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Peinture de Les Bossinas du Lewis Research Center pour la NASA (1989)
La mission (spatiale) habitée vers Mars est un des objectifs à long terme fixés à l'astronautique depuis ses débuts. Initialement thème de science-fiction, il est devenu pour certains, à la suite du débarquement de l'homme sur la Lune en 1969, la prochaine étape de la conquête spatiale. Mais la réussite de ce projet demande des moyens financiers encore bien supérieurs à ceux du programme Apollo, lui-même lancé grâce à un concours de circonstances particulièrement favorable (guerre froide, embellie économique).
Un vol habité vers Mars est également un défi technique et humain sans commune mesure avec une expédition lunaire : taille des vaisseaux, système de support-vie fonctionnant en circuit fermé sur de longues durées (900 jours), fiabilité des équipements qui ne peuvent être réparés ou dont la redondance ne peut être systématiquement assurée, problèmes psychologiques d'un équipage confiné dans un espace restreint dans un contexte particulièrement stressant, problèmes physiologiques découlant par l'absence ou la faiblesse de la gravité ainsi que l'effet des rayonnements sur l'organisme.
Depuis le début des années 1960 plusieurs études sur le sujet ont été réalisées et ont exploré les scénarios et les solutions techniques. Plusieurs points sont particulièrement débattus : trajectoire en opposition ou en conjonction, recours à la propulsion nucléaire, taille de l'équipage, méthode d'atterrissage sur Mars, production du carburant du voyage de retour in situ, mission légère contre mission lourde. Les avant-projets les plus aboutis émanent de la NASA forte de son rôle de pionnier et agence spatiale civile la mieux dotée mais également de groupes de passionnés regroupés dans des associations comme la Mars Society. Le programme Constellation lancé par la NASA en 2004 prévoit le retour de l'homme sur la Lune vers 2020 pour des séjours de longue durée qui sont présentés comme une étape préparatoire aux missions vers Mars aux alentours de 2037.