我们应该选择什么样的火箭推进器来进行火星殖民？
用太阳光分解水生产的氢和氧、用转基因地球生物生产的碳氢化合物都可以执行将航天器打到地球轨道上的任务，动量交换绳可以将航天器从地球轨道上扔向月球或火卫二以及扔回来。离子推进在从地球轨道上前往月球方面毫无问题。帆类推进、磁轨炮直接射出去之类手段适合在真空中使用，毫米波火箭[1]在大规模发射时效率会超过化学火箭。质量大谈不上什么严重问题，你可以将多个航天器送到地球轨道或地月拉格朗日L1组合起来再前往火星，不过在那之前地月拉格朗日L1基地、月球挂绳、火卫一双侧长绳之类更值得建设，火星居住的优先度实际上极其低。 题目体现出提问者的认知受到一些科幻小说的严重干扰。 “只有地球上有化石燃料”这说法，是强调“地球上才有生物质变成的燃料”，而不是说别的天体上没有碳氢化合物。泰坦星（土卫六）上横流着大量的液态碳氢化合物，光是其表层已知的甲烷湖泊就有地球上探明的化石燃料总储量的三百倍。 月球的氦3根本不值得开采。 在木星圈和土星圈活动不需要开采它们的核燃料，木星周围强大的辐射和等离子环流足以驱动航天器与太空建筑，土星环里含有巨量的水冰。 三体描写的“无工质可控核聚变辐射推进”在现实中比化学火箭更弱，现实的核能推进技术则有很大的危险性和诸多的技术难题，在目前的条件下还不适合使用。用辐射推进的效率比喷射聚变产物低几万倍，别人整出来核聚变推进也不会留着聚变产物的。可以参照此处： 反物质引擎的技术用不了一百年就能掌握，但在目前太阳系附近的物质配比下没有任何意义。 对现实中的核推进有兴趣的话，可以参照以下内容。 火箭公式与相对论性火箭公式的简介： 代达罗斯计划与远射计划的简介： 代达罗斯计划的聚变装置的构造：  真正麻烦的问题不是这些。 你对人类的总功率成长率和时间尺度有基本认识的话，很容易理解我们永远不需要“火星殖民”。不限于火星，人类大概永远不需要在其他天体上大量住人。 关于改造火星的困难与低价值，以下截图引自《巫师、外星人和星舰》： 以上是对火星地球化改造的困难与低价值的简单介绍。 可以看到，相当乐观的学者认为改造火星要花超过300年、或许长达30000年的时间，1E25~1E26焦耳的能量，这能量约为现在每年全球能耗的10万~100万倍。即使改造火星只要1000年时间且发电成本变成现在的千分之一，从现在开始需要每年投资2020年不变价1000亿美元、连续投资一千年（在年通货膨胀约3%的情况下会成为天文数字，美国抑或任何投资它的企业都不一定能存在到它完成）。 人类现在的社会形态和身体能力还没达到要考虑“太空资源”的时候。照目前的不可持续发展和瘟疫流行、社会分裂的状况，用不了几百年我们就可能自我毁灭。所谓“去太空开拓新的生存空间”，不是说“地球装不下的人口扔到天上去”，而是在地球上发生灾难性的战争、超级传染病、严重天体撞击或巨大火山爆发等全球性自然灾害、失控纳米机械风暴等状况的时候，让人类还有延续下去的可能。执行这个任务的居住区根本就不需要什么几百万人，几百个人就够多了。 能够进行宇宙航行的技术可以轻易建造巨大的太空建筑。不锈钢就可以撑起10万倍地球表面积的片状刚性体，行星支持生物圈的能力根本就是垃圾。 在有限技术下的太空环境中，水是最有价值的东西之一。你可以把它分解成氧气和氢，用于呼吸、推进剂、燃料电池。你可以喝水，也可以用水支持藻类生产食物。水也可以用来保护你免受辐射。将水从地球送入轨道确实很贵，所以规划太空居住区的人们首先要考虑从哪里取水。月球环形山的阴影里有大量的水冰，而火卫二在数百年内可能成为重要的水供应中心，并顺带发射硅酸盐、金属和碳，需要的速度改变量远小于从月球上发射。 小行星带非常稀薄。实际上，以人的视力，站在一个小行星带天体上很难看见其它的小行星带天体。整个小行星带的总质量只有月球的4%。尽管如此，我们已经知道超过200颗直径大于100千米的小行星，还有70万~170万颗直径大于1千米的小行星。其中，小行星16 Psyche几乎是纯粹的铁镍合金，大概可以搞个矿场。 在人类有效抵达巨行星与冰巨星的时代，我们可以在这些天体附近建立资源工厂和空间居住区。如果有少数人就是喜欢住在火星上，土星环的冰可以被投向火星来为其增加水量。小天体的轨道距离太阳越远，射向火星需要的速度变化量就越小——当然，这对射向地球也适用。为了防止有人蓄意破坏，主要航天势力得在这些星环附近设立基地并互相牵制。在大型工业与军事基地建立起来后，服务业站点会跟着发展起来。