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身体全方位受损
太空对人体的挑战主要有失重和辐射。近地轨道飞行实验表明，长期飞行对人的心血管系统、骨骼肌肉系统都有很大影响。特别是肌肉萎缩和骨丢失高达20%以上。由于人类往返火星，要经历失重、超重、低重力等多种重力环境，必然要饱受重力变化之苦。
失重的影响是全方位的。肌肉、骨骼、内脏功能、免疫系统，都会受到严重的影响，由此带来的肌肉萎缩、骨质疏松的问题很难对付。2010年，美国科学家以9名美俄宇航员为研究对象，发现上过太空的40岁宇航员的身体状况和80岁老人差不多。
后代可能致畸
每一次进入宇宙空间，人类都有遭遇太空辐射的危险，所要面对的辐射远远超出了地球上，虽然有飞行器、航天服和药物进行防护。
虽然还没有发现宇航员得癌症，但超越地球人承受能力的辐射量会增加患癌症的几率。而且，超常的辐射还带来基因突变和后代致畸的可能。
德国埃森—杜伊斯堡大学基因学家的研究报告说，即使是在距离地球表面500公里的低轨道上，宇宙射线也会损伤宇航员的染色体。一般情况下，染色体发生变异的细胞比例从1%上升到大约1.5%时，患癌症的风险就显著增加。
因此，有人建议，宇航员要提前贮存精液。
孤单感严重
漫长的旅途中，航天员还将面临可怕的心理挑战。航天员长期远离地球家园，身处狭小密闭的太空船内，由此带来严重的孤独感。
历史上有过类似教训。2007年，美国“发现号”宇航员莉萨·诺瓦克因企图谋杀情敌被捕。而早在1999年的一次试验中，两名俄罗斯宇航员因不堪沉重的精神压力而发生激烈的争斗，导致试验中止。
2008年，美国研究人员研制新电脑程序，可模仿真人，为宇航员提供心理指导。利用这一程序，宇航员还能扮演虚拟角色，甚至阅读心理书籍，从而学习如何解决纠纷。