正因為火星空氣稀薄，使得火星飛機無法輕易獲得地球飛行所需要的足夠的氣動升力。當火星飛機剛剛進入火星大氣層的時候，它會像一塊石頭一樣下落數公里，然後才能獲得足夠的升力，開始平穩的飛行。此時，它仍然缺乏良好的機動性，例如在轉彎時，轉彎的半徑甚至可達好幾公里。
2、在火星飛機進入火星大氣層時，還必須解決它的防熱問題。為此，要將火星飛機的機翼縮起來，裝進一個外面有防熱層的殼體內，然後下降到一定高度後，再將機翼從殼體內釋放出來。因此，對飛機的結構、材料和控制，都提出了較高的要求。為了使飛機能有最大的航程，對其推進系統也有嚴格的要求。
3、如果從地球上對火星飛機進行遙控，通信時存在信號傳輸延遲的問題。根據計算，在相距最遠時，從地球發射的信號要23分鐘才能到達火星。為此，火星飛機要有很強的自主判斷和執行能力，不能完全依賴地面控制，必須使用預設程序的自動駕駛儀。
研製火星無人機之路
火星無人機的研發，經歷 了一波三折，至今尚未成為現實。
1999年初，NASA計劃派遣一個小型遙控飛機去火星，並計劃於2003年 12月17日到達火星，以紀念萊特兄弟發明飛機100周年。可惜在不久之後，NASA因接連損失兩艘火星探測器，研發火星飛機的計劃也因此被迫中斷。
在這之後，NASA蘭利中心提出了“區域性環境航空測量 （ARES）”的火星飛機計劃。火星無人機將裝在一個由外表隔熱罩保護的殼體內進入火星大氣層，然後殼體利用降落傘逐漸接近地面。當到達距火星表面1.5公里左右時被釋放，再啟動液體火箭發動機 （推進劑為一甲基肼和三氧化二氮），以每小時320公里的速度進行采樣和測量。ARES到達火星後，將在覆蓋以前從未探索過的1500千米的區域內飛行，以測量火星大氣，尋找水的跡象，收集化學傳感數據，研究地殼磁場，並向地球發回遙感圖像。
NASA蘭利中心為了實現這個方案，進行了詳細的設計優化和風洞試驗。2002年9月19日，他們成功進行了一次名叫“火星鷹”的縮比50%模型飛機在地球高空的飛行試驗。在一個半小時的飛行中，充分展示了其良好的飛行性能。由於火星上的引力比地球引力小得多，這樣，飛機在火星上空保持平飛的難度將會大大降低。最後幾秒鐘，飛機由地面人員使用無線電控制操縱台控制，在跑道上成功軟著陸。
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