火星探测器，是一种用来探测火星的人造航天器，包括从火星附近掠过的太空船、环绕火星运行的人造卫星、登陆火星表面的着陆器、可在火星表面自由行动的火星漫游车以及未来的载人火星飞船等。

火星是地球的近邻，它的特征在很多方面都与地球极为相似。有人认为，火星的现在就是地球的未来，因而开展火星探测和研究，对于认识人类居住的地球环境，特别是认识地球的长期演化过程，是十分重要的。

轨道设计是火星探测工程总体和分系统(如测控系统、发射系统、运载系统和探测器等)的先导。火星探测器轨道设计是以航天器轨道动力学理论和方法为基础，根据飞行任务，在综合考虑能量、飞行时间、地面测控、光照等轨道约束条件下进行的复杂而重要的科研工作。

按照不同的分类方式，可将火星探测轨道分为多种形式，如按火星探测器轨道的运行阶段分类，可将其分为3个阶段：绕地心(地球质心)运动阶段，绕日心(太阳质心)运动阶段，以及绕火心(火星质心)运动阶段；若从轨道能量获取方式划分，可将其分为：大推力变轨，小推力变轨，利用天体引力变轨的火星探测轨道，以及按是否包含地球停泊轨道段等等划分。

1960年10月10日，前苏联向火星发射了一枚探测器。紧接着就在四天以后即1960年10月14日，向火星发射了第二枚探测器。然而这两枚火星探测的先行者却连地球轨道都没能到达，这两枚探测器后来分别被称为“火星1A号”和“火星1B号”（前苏联发射成功才有正式编号）。

1962年11月1日，前苏联发射火星1号探测器，在飞离地球1亿公里时与地面失去联系，从此下落不明，它被看作是人类火星探测的开端。同一时期发射的另外两枚探测器（火星1962A和火星1962B）也发射失败。

1962年美国开始实施“水手计划”，在1964年先后向火星发射了两枚探测器水手3号和水手4号。水手3号于1964年11月5日发射升空，是美国发射的第一枚火星探测器，因偏离轨道发射失败。水手4号于1964年11月28日发射升空，于1965年7月14日在火星表面9800千米上空掠过火星，向地球发回了21张照片。这是有史以来第一枚成功到达火星并发回数据的探测器。

1964年11月前苏联再次向火星发射了探测器（苏联探测器2号），但是这枚探测器再次以失败告终，它虽然最终到达了火星附近，但是因太阳能板损毁没有能够向地球发回任何数据。

1965年7月前苏联发射另一枚火星探测器（苏联探测器3号），亦遭失败。

1969年美国向火星发射了水手6号和水手7号。这两枚探测器携带有更先进的仪器和通讯设备，它们成功掠过火星，对火星大气成分进行分析，并发回了大量照片。

1969年前苏联也向火星发射了两枚探测器（火星2A号和火星2B号），然而这次比以前更加糟糕，第一枚探测器在发射后7分钟因发动机故障发生爆炸，而另一枚探测器发射后不到1分钟就坠向了地面。

1971年前苏联向火星发射了三枚探测器。第一枚探测器于5月10日发射，按照计划，探测器应该在地球轨道上停留1.5小时，然后点火向火星进发，但是由于失误，它的计时器要等上1.5年。这枚探测器后来被称为“宇宙419”号，因为前苏联事后否认这枚探测器将要前往火星。火星2号于1971年11月27日在火星着陆，因遇到火星沙暴一着陆就与地面失去联系，但它仍然是第一个到达火星表面的人造物体。轨道器则运行到1972年8月22日并传回了大量的数据。火星3号在1971年12月2日成功登陆火星，成为了有史以来第一个成功在火星表面着陆的探测器。但由于遭遇同一场火星沙暴，在火星上仅仅工作了大约20秒，甚至没能发回一张完整的照片就失去了联系。

1971年，美国发射水手8号和水手9号，水手8号发射失败。水手9号于1971年11月13日到达火星，这是有史以来第一枚成功进入环绕火星轨道的探测器，取得了空前的成功。它首次拍摄到火星全貌。

1973年前苏联连续向火星发射了四枚探测器火星4号~7号。火星4号没能进入环绕火星轨道。火星5号于1974年2月12日进入环绕火星轨道，拍到世界第一张火星彩色照片，获得60幅图像，任务持续9天后停止工作。火星6号”和“火星7号”探测器在火星着陆失败。

1975年美国发射海盗1号和海盗2号着陆器以探测火星生命迹象。海盗1号于1976年7月20日在火星着陆，并发回了难以置信的周景全彩色图。科学家由此知道了原来火星的天空是略带桃粉色的，并非是他们原先所想的暗蓝色。海盗1号的轨道器拍摄到一张酷似人脸的火星表面照片。海盗2号于1976年9月3日成功着陆，它携带的地震检波器的记录了一次火星地震。

1988年前苏联发射以“火卫一”命名的福波斯探测器1号和2号。这是继1973年失败后，前苏联又一个火星探测计划。福波斯1号在飞往火星途中失踪。福波斯2号则在1989年3月27日探测器进入环绕火星轨道后不久与地球失去了通信联系。福波斯2号最后发回地球的图像，竟是一个巨大的圆柱形“太空船”照片——一个估算有25公里长、直径1.5公里的雪茄状“母船”，它就悬浮在火星卫星“火卫一”的下方。自“福波斯2号”传回这张令人震惊的图像后，就和地球突然神秘地失去了联系。

1992年9月25日，美国发射火星观察者号探测器。于1993年8月31日进入环绕火星轨道时，与地球失去了通信联系。

1996年11月7日，美国的火星全球勘测者探测器发射升空，于1997年9月11日进入绕火星运行轨道。这枚探测器持续运作了10年，最后在2006年11月5日失去讯号联络，成为迄今服役最长的火星探测器。它发回的信息量比之前升空的所有火星探测器的总和还要大，是最成功的火星探测任务之一。

1996年11月16日，俄罗斯发射了火星96探测器，探测器进入地球轨道后未能成功点火进入前往火星的轨道，不久后坠入太平洋而宣告失败。

1996年12月4日，美国发射火星探路者号探测器，于1997年07月04日在火星表面着陆。它携带的“索杰纳”号火星车，是人类送往火星的第一部火星车。它仅有微波炉大小。

1998年7月3日，日本发射希望号火星探测器，但因偏离轨道而失败。

1998年12月11日，美国发射火星气候探测器，在进入火星轨道的过程中失去联络，最终任务失败。

1999年1月3日，美国发射火星极地着陆者探测器，在进入火星大气层时失去联络而坠毁。搭载的两个微型探测器“深空2号”也一同损毁。

2001年4月7日，美国发射”2001火星奥德赛号”探测器，于2001年10月23日到达火星轨道。发现火星表面可能有丰富的冰冻水。在勇气号、机遇号、凤凰号和好奇号登陆期间，“奥德赛”扮演了通信中继站的角色并工作至今。

2003年6月2日，欧洲发射“火星快车号”探测器，于2003年12月25日成功进入环绕火星轨道。搭载的“猎兔犬2号”着陆器在着陆过程中失去联络。

2003年美国实施“火星探测漫游者”计划，先后将勇气号(Spirit, MER-A)和机遇号(Opportunity, MER-B)两部火星车送往火星。勇气号于2003年6月10日发射升空，于2004年1月3日在火星表面成功着陆。在大幅超过原本设计3个月的任务时间后于2011年3月22日失去联络。2011年5月25日，NASA在最后一次尝试联络后结束勇气号的任务。机遇号于2003年7月7日发射升空，于2004年1月25日成功着陆火星。大幅超出原本设计3个月的任务时间并工作至今。

2005年08月12日，美国成功发射火星侦察轨道器（火星勘测轨道飞行器），于2006年03月10日进入火星轨道，成为火星的第四个正在使用中的人造卫星（前三个是火星全球勘测者、2001火星奥德赛、火星快车）与第六个正在使用中的火星探测器（四个卫星加上两台火星车）。

2007年8月4日，美国成功发射凤凰号火星探测器，于2008年5月25日在火星北极成功着陆。2008年6月15日，“凤凰”号火星着陆探测器在着陆地点附近挖到的发亮物质是冰冻水，从而证实火星上的确存在水。凤凰号还探测到来自火星云层的降雪，而且找到了火星上曾经存在液态水的最新证据。任务完成后，随着火星进入严冬，由于电量难以维持而失去联络。

2011年11月，俄罗斯发射福布斯－土壤号火星探测器，因主动推进装置未能点火而变轨失败。搭载的中国第一个火星探测器”萤火一号“也宣告失败。

2011年11月26日，美国好奇号火星探测器成功发射，并于2012年8月6日成功登陆火星。其搭载的好奇号火星车是一个汽车大小的火星遥控设备，也是第一辆采用核动力驱动的火星车，其使命是探寻火星上的生命元素。2013年9月，美国航天局“好奇”号火星车发现，火星表面土壤按重量算约2%是水分，只需将土壤稍稍加热，就可获得水，这是最令人激动的结果之一。

2013年11月5日，印度在该国东海岸的斯里赫里戈达岛(Shriharikota)航天发射场，发射印度首颗火星探测器“曼加里安号火星探测器”号。2014年9月24日，印度“曼加里安”号成功进入火星轨道。

2013年11月18日，美国“火星大气与挥发演化探测器“发射升空，于2014年9月22日成功进入火星轨道。“火星大气探测器”旨在调查火星的上层大气，帮助了解火星大气层的气体逃逸对火星气候与环境演变所产生的影响。

2020年3月，美国航天局宣布选中“毅力”一词作为下一代火星车“火星2020”的正式名称。此后，航天局又从候选词条中选出了火星直升机的名称“机智”号（Ingenuity）。

2021年9月下旬开始，地球、火星逐渐运行至太阳的两侧且三者近乎处于一条直线上，太阳电磁辐射干扰逐渐增强，器地通信受到干扰，出现不稳定甚至中断，这种现象称作“日凌”。

日凌期间探测器与地面“失联”是预期的正常状态，“失联”不是“失踪”。为安全度过日凌期，日前火星车和环绕器先后完成相关状态设置，停止科学探测工作并持续进行状态监视。

日凌将于10月中旬结束，探测器将恢复与地面的通信，继续开展科学探测。

2010年4月，奥巴马在肯尼迪航天中心发表演说称，到2025年，美国政府希望新的远程航天器能首次把美国宇航员送到火星的小行星上。到本世纪30年代中期，美国将把人类送上火星轨道，并安全返回地球，甚至登上火星。

2014年6月，美国国家科学院公布了他们的登陆火星时间表，计划在2037年至2050年间以数百亿美元和“人类生命面临重大风险”的代价将人类送上火星。

美国目前有五个探测器在火星运行，其中包括三个卫星：火星奥德赛号、火星侦察轨道器、火星大气与挥发演化探测器，和两部火星车：机遇号、好奇号。

北京时间2021年2月19日4点55分（美国东部时间2月18日15点55分），美国“毅力号”火星车成功在红色星球登陆。

火星探测起步于前苏联。1962年苏联发射的“火星1号”探测器被公认为人类迈向火星的第一步。此后，虽然苏联和后来的俄罗斯不断在火星探测方面进行尝试，但终因国家财政乏力被美欧抢了先机。随着综合国力日益强盛，如今俄罗斯将目光再次瞄向火星，并提出了火星探测计划。

早在2001年俄罗斯太空科学研究所负责人格里戈里耶夫教授宣布，俄罗斯太空科学家已经克服了星际载人飞行的大部分难关，并且准备在2020年左右派宇航员等登陆火星。2007年俄联邦航天署署长阿纳托利·佩尔米诺夫曾经表示，根据俄罗斯制定的2040年前太空计划，俄计划在2035年后开始载人火星之旅。

2013年初俄罗斯联邦航天局与欧洲航天局达成合作项目，将共同开展“ExoMars(Exobiology on Mars)”任务。据悉，他们计划分别于2016年和2018年进行两次火星发射任务，目的是为了寻找火星上现在和过去曾经存在生命的痕迹。

2004年2月，欧洲航天局正式公布了一份雄心勃勃的火星探险“路线图”——“极光计划”。该“路线图”的“终极目标”，就是让欧洲宇航员在30年之内，也就是2033年之前登陆火星。

“极光计划”中的任务包括：在2014年左右，对人类登陆火星任务研究论证，包括轨道装备与入坞、生命支持与人类居住等技术；在2018年左右，进行一系列技术先驱任务，包括对空中制动、太阳能电推进和软着陆等技术进行试验。昂加罗博士表示，按照“极光计划”中的安排，欧洲太空局将在2024年派宇航员登陆月球，并在2030年到2033年之间最终展开人类探险火星的任务。

2013年“欧洲火星探测任务”（Exobiology on Mars，ExoMars）通过了一个重要的节点，进入了最终研制阶段。ExoMars任务最初是由欧洲航天局和美国航空航天局联合开展的，但由于受到经费的限制，美国于2012年退出了该计划。在2013年年初，俄罗斯联邦航天局开始接替美国，成为欧空局的合作者。2013年06月，欧洲航天局（ESA）和火星探测器制造商阿莱尼亚太空公司（Thales Alenia Space）签署了正式的合同。这个订单价值为3亿美元，而最终完成ExoMars任务总共需要大约16亿美元。

按照计划分别于2016年和2018年进行两次火星发射任务。

预定2016年1月发射“火星微量气体任务”(Mars Trace Gas Mission, TGM)卫星，包括一个为轨道飞行器和一个为火星着陆器。着陆器主要的任务一方面是为2018年发射的ExoMars火星车选择登陆地点，另一方面也是为了将来其它的火星任务积累经验。

计划于2018年的发射火星车“ExoMars”，ExoMars火星车是一台六轮高自动化的越野车，重量约270公斤。可以在火星表面自动导航。一对立体摄影机让火星车可以建立火星表面的3D地形图，其使用的导航程式可以用来判定周围地形让火星车能避开阻碍与找出最有效率的路线。酬载仪器将包含一个10公斤的“巴斯德酬载”（Pasteur Payload）和一个2公斤的钻孔机。能够在火星表面打钻两米深，在那样的深度能够屏蔽严寒、干燥和强辐射的环境。火星车将以太阳能进行为期180个火星日（6个月）的任务。

2022年5月6日消息，欧洲ExoMars火星探测器原定于2022年9月份发射升空，由于需要更换俄罗斯制造的着陆平台，目前看火星探测器发射升空可能要推迟到2028年。

火星探测项目是我国继载人航天工程、嫦娥工程之后又一个重大空间探索项目，也是我国首次开展的地外行星空间环境探测活动。

2014年6月，有着“嫦娥之父”之称的中科院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自远在第22届国际天文馆学会大会的开幕式上透露，我国即将开展深空探测，其中预计2020年实现火星的着陆巡视，2030年实现火星采样返回。

2013年9月23到27日北京举行的第64届国际宇航大会上，航天科技集团董事长许达哲在中国专场“中国航天发展与展望”的全体会议中做了中国航天的精彩报告，为我们带来我国深空探测的最新消息。报告中提到我国将2030年前将进行火星探测、深空太阳观测、小行星伴飞和着陆、金星探测、木星探测和火星取样返回等多个深空探测项目。其中：

2018年左右我国将进行第一次火星探测，探测器包括轨道器和巡视器；

2020年左右我国将发射深空太阳天文台；

2020年到2025年进行小行星伴飞和附着探测器和金星探测器的发射；

2025年到2030年先后进行木星探测器和火星取样返回探测器的任务。

按这个官方消息，火星探测任务基本确定，发射时间大致在2018年左右。我国的首次火星探测任务采用轨道器加巡视器的设计。日本的“MELOS”火星探测器方案和欧洲空间局的“ExoMars”火星探测项目也采用轨道器加火星车的设计，ExoMars项目和MELOS项目也都将在2018年执行，这将是人类火星探测史上前所未有的盛况。

2016年3月4日，在全国政协会议期间，卫星专家叶培建委员透露，我国准备在2020年发射火星探测器，并于2021年登陆火星。

2016年4月22日国家航天局局长许达哲表示，1月份时中国首次火星探测任务已正式立项，首个火星探测器预计2020年发射。据中国航天科技集团五院火星探测器总设计师孙泽洲介绍，中国首个火星探测器将由环绕器和着陆巡视器组成，同时实现环绕和着陆巡视任务，其科学目标还未最终确定，但基本围绕以下几个方面：通过光学遥感探测火星形貌；通过光谱等探测火星土壤元素、矿物成分及岩石类型；探测火星空间环境，包括火星大气；探测火星土壤结构及水冰，火星表面甚至地下浅层是否有水？

2018年3月23日，中国航天科技集团（CASIC）十一院研究员周伟江透露，我国的火星探测器计划于2020年发射，目前已完成气动外形设计，以及气动力、气动热设计工作。

2019年7月9日，在山东举办的2019软件定义卫星高峰论坛上，中国科学院院士、中国探月工程首任首席科学家欧阳自远在报告中透露：中国将于2020年7月通过火星卫星、火星着陆器、火星车联合探测火星。

2020年4月24日，中国航天日，中国行星探测任务被命名为“天问（Tianwen）系列”，首次火星探测任务被命名为“天问一号”，后续行星任务依次编号。已于2020年7月23日成功发射。

2021年5月15日，国家航天局消息，科研团队根据“祝融号”火星车发回遥测信号确认，天问一号着陆巡视器成功着陆于火星乌托邦平原南部预选着陆区，我国首次火星探测任务着陆火星取得圆满成功。

2021年5月17日8时，天问一号环绕器实施第四次近火制动，顺利进入周期为8.2小时中继通信轨道。

2013年11月5日下午2时38分，印度首颗火星探测器“曼加里安”号在印度南部安得拉邦斯里赫里戈达发射场发射升空。2014年9月24日，印度曼加里安号火星探测器成功进入火星轨道，使印度成为首个成功向火星发射探测器的亚洲国家。印度成为全世界继美国、俄罗斯和欧洲航天局后，第四个成功完成火星探测的国家或组织。

印度舆论称，这标志着印度已跻身火星探测前沿，是印度空间技术发展的里程碑事件。达成这趟“火星轨道探测器”任务(MOM)只花45亿卢比(约合7400万美元)预算，大约是美国“火星大气与挥发演化探测器”(MAVEN)火星计划6.71亿美元花费的1/10，甚至比好莱坞电影《地心引力》的1亿美元制作成本还要低。

阿联酋太空署2015年4月25日启动国家太空战略发展计划，欲在2020年发射“希望”号火星探测器。

计划包括拟于2020年发射“希望”号火星探测器，该计划将由阿联酋太空署及“希望”号火星计划团队等机构合作完成；阿联酋太空署将在2015年年内规划国家航天产业，出台相关政策和法规，推动和保护航天产业的发展；大力提倡和鼓励阿联酋年青一代接受和学习航天科技，从2015年起，每年挑选20名优秀学生，外派学习航天科技；计划在5年内投资约2700多万美元，建立本地区首个航天研究中心；与友好国家签署太空合作协议等。

2016年11月2日，阿联酋副总统兼总理、迪拜酋长穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆在考察穆罕默德·本·拉希德航天中心（MBRSC）时正式批复了阿联酋“希望号”火星探测器的最终设计方案，阿联酋因此成为全球第九个正式开启火星探测的国家。同时被批复的还有阿联酋卫星制造组装综合体二期项目。该综合体将遵循最高国际标准规范要求，可同时安装及装配多个航天卫星项目。“希望号”火星探测器项目于2015年推出，将于2021年年中发射。

2020年7月20日，希望号火星探测器于2020年7月20日05时58分，日本在种子岛航天中心使用H-2A运载火箭，成功将阿联酋的希望号火星探测器发射升空，计划2021年阿联酋成立50周年时进入火星轨道。这是阿联酋乃至阿拉伯世界的第一个火星探测器