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迄今为止，在各种深空探测中，地球人对火星探测情有独钟。火星的环境非常接近地球，那里已经发现了水、冰、河流与海洋的遗迹，人类更希望发现火星生命。
1965年7月，人类的第一个火星探测器——美国的“水手4号”抵达火星。它在距离火星表面不到9800千米的地方拍摄了21张火星照片，还探测到火星大气压不到地球的1%。随后，数个“水手”探测器前往火星，取得了关于金星、火星、水星的大量资料。1975年8月和9月，“海盗1号”和“海盗2号”探测器相继发射，在火星表面成功着陆。它们的任务是探测火星表面环境，并研究是否有生命活动的信息。
1996年，美国航空航天局发射了“火星全球勘探者”和“火星探路者”探测器。“火星全球勘探者”传回的数据显示火星两极存在大量的干冰和少量水冰，甚至可能有液态的水。这预示着生命存在的可能性。“火星探路者”经过7个月的飞行，于1997年7月在火星表面成功着陆。它携带的漫游车成为第一辆在火星表面成功漫游的火星车。这个小机器人边移动边观察周围景物，并对岩石做分析，发现了水成矿物的结晶。这表明火星在远古时代曾经有过丰沛的水量。
在2001年4月，美国又发射了“2001火星奥德赛”探测器。它传回的火星南极图像和数据表明，火星上有大量的水冰……美国航空航天局随即掀起了对火星探索的新热潮。
2003年6月和7月，美国航空航天局执行了火星漫游者计划，发射了“勇气号”和“机遇号”火星车。成功着陆火星后，两辆火星车开始寻找火星存在水的证据。它们铲起泥土，开凿岩石，分析样本，不断向地面发回岩石、土壤和大气的信息，并拍摄大量照片。它们发现了火星曾经有水体活动的证据。2005年8月发射的“火星勘测轨道器”探测到火星局部的地下水分布。
美国“凤凰号”火星探测器的任务是寻找适合微生物生存的环境并研究火星水的历史。它于2008年5月降落在火星北极的一处平原上，成功地在火星土壤中铲出了水冰。
2012年8月，美国的最新火星探测器“好奇号”成功登陆火星。在未来，美国航空航天局还将陆续向火星发射探测器。欧洲航天局的火星计划也在进行中，他们希望在2030—2035年实现欧洲航天员登上火星。俄罗斯和中国也制定并公开过自己的火星探测计划。
无论派出多少火星探测器，似乎都不能满足人类对火星直接研究的需要。因此，美国和欧洲的科学家一直希望能够从火星上取回样本，直接在地球分析和研究。在此背景下，美国和欧洲构想了一个“火星样本取回任务”联合计划，打算从火星收集岩石及尘埃样本并取回地球分析。这将会是第一个从另一个行星收集岩石样本的任务。该计划将在今后的5～15年实施。
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