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身體全方位受損
太空對人體的挑戰主要有失重和輻射。近地軌道飛行實驗表明，長期飛行對人的心血管系統、骨骼肌肉系統都有很大影響。特別是肌肉萎縮和骨丟失高達20%以上。由于人類往返火星，要經歷失重、超重、低重力等多種重力環境，必然要飽受重力變化之苦。
失重的影響是全方位的。肌肉、骨骼、內臟功能、免疫系統，都會受到嚴重的影響，由此帶來的肌肉萎縮、骨質疏松的問題很難對付。2010年，美國科學家以9名美俄宇航員為研究對象，發現上過太空的40歲宇航員的身體狀況和80歲老人差不多。
后代可能致畸
每一次進入宇宙空間，人類都有遭遇太空輻射的危險，所要面對的輻射遠遠超出了地球上，雖然有飛行器、航天服和藥物進行防護。
雖然還沒有發現宇航員得癌癥，但超越地球人承受能力的輻射量會增加患癌癥的幾率。而且，超常的輻射還帶來基因突變和后代致畸的可能。
德國埃森—杜伊斯堡大學基因學家的研究報告說，即使是在距離地球表面500公里的低軌道上，宇宙射線也會損傷宇航員的染色體。一般情況下，染色體發生變異的細胞比例從1%上升到大約1.5%時，患癌癥的風險就顯著增加。
因此，有人建議，宇航員要提前貯存精液。
孤單感嚴重
漫長的旅途中，航天員還將面臨可怕的心理挑戰。航天員長期遠離地球家園，身處狹小密閉的太空船內，由此帶來嚴重的孤獨感。
歷史上有過類似教訓。2007年，美國“發現號”宇航員莉薩·諾瓦克因企圖謀殺情敵被捕。而早在1999年的一次試驗中，兩名俄羅斯宇航員因不堪沉重的精神壓力而發生激烈的爭斗，導致試驗中止。
2008年，美國研究人員研制新電腦程序，可模仿真人，為宇航員提供心理指導。利用這一程序，宇航員還能扮演虛擬角色，甚至閱讀心理書籍，從而學習如何解決糾紛。