随着工程师开始建造越来越大的降落火星表面的航天器，他们意识到已经达到了一个极限。稀薄的火星大气层不能很快地撑开大型降落伞，例如人类乘坐的飞船在降落时用于大幅减速的降落伞。

在2012年到达火星的“好奇号”探测器重量为1吨，这是目前为止的技术能够发送到火星表面的最大物体。美国宇航局表示，载人火星项目至少需要发送40吨重的物体。即使“火星一号”计划中提出的单程载人火星项目也需要携带近10吨的物资。

美国宇航局的专家们正致力于研究高超音速充气系统，这是一些巨大的类似球状的物体，将展开并变硬成为一个超刚性降落伞，用于帮助飞行器减速。但人类在火星上着陆的关键技术是超音速重推进技术。

美国宇航局曾在20世纪60年代和70年代就超音速重推进技术进行过风洞实验，不久前也进行过一次。好消息是，实验表明超音速火箭在理论上是可行的，坏消息是美国宇航局不再研究这个项目了。

国宇航局负责健康和医疗事务的专家萨拉琳·马克说：“对于具有最复杂系统的人类身体来说，太空是个危险的地方。”

具有讽刺意味的是，为地球上大部分生命提供能量的太阳，在太空旅行中对于生物体却是致命的。

一旦宇航员处于保护人类的地球磁场之外，太阳射线将增加他们患癌症的可能性。来自美国宇航局“好奇号”火星探测器近期得到的数据，已经量化了射线的等级和危险的程度。类似太阳耀斑和高能粒子的大爆发可能将潜在的致命剂量的射线作用于宇宙飞船。这就是为什么2018年的美国私营载人火星项目——“灵感火星”计划选择在太阳的弱活动年进行，届时太阳粒子爆发的可能性最低。不过，较低的太阳粒子活动增加了来自星系间的射线，这些射线也是有害的。

飞往火星的旅行可能需要7到9个月的时间，在整个过程中都要保护人类。目前，最可行的解决方案是用水围绕宇宙飞船，水能够吸收射线，并提供在太阳风暴下的一定遮挡。但是水的质量比较大，在航天项目中增加任何重量都将提高成本。

除了射线以外，载人火星之旅面临的最大挑战将是微重力（又称为零重力），它会导致不少奇怪的病症，以及带来一系列的心理问题。

据目前所知，人如果长期处于零重力状态下，会导致骨骼和钙质退化，肌肉萎缩，并且还可能产生视神经肿胀。如果不予以检查和治疗，到达火星的宇航员可能身体虚弱、骨质脆化甚至失明。

在未来，将开发出能够保护宇航员的小型磁场技术，但这可能是许多年甚至几十年以后才能完成的。