最后更新：2023年5月21日

火星：征服与人类首次踏足红色星球

火星的特征

火星是一个迷人的探索目的地，也是寻找地球外生命的重要关注对象。火星因其独特的颜色常被称为"红色星球"。火星表面富含氧化铁，使其呈现出标志性的红色调。

火星上的巨型火山

火星拥有太阳系中最高的火山——奥林匹斯山。奥林匹斯山高出火星平均地表约22公里，直径约600公里，因此也是宽度最大的火山之一。阿斯克劳山、帕弗尼斯山和阿尔西亚山这三座火山统称为“塔尔西斯山群”，属于火星塔尔西斯火山区域的一部分。其中阿斯克劳山高约18公里，帕弗尼斯山高约14公里，阿尔西亚山高约12公里。

巨大的水手号峡谷

火星还拥有我们太阳系中已知的最大峡谷——水手号峡谷。这一峡谷系统绵延约4000公里，长度约为地球大峡谷的四倍。

火星极地冰盖

与地球一样，火星也有极地冰盖。这些极地冰盖主要由水冰构成，但也包含层状冻结的二氧化碳（即"干冰"），并随季节变化而变化。

火星的稀薄大气层

火星的大气层比地球稀薄得多，主要成分是二氧化碳（CO₂），含有少量氮气和氩气。火星上的大气压约为地球的0.6%。

极端温度

火星表面的温度变化极大。夏季赤道地区最高温度可达约20°C，而最低温度可降至约-140°C。

火星过去存在水的痕迹

机器人任务和火星轨道观测提供了令人信服的证据，表明火星过去存在液态水。山谷、河床和矿物沉积等地质构造被解读为火星曾拥有湿润环境的标志。

火星的卫星

火卫一

火卫一是火星两颗卫星中较大的一颗，呈不规则的长条形。它距离火星表面约6000公里运行。火卫一与火星同步自转，这意味着它始终以同一面朝向火星。这颗卫星表面布满撞击坑，见证了其剧烈的历史。其最大的撞击坑名为斯蒂克尼。火卫一是整个太阳系中距离其母星最近的卫星之一。

火卫二

火卫二是火星两颗卫星中较小的一颗。它也是一颗细长且形状不规则的卫星，但比火卫一更规则。它绕火星表面运行的距离约为23,500公里。火卫二也与火星同步自转，始终以同一面朝向火星。其表面布满撞击坑，但撞击坑数量少于火卫一。

火星：迈向人类踏足红色星球的第一步

火星上的日出 — 火星上的日落。该图像于2005年5月19日由勇气号在古谢夫陨石坑拍摄。图片来源：NASA/JPL/德州农工大学/康奈尔大学。

如何前往火星？

要前往火星，必须遵循精确的太空轨道。科学家们采用名为"霍曼转移轨道"的"节能"路径，这种轨道能以较少推进力实现航行。所需燃料量取决于火箭质量及其脱离速度。

旅程的不同阶段

前往火星的旅程分为几个阶段：从地球发射升空，设定前往火星的正确轨道，途中修正航线，进入火星轨道或直接降落至火星表面，最后启程返回。每个阶段都必须精心规划，并配备备用系统以应对可能发生的问题。

登陆火星

登陆火星非常复杂。火星大气层非常稀薄：它能让火箭减速，但不足以仅靠降落伞完全制动。因此，任务采用组合方式：隔热罩抵御高温，降落伞减速，发动机实现平稳着陆。

生活在火星：一个真正的挑战

宇航员需要受到辐射防护，呼吸保持在适当压力和温度的空气，并在现场生产水和氧气。居住舱将采用加压模块化设计，部分任务计划利用当地资源生产燃料和水。

与地球的通信根据火星位置需要4到24分钟，因此宇航员必须具备高度自主能力。他们将几乎独自管理生存、移动和科学实验。欧洲航天局及其他机构（俄罗斯、中国、印度）正计划在2020至2030年代开展机器人任务，但载人火星任务预计在2040至2050年实现。

火星探测任务表

火星任务：按时间顺序的清单、状态与评论（1960–2025）
年	任务	国家	代理机构	类型	状态	如何
1960	1M 第一号	苏联	OKB-1	飞掠	❌ 失败	发射阶段丢失（未进入轨道）。
1960	1M 二号	苏联	OKB-1	飞越	❌ 失败	在发射阶段丢失。
1962	火星1号（2MV-4 2号）	苏联	OKB-1	飞越	❌ 失败	前往火星途中失去通讯。
1964	水手3号	美国	美国国家航空航天局	飞越	❌ 失败	整流罩未分离 → 任务失败。
1965	水手4号	美国	美国国家航空航天局	飞越	✅ 成功	火星表面的首批特写图像。
1967	Zond 2	苏联	拉沃奇金	飞越	❌ 失败	飞越前失去通信。
1969	水手6号	美国	美国国家航空航天局	飞越	✅ 成功	成像与光谱学。
1969	水手7号	美国	美国国家航空航天局	飞越	✅ 成功	补充水手6号观测结果。
1969	2M 第521号（1969A）	苏联	拉沃奇金 / 苏联	轨道器	❌ 失败	发射失败 / 未能进入轨道。
1969	2M 第522号（1969B）	苏联	拉沃奇金 / 苏联	轨道飞行器	❌ 失败	发射失败。
1971	水手8号	美国	美国国家航空航天局	轨道飞行器	❌ 失败	发射失败（在近地轨道丢失）。
1971	宇宙419号（3MS No.170）	苏联	拉沃奇金	轨道器	❌ 失败	阶段性问题 → 未离开LEO。
1971	火星2号	苏联	拉沃奇金	轨道器+着陆器	⚙️ 部分	轨道器运行正常；着陆器坠毁于表面（撞击）。
1971	火星3号	苏联	拉沃奇金	轨道器+着陆器	⚙️ 部分	着陆最初成功，约20秒后信号中断。
1971	水手9号	美国	美国国家航空航天局	轨道器	✅ 成功	首个火星轨道器；全球测绘。
1973	维京1号	美国	美国国家航空航天局	轨道器+着陆器	✅ 成功	着陆与科学操作（生物研究）。
1976	维京2号	美国	美国国家航空航天局	轨道器+着陆器	✅ 成功	与维京1号类似；地质和大气分析。
1988	火卫一1	苏联	拉沃奇金	轨道器（前往火卫一）	❌ 失败	遥控器错误 → 探测器途中丢失。
1988	火卫二	苏联	拉沃奇金	轨道器（前往火卫一）	⚙️ 部分	成功进入轨道，随后在最终操作前失去联系。已进行部分观测。
1992	火星观测者	美国	美国国家航空航天局	轨道器	❌ 失败	在即将进入火星轨道前失去联系。
1996	火星全球勘测者	美国	美国国家航空航天局	轨道器	✅ 成功	地表与大气的详细测绘。
1996	火星探路者（旅居者号）	美国	美国国家航空航天局	着陆器 + 小型巡视车	✅ 成功	气囊着陆演示器 + 移动探测（旅居者号）
1998	希望	日本	ISAS / JAXA	轨道飞行器	❌ 失败	轨迹与推进问题 → 未能抵达火星。
1999	火星气候轨道器	美国	美国国家航空航天局	轨道飞行器	❌ 失败	单位换算错误（英制/公制）→ 轨迹错误，丢失。
1999	火星极地着陆器	美国	美国国家航空航天局	着陆器	❌ 失败	着陆时丢失；可能原因：提前启动反推火箭。
1999	Beagle 2（附加提及）	英国 / 欧洲	英国/欧空局	着陆器	⚙️ 部分	着陆：初始无通信；后被发现完好（面板/天线部署失败）。
2001	火星奥德赛号	美国	美国国家航空航天局	轨道飞行器	✅ 成功	用于伽马射线研究、矿物学及通信中继的长期轨道任务。
2003	火星快车	欧洲	ESA	轨道器	✅ 成功	地质与大气观测；扩展任务。
2003	猎犬2号	英国 / 欧洲	英国/欧空局	着陆器	⚙️ 部分	着陆完好但未通信（天线部署失败）；后在地表被发现。
2003	勇气号（MER-A）	美国	美国国家航空航天局	漫游者	✅ 成功	长期探测（2004-2010年）；发现了古代水存在的证据。
2003	机遇号（MER-B）	美国	美国国家航空航天局	漫游者	✅ 成功	运行时间2004–2018年；发现含水地层。
2005	火星勘测轨道飞行器（MRO）	美国	美国国家航空航天局	轨道器	✅ 成功	高分辨率成像与电信中继；详细观测。
2007	凤凰	美国	美国国家航空航天局	着陆器	✅ 成功	北极地区永久冻土研究；水冰的识别。
2011	福布斯-土壤号（+萤火一号）	俄罗斯/中国	俄罗斯国家航天集团公司 / 中国国家航天局	样本返回/轨道器	❌ 失败	发射后滞留地球轨道；提前再入大气层。
2011	好奇号（MSL）	美国	美国国家航空航天局/喷气推进实验室	漫游者	✅ 成功	盖尔陨石坑分析；检测到温和环境及有机化合物。
2013	Mangalyaan（火星轨道探测器任务）	印度	ISRO（印度空间研究组织）	轨道飞行器	✅ 成功	印度首次成功抵达火星；科学与技术轨道器。
2013	MAVEN	美国	美国国家航空航天局	轨道器	✅ 成功	对高层大气及其随时间变化的大气损失的研究。
2016	ExoMars微量气体轨道探测器（TGO）	欧洲 / 俄罗斯	ESA / 俄罗斯联邦航天局	轨道飞行器	✅ 成功	研究痕量气体（如甲烷）并充当中继。
2016	斯基亚帕雷利EDM	欧洲	ESA	着陆器演示器	❌ 失败	地面影响：高度测量误差与反推火箭部署时机不当。
2018	洞察号	美国	美国国家航空航天局	着陆器	✅ 成功	火星地震测量及内部结构研究。
2020	希望（Al-Amal）	阿拉伯联合酋长国	MBRSC / UAESA	轨道器	✅ 成功	全球气候研究与大气廓线。
2020	天问一号	中国	中国国家航天局	轨道器+着陆器+巡视器	✅ 成功	首次中国成功；祝融号火星车在表面运行。
2020	毅力号（火星2020）	美国	美国国家航空航天局 / 喷气推进实验室	漫游者	✅ 成功	样本采集（缓存）以待未来返回；独创性演示。
2021	祝融号（来自天问一号）	中国	CNSA	漫游者	✅ 成功（后变为不活跃）	探索乌托邦平原区域；2022年宣布长期不活跃状态。
2021	机智	美国	美国国家航空航天局	直升机	✅ 成功	首次在另一颗行星大气层中实现动力控制飞行（三月）。
2024	ESCAPADE（已计划）	美国	美国国家航空航天局 / 约翰霍普金斯应用物理实验室	双轨道器（计划研究任务）	作为准备	计划支持未来任务的火星研究任务（根据规划，2024-2025年窗口期）。
注：本表（非详尽）涵盖了截至2025年的主要历史任务，包括成功与失败的任务，以及值得关注的尝试。表中包含发射尝试、轨道器、着陆器、巡视器以及针对火卫一/火卫二的任务。