人类使用空间探测器进行火星探测的历史几乎贯穿整个人类航天史。几乎就在人类刚刚有能力挣脱地球引力飞向太空的时候，第一个火星探测器也开始了它的旅程。最早期的探测器几乎都失败了，而火星探测也就是在一次又一次的失败中不断前进。
火星是太阳系八大行星之一，按离太阳由近及远的次序排列为第四颗。在太阳系八大行星之中，火星也是除了金星以外，距离地球最近的行星。大约每隔26个月就会发生一次火星冲日，地球与火星的距离在冲日期间会达到极近值，通常只有不足1亿千米，而在火星发生大冲时，这个距离甚至不足6000万千米。火星冲日意味着这时可以使用较小花费将探测器送往火星，因此人类的火星探测活动通常也会每隔26个月出现一次高潮。
到目前为止，火星是除了地球以外人类了解最多的行星，已经有超过30枚探测器到达过火星。它们对火星进行了详细的考察，并向地球发回了大量数据。同时火星探测也充满了坎坷，大约2/3的探测器，特别是早期发射的探测器，都没有能够成功完成它们的使命。但是火星对于人类却有一种特殊的吸引力，因为它是太阳系中最近似地球的天体之一。火星赤道平面与公转轨道平面的交角非常接近于地球，这使它也有类似地球的四季交替，同时，火星的自转周期为24小时37分，这使火星上的一天几乎和地球上的一样长。
火星有生命吗
火星是太阳系由内向外数的第四颗行星，属于类地行星，直径为地球的一半，自转轴倾角、自转周期相近，公转一周则花两倍时间。在西方称为战神玛尔斯，中国则称为“荧惑”。橘红色外表是因为地表的赤铁矿（氧化铁）。火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体。以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。火星两极皆有水冰与干冰组成的极冠，会随着季节消长。
火星的表面有很多年代已久的环形山，但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原。环形山的成因有很多，如陨石撞击坑、火山口。
在火星的南半球，有着与月球上相似的典型的环状高地。相反地，它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成。这些平原的形成过程十分复杂，南北边界上出现几千米的巨大高度变化。形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知（有人推测，这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的）。最近，一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。
火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和大量有关的数据来推断的。一般认为它的核心由半径为1700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩，它比地球的地幔更稠些；最外层是一层薄薄的外壳。相对于其他固态行星而言，火星的密度较低，这表明，火星核中的铁（镁和硫化铁）可能含有较多的硫。
奔向火星的探测器如同水星和月球，火星也缺乏活跃的板块运动；没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动。由于没有横向的移动，在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态。再加之地面的轻微应力，造成了岩石凸起和巨大的火山。但是，人们却未发现火山最近有过活动的迹象。虽然火星可能曾发生过很多次火山运动，可它看来从未有过任何板块运动。
火星上曾有过洪水，地面上一些小河道，十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀。在过去，火星表面存在过干净的水，甚至可能有过大湖和海洋。但是，由于火星引力小，水蒸发成气体，这些东西只存在很短的时间，而且据估计，距今也有大约40亿年了。这些显示曾经有水的地方不是由流水经过而形成的，它是由于外壳的伸展和陨石以及小行星的撞击，伴随着岩石凸起而生成的。
火星的早期与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。
火星的那层薄薄的大气主要是由剩余的二氧化碳（953%）加上氮气（27%）、氩气（16%）、微量的氧气（015%）和水汽（003%）组成的。火星表面的平均大气压强大约700帕（比地球上的1%还小），但它随着高度的变化而变化，在盆地的最深处可高达900帕，而在奥林匹斯山脉的顶端却只有100帕。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应，但那些仅能提高其表面5℃的温度，比我们所知道的金星和地球的少得多。
火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的，它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升华，留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过，所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层。这种现象的原因还不知道，但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25%左右。
对于火星上是否存在过生命，“海盗”号探测飞船获得的信息使科学家得出了否定的结论，这未免使人有些失望。
前苏联的专家对美国科学家关于火星上没有生命存在的论点提出怀疑。第一，他们认为探测飞船着陆舱着陆点是两个偶然点，在它的表面很难发现什么。第二，探测方法本身不完善。举例说，利用单个仪器也不可能在地球南极就地发现生物活动。如果把标本取回放在温暖的地方，给微生物提供大量生长条件，可能会发现生物活动。现在知道，尽管地球南极的严酷气候条件十分接近火星，但那里仍然蕴藏着生命。所以前苏联专家认为目前还不能排除在火星上发现某种生命原始形态的可能性。
不论是美国还是俄罗斯科学家，下一步的目标是把火星标本带回地球，利用一切最完善的科学手段对它进行研究。“海盗”探测飞船所绘制火星表面详图，将为今后发射载人火星飞船选择最好的着陆点。
美国国家航空航天局
美国国家航空航天局，英文National Aeronautics and Space Administration，简称NASA，台湾译作“美国国家航空暨太空总署”，是美国负责太空计划的政府机构。总部位于华盛顿哥伦比亚特区，拥有最先进的航空航天技术，它在载人空间飞行、航空学、空间科学等方面有很大的成就。它参与了包括美国“阿波罗”计划、航天飞机发射、太阳系探测等在内的航天工程，为人类探索太空作出了巨大的贡献。
火星探测
第一个成功飞越火星的太空船——“水手4”号探测器
资料表明，“水手4”号是一系列以飞越方式进行行星际探险中的第四个，并且是第一个成功飞越火星的太空船。它传回了第一张火星表面的照片，并且是第一张从除了地球以外另外一个行星上拍的照片。与此同时，这张充满了陨石坑、死寂世界的照片，震惊了全科学界。
“水手4”号的任务除了执行近距离火星科学观测，并将结果传回地球，其他的任务目标还包括在火星附近执行行星际的地表及粒子测量，并为长途星际飞行的工程技术提供经验及知识。
“水手4”号火星探测器示意图“水手4”号太空船由八角形镁合金结构组成，对角线长度为1270毫米，高度为457毫米。上面有4个长度为688米的太阳能面板，与此同时，还置有一直径为1168毫米的高增益碟形天线，而另一个低增益全向天线则置于高增益天线旁的一个2235毫米高天线杆上。该太空船总高度为289米。太空船底部的中间有一个置于扫描平台上的电视相机。该飞船的八角形框架里容纳了电子器材、缆线、中途推进系统及姿势控制气体供应调节器。而大部分的科学仪器置于框架的外面。科学仪器，除了电视相机之外，还有磁力计、尘埃侦测器、宇宙射线望远镜、太阳等离子侦测器及离子室（盖格计数器）。
而该探测器的电力来源则是由4个170厘米×90厘米的太阳能面板里的28224个太阳能电池提供。该电池可以给探测器提供310瓦电力。除此之外，探测器里还装有一个可充电的1200瓦/小时的银—锌电池，可作操纵及备份用。该探测器的姿势控制由置于太阳能板底部及3个回转仪的12个冷氨气喷嘴提供。
通讯装备由一个双S频7瓦的发射器及一个单接收器组成，可由低、高增益天线以81/3或331/3位元/秒速度传送及接收资料。有趣的是，资料也可储存于一个容量为524MBits的磁带记录器上，稍后再传送也可以。由于火星上昼夜温差很大，所以科学家们在研制该探测器时，便想到了其温度控制，而事实上该探测器的温度控制则是由可调整的天窗、多层隔热毯、铝护罩及表面处理达成。
该探测器成功地执行了所有规划的活动，并且回传了有用的资料。在后来的1964年12月7日，姿势控制系统里的气体已经用完了，随后的12月10日及11日发生了83次有记录的微陨石撞击，造成高度扰动及信号强度的降低。1967年12月21日，与“水手4”号失去联络。
科学家们由探测器发回的资料分析得出，由于陨石坑与薄大气层显示出一个相当不活跃的行星，所以在火星上找寻智慧生物的希望基本上破灭了。我们知道，火星上的生命曾经是几个世纪以来科幻小说的主题，但在“水手4”号任务后，一般便开始认为如果火星上有生命，它大概会以更小、更简单的形式存在。
第一个环绕火星的太空船——“水手9”号
“水手9”号是美国宇航局的太空探测卫星，作为“水手”号计划的一部分，其目的也是用于探索火星。
“水手9”号探测器示意图“水手9”号于1971年5月30日发射飞向火星，并于同一年11月14日抵达，成为第一个环绕除了地球以外行星的太空船——仅仅小幅度领先前苏联的“火星2”号及“火星3”号，它们都在一个月之内抵达。经过好几个月的沙尘暴后它终于传回令人惊讶的地表清晰照片。
“水手9”号在设计上延续进行了“水手6”号及“水手7”号的大气研究，并且绘制了超过70%火星地表，并且是以之前火星任务都未有的最低高度（1500千米）及最高分辨率（1千米/像素×100米/像素）。
“水手9”号携带的仪器酬载与“水手6”号及“水手7”号相似，但因为控制太空船进入火星轨道需要较大的推进系统，所以导致它的重量比“水手6”号及“水手7”号加起来还重。
资料显示，当“水手9”号抵达火星时，大气布满了灰尘使地表模糊不清。“水手9”号的电脑也因此暂停了绘制地表的任务，直到几个月后沙尘暴停止才开始正常工作。数据资料表明，“水手9”号总计在轨时间为349天，“水手9”号一共发回了7329张照片，涵盖了超过80%的火星地表。照片揭露了火星上的河床、陨石坑、巨大的死火山（如奥林匹斯山，太阳系中最大的已知火山）、峡谷（包括水手谷，超过4000千米长）、风与水的侵蚀作用及沉淀、锋面、雾以及其他。与此同时，火星的2个小卫星佛伯斯及帝摩斯也有照片。“水手9”号任务的发现成为了后来维京人计划的基础。巨大的水手谷峡谷系统因“水手9”号的成就而命名。
1972年10月27日，“水手9”号在用完姿势控制气体后结束了运作。不过，“水手9”号目前仍在火星轨道上，至少到2022年都能保持稳定轨道，在此之后这艘太空船将会进入火星大气层中。
不辱使命的“海盗”兄弟
事实上，“海盗”兄弟的唯一任务是在火星上寻找生命。这种探索大部分是通过3种方式来实现的：对火星表面广大区域进行高分辨率照相；分析火星大气的结构和成分；对登陆车采集的火星土壤标本进行化学实验。
“海盗1”号和“海盗2”号探测器的着陆地点是科学家们精心选择的，被认为是最有希望找到生命的地方。“海盗1”号选择火星北部克莱斯平原着陆，而“海盗2”号降落在火星北部的乌托邦平原。二者正好在北部极冠附近遥遥相对。
“海盗1”号火星探测器1975年8月20日，“海盗1”号在佛罗里达的堪培拉海角发射升空。探测器于1976年6月19日进入火星的轨道，着陆装置于1976年7月20日在Chryse平原斜坡着陆成功。
它着陆不久，便投入到了寻找火星微生物的工作中去了。（因为人们仍在争论火星上是否有生物存在），并发回了难以置信的周景全彩色图。科学家们由此才知道原来火星的天空是略带粉红色的，并非是他们原先所想的暗蓝色，而后科学家们分析认为，火星的天空是粉红色主要是因为稀薄大气中的红色尘粒反射太阳光所致。