.
Sẽ đơn giản hơn nhiều nếu như Sao Hỏa hoàn toàn không có khí quyển, bởi khi đó, quá trình hạ cánh có thể được kiểm soát chính xác hơn.
Tuy nhiên, bầu khí quyển của Sao Hỏa lại rất "đỏng đảnh," nghĩa là độ đậm đặc của bầu khí quyển trên Sao Hỏa luôn thay đổi, đôi khi bầu khí quyển trở nên đặc quánh và dễ dàng kìm hãm tốc độ bay của tàu vũ trụ (hoặc thậm chí có thể đốt cháy nó), nhưng có khi nó lại quá loãng và hầu như không ảnh hưởng gì đến tốc độ bay của con tàu.
Trước tình hình đó, các nhà khoa học cho đến nay vẫn chọn phương án sử dụng động cơ phụt ngược như là phương pháp tối ưu để thực hiện việc đổ bộ nhẹ nhàng xuống Sao Hỏa.
Cũng chính vì vậy, việc đưa được một cỗ máy vũ trụ, dù lớn hay nhỏ, đổ bộ nhẹ nhàng xuống Sao Hỏa cho tới nay vẫn luôn được coi là một thành tựu kỹ thuật tuyệt vời, bất kể việc đó được thực hiện lần thứ bao nhiêu.
Nhưng đó chưa phải là tất cả. Điều phức tạp nhất ở đây lại là khoảng cách giữa Trái Đất và Sao Hỏa liên tục thay đổi do hai hành tinh này có tốc độ bay khác nhau xung quanh Mặt Trời.
Trái Đất có vị trí ở gần Mặt Trời hơn nên việc bay hết một vòng hoàn chỉnh xung quanh Mặt Trời chỉ hết 365,25 ngày. Sao Hỏa nằm ở xa Mặt Trời hơn, di chuyển chậm hơn và phải mất tới 687 ngày Trái Đất để bay hết một vòng xung quanh Mặt Trời (nghĩa là mất gần gấp đôi thời gian bay so với Trái Đất).
Kết quả là phần lớn thời gian trong năm, Sao Hỏa ở cách khá xa Trái Đất, xa đến mức việc thực hiện chuyến bay từ Trái Đất lên Sao Hỏa trở nên bất khả thi.
Vị trí thuận lợi để thực hiện chuyến bay Trái Đất-Sao Hỏa chỉ đến khi cả hai hành tinh đều nằm trên cùng một một phía so với Mặt Trời, và điều này chỉ xảy ra một lần trong 778 ngày (hay nói một cách khác là một lần trong mỗi 2 năm, 1 tháng và 18 ngày).
Thời điểm chỉ xuất hiện một lần trong 778 ngày này chính là thời cơ để thực hiện chuyến bay từ Trái Đất lên Sao Hỏa, xét từ góc độ tiết kiệm năng lượng và thời gian bay.
Hãy thử giả định rằng các nhà du hành vũ trụ đã thực hiện thành công chuyến bay "chớp đúng thời cơ" này và đến được Sao Hỏa. Nhưng tiếp theo thì sao? Họ chỉ có thể quay trở lại Trái Đất sau lần xích lại gần nhau kế tiếp giữa hai hành tinh, nghĩa là họ sẽ phải ở trên Sao Hỏa theo đúng chu kỳ là 2 năm, 1 tháng và 18 ngày để chớp lấy thời điểm thích hợp và bay trở về Trái Đất.
Tàu vũ trụ sẽ phải cất cánh và bay theo cùng chiều với chiều bay của Sao Hỏa xung quanh Mặt Trời, sau đó các nhà du hành sẽ phải nhiều lần điều chỉnh quỹ đạo bay của tàu vũ trụ hướng đến quỹ đạo và tốc độ bay của Trái Đất xung quanh Mặt Trời.
Đây là những thao tác kỹ thuật khá phức tạp mà các nhà du hành sẽ phải thực hiện trong khoảng không gian vũ trụ giữa các hành tinh.
Đó cũng chính là những là lý do khiến cho một "chuyến bay thẳng" đưa các nhà du hành đến Sao Hỏa, ở đó ít ngày và quay về Trái Đất vẫn là một điều không tưởng - tính đến thời điểm hiện tại.
