miniatuur|Optimale (Hohmann-)baan Sinds 1960 zijn er enkele tientallen ruimtevluchten ondernomen naar de planeet Mars. Het verkennen van Mars is een onderdeel van ruimtevaartprogramma's van Amerika, de Sovjet-Unie, Rusland, Europa, Japan en India. In alle gevallen gaat het daarbij tot nu toe om onbemande ruimtevaartuigen. Deels ging het daarbij om ruimtevaartuigen die langs de planeet vlogen (een scheervlucht of "flyby") of ruimtevaartuigen die in een baan om de planeet gingen draaien (een "orbiter" oftewel een satelliet of kunstmaan). In andere gevallen werd er geland op het oppervlak van de planeet met een "lander", een landingsmodule die op de plek van landing onderzoek doet.
De eerste landing vond plaats in 1971. In een later stadium werden er ook "rovers" naar het Marsoppervlak gebracht, voertuigen (robotwagentjes) die kunnen rondrijden om over een grotere afstand onderzoek te doen. De eerste robot die daadwerkelijk op Mars rondreed was de Sojourner in 1997.
Het doel van deze missies is het verzamelen van gegevens over de omstandigheden op Mars, over de geschiedenis van de planeet en het onderzoeken van de mogelijkheden voor bemande ruimtevluchten naar Mars. Meer kennis over de rode planeet zou ook meer inzicht kunnen geven in de geschiedenis van de Aarde.
Mars thumb|Foto van de planeet Mars gemaakt door de Ruimtetelescoop Hubble in 2001 thumb|De grootte van de Aarde ten opzichte van Mars thumb|Onderzoek naar Mars door de eeuwen heen.
Mars is de vierde planeet van het zonnestelsel, met een baan tussen de Aarde en Jupiter. Het is een aardse of terrestrische planeet (opgebouwd uit vaste stoffen) en is gevormd in dezelfde tijd als de Aarde. De diameter van Mars is ongeveer half zo groot als die van de Aarde. Hij heeft een zeer dunne atmosfeer, kent dagen (sol) en seizoenen, en de temperatuur ligt tussen de 20 °C en −140 °C. Het oppervlak is kaal, woestijnachtig, met een roodachtige kleur die wordt veroorzaakt door ijzer(III)oxide.
Al eeuwenlang is Mars het onderwerp van onderzoek geweest. In de zeventiende eeuw werd de planeet voor het eerst door een telescoop bekeken. Bij die vroege waarnemingen werden kleurveranderingen vastgesteld, die werden toegeschreven aan seizoensgebonden begroeiing. Later noemde men donkere lijnen die werden waargenomen "kanalen", wat suggereerde dat ze zouden zijn aangelegd door intelligente wezens. Hoewel deze eerste veronderstellingen over mogelijke begroeiing, kanalen en intelligent leven later onjuist bleken, ontstond er hierdoor een brede publieke belangstelling voor Mars.
In de negentiende eeuw werden de telescopen sterk genoeg om het Marsoppervlak te bestuderen. De rotatieperiode (de "Marsdag" of sol) van de planeet werd vastgesteld en de twee manen, de poolkappen en de berg Olympus Mons werden ontdekt. Door al deze ontdekkingen nam de interesse voor verdere studie van de planeet toe. Er waren wijdverbreide speculaties over intelligente wezens (marsmannetjes) en oude beschavingen op Mars. Nog tot in de jaren 60 van de twintigste eeuw verschenen er wetenschappelijke publicaties over vermeend leven op Mars.
Pas toen de eerste ruimtesondes van het Marinerprogramma langs de planeet vlogen (vanaf 1964), werd met zekerheid vastgesteld dat er geen vegetatie of zichtbaar leven op Mars voorkomt.
Lanceervenster Een lanceervenster wil zeggen dat er een specifiek tijdsbestek is waarin de lancering moet plaatsvinden. De periodes waarin Mars met zo min mogelijk energie te bereiken is, komen met intervallen van 2,135 jaar. Dat zijn ongeveer 26 maanden of 780 dagen. Dit is een gevolg van de baan en de omlooptijd van Mars in verhouding tot die van de Aarde.
De duur van het lanceervenster is meestal ongeveer een maand. Overzicht van een aantal gunstige periodes:
Bij deze zo min mogelijk energie kostende banen is de verhouding tussen de twee planeten zodanig, dat het traject half rond de Zon gaat. Een alternatieve mogelijkheid gaat eerst richting Venus en draait ongeveer 360 graden rond de Zon, waardoor de af te leggen weg veel langer wordt.
De eerste ruimtesondes langs en rond Mars Voor een chronologische lijst met alle ruimtevluchten naar Mars, zie Lijst van ruimtevluchten naar Mars.
De eerste Sovjetmissies Het Mars 1M-programma was het eerste interplanetaire onderzoeksprogramma voor onbemande ruimtevaartuigen van de Sovjet-Unie. Het bestond uit twee sondes die langs Mars moesten vliegen (flyby), de Mars 1960A en de Mars 1960B (oftewel Marsnik 1 en 2, of de Korabl 4 en 5). Ze werden gelanceerd op 10 en 14 oktober 1960. Beide sondes gingen verloren door een mislukte lancering. Na de lancering bleken de pompen van beide draagraketten in de derde fase niet in staat genoeg stuwkracht te ontwikkelen om de ontbranding te starten. Hierdoor werd de parkeerbaan om de Aarde niet bereikt. Het ruimtevaartuig bereikte een hoogte van 120 kilometer voor het weer terugviel.
Mars 1962A of Spoetnik 22 (lanceerdatum 24 oktober 1962) moest ook langs Mars vliegen en het was de bedoeling dat Mars 1962B of Spoetnik 24 (4 november 1962) op Mars zou landen. Beide missies mislukten door problemen met de raket. De Mars 1962B bereikte een baan om de aarde, maar brak in stukken toen zijn raketmotoren opstartten om de baan om de aarde te verlaten.
De Sovjet-Unie startte ondertussen met het Marsprogramma, een serie onbemande ruimtevluchten naar Mars, dat tot in de jaren 70 door zou lopen. De eerste lancering binnen dit programma was de Mars 1 (1962 Beta Nu 1, of Spoetnik 23) op 1 november 1962. Deze moest foto's maken van het Marsoppervlak en wetenschappelijke gegevens verzamelen (onder andere over kosmische straling, micrometeorieten en het magnetische veld van Mars). Na een geslaagde lancering verliet het vaartuig de parkeerbaan rond de Aarde en de zonnepanelen functioneerden goed. Op weg naar Mars was er elke paar dagen radiocontact, waarbij de sonde gegevens doorstuurde. Voordat de planeet werd bereikt, ging het radiocontact op 21 maart 1963 echter verloren, mogelijk door een defect standregelsysteem. De sonde maakte wel nog de beoogde scheervlucht langs Mars (op 19 juni 1963, op ongeveer 193 000 km afstand) en ging vervolgens in een baan om de Zon draaien.
In het jaar erna mislukte nog een Marsmissie van de Sovjet-Unie, Zond 2 (30 november). De sonde ging wel op weg naar Mars, maar het contact raakte verbroken na een koerswijziging in mei 1965. Enkele jaren daarna mislukten opnieuw twee lanceringen, Mars 1969A en Mars 1969B, in het voorjaar van 1969. Deze hadden als kunstmatige satelliet rond Mars moeten gaan draaien.
De Sovjet-Unie wilde een satelliet in een baan om Mars brengen vóór de geplande satelliet van de Amerikanen (Mariner 8 en 9). Maar ook de lancering van de Kosmos 419 (Mars 1971C) op 5 mei 1971 mislukte. Op 10 mei 1971 bereikte de Kosmos 419 (Sovjet-Unie) een baan om de Aarde, maar door een verkeerd ingestelde tijdschakelaar (1,5 jaar in plaats van 1,5 uur) werden de raketmotoren niet aangezet om de baan om de Aarde te verlaten. Twee dagen later verbrandde de Kosmos 419 in de atmosfeer van de Aarde.
Slechts enkele weken na NASA's Mariner 9 bracht ook de Sovjet-Unie een ruimtesonde in een baan om Mars. Zij waren bovendien de eersten die daarbij een landingsmodule, de Mars 3 (2 december 1971) op het Marsoppervlak wisten te laten landen.
Het Marinerprogramma van NASA thumb|Mariner 3 en 4 thumb|Een van de eerste close-up foto's van het marsoppervlak door Mariner 4 (1965) thumb|Marinerkrater gefotografeerd door Mariner 4. In 1964 deed het Jet Propulsion Laboratory van NASA twee pogingen om Mars te bereiken. Mariner 3 en 4, twee identieke ruimteschepen, waren ontwikkeld om langs Mars te vliegen (een flyby). Mariner 3 werd gelanceerd op 5 november 1964 maar een schild van het ruimtevaartuig liet niet goed los. De zonnepanelen konden geen energie opwekken, de batterijen liepen leeg en de sonde raakte inactief.
Drie weken later, op 28 november 1964, werd Mariner 4 succesvol gelanceerd. Na zevenenhalve maand bereikte hij de rode planeet. Op 14 juli 1965 scheerde hij langs Mars (op een afstand van 9.846 kilometer) en maakte de eerste close-up foto's van een andere planeet. De sonde nam 22 foto's. Deze lieten een kaal oppervlak zien dat vol kraters zat. De dunne atmosfeer en de koude temperaturen die daarbij werden gemeten, wezen op een vrij inactieve planeet die was blootgesteld aan de heftige inwerking van de ruimte. Het werd onwaarschijnlijk dat er intelligente levende wezens op deze planeet zouden voorkomen. De gegevens van de Mariner 4 maakten duidelijk dat, als er leven zou zijn, dat hooguit zou kunnen gaan om simpele levensvormen zoals bacteriën. De totale kosten van de Mariner 4-missie werden geschat op $ 83,2 miljoen.
Tijdens het volgende lanceervenster zette NASA het Mariner-programma voort met twee andere Mars-sondes die langs de planeet moesten vliegen. Deze fly-by-ruimtesondes, Mariner 6 en 7, bereikten de planeet in 1969. Ze vlogen over de evenaar en rond de zuidpool en maakten zo'n tweehonderd foto's. Het doel was meer te weten te komen over het oppervlak en de atmosfeer van Mars.
Mariner 9 was het eerste ruimtevaartuig dat in een baan om Mars werd gebracht, vanaf 13 november 1971. De eerste maanden bleek er zoveel stof in de atmosfeer te zitten, dat het oppervlak niet zichtbaar was. Pas na maanden konden de eerste foto's van het Marsoppervlak worden verstuurd. De Mariner 9 bleef bijna een jaar werkzaam en verstuurde meer dan 7000 foto's, die samen het gehele oppervlak besloegen. De foto's toonden kraters, vulkanen, ravijnen, rivierbeddingen, sporen van wind- en watererosie, enzovoort. Ze vormden het eerste bewijs dat er mogelijk ooit vloeibaar water op de planeet aanwezig was geweest. Ook beide kleine manen van Mars, Phobos en Deimos, werden gefotografeerd.
Onbemande landingen op Mars Een marslanding is een landing van een ruimtevaartuig op het oppervlak van Mars. De eerste landing op Mars vond plaats op 2 december 1971 (de Mars 3 van de Sovjet-Unie). In alle gevallen ging het tot nu toe bij een landing op Mars om een onbemande ruimtesonde.
Het Mars-ruimtevaartprogramma van de Sovjet-Unie De Sovjet-Unie was het eerste land dat een poging deed om een ruimtesonde te laten landen op Mars, de Mars 1969A en de Mars 1969B in maart en april 1969. Beide lanceringen mislukten echter. Twee jaar later stuurden ze opnieuw twee ruimtevaartuigen voorzien van een lander naar Mars, de Mars 2 en 3 in 1971. Beiden bereikten de planeet, maar de landingsmodule van Mars 2 sloeg te pletter. Het was wel het eerste door mensen gemaakte voorwerp dat neerkwam op het oppervlak van Mars.
De landingsmodule van Mars 3 landde op Mars (2 december 1971) en verzond 20 seconden lang gegevens naar de Aarde, waaronder een deel van de eerste foto. Hierna werd het contact verbroken, door onbekende oorzaak. Wel woedde ten tijde van de landing een enorme stofstorm op de rode planeet. De Mars 2 en 3 hadden elk ook een klein robotwagentje bij zich (een rover), maar deze gingen verloren tijdens de landing. De orbiters die om de planeet bleven cirkelen, verzonden in de periode december 1971 tot maart 1972 veel gegevens naar de Aarde, waaronder 60 foto's. De vorm van het Marsoppervlak kon in kaart worden gebracht en er werd meer bekend over de zwaartekracht en de magnetosfeer van Mars.
Mars 4, 5 en 6 bereikten Mars en stuurden allemaal gegevens terug naar Aarde. Mars 4 raakte niet in een baan rond de planeet en vloog er op 2200 km voorbij. Mars 5 deed enkele weken onderzoek en stuurde zo'n 60 foto's naar Aarde. Mars 6 liet een landingsmodule afdalen, maar de gegevens waren grotendeels onleesbaar. De landingsmodule van Mars 7 miste de planeet op een afstand van 1300 km.