天问一号

「天問」一詞取材來自《楚辭》由屈原所創作的長詩《天問》，以此提出自己的疑問，表達了對真理執著的追求。此命名並非為火星任務的專屬命名，其他的行星任務將也會以此為命名方向（只是編號不同）[12]。

因为火星探测的难度要比月球探测的难度更高，所以中国国家航天局星球探测的主要对象是月球，而不是火星[13]。为此中国探月工程发射了一系列“嫦娥”探测器对月球进行探测。而中国的火星探测仅进行过一次，即2011年11月9日变轨制动失败的萤火一号任务。萤火一号搭载于俄罗斯联邦航天局福布斯-土壤之上，原预定任务是进入火星轨道进行探测。然而俄罗斯發射失利，最終于2012年1月15日再入地球大气层，并坠毁于太平洋海域。这次任务并没有轮到考验中国自主研制的萤火一号探测器的性能即结束。

中国火星探测计划原计划分为“绕”、“落”、“巡”、“回”四个阶段。即轨道器环绕火星进行探测、着陆器软着陆于火星表面进行固定位置的地面探测、巡视器在火星表面进行不固定位置的巡视探测、以及火星表面土壤岩石的采样返回器任务。萤火一号来完成“绕”步任务，萤火二号来完成“落”步任务。然而萤火一号失败后，任务有所改变，选择使用中国国产的长征系列运载火箭系统来发射深空探测器任务，而不再借助他国运载器[14]。

最初设想针对火星的探测任务计划在2020年实现火星的着陆巡视[15]，最终拟定于2020年7月至8月间的地火转移轨道发射窗口择机发射。任务由轨道器、着陆器、巡视器三个部分组成。用一个任务来完成绕、落、巡这前三个步骤。该任务在正式名称确定前，暂时命名为“火星一号”。[16]2020年4月24日，中国国家航天局宣布，将中国行星探测任务命名为“天问”，将中国第二次火星探测任务命名为“天问一号”。[17]

第69届国际宇航大会上展出的天问一号上的火星車模型

天问一号火星车模型在2014年第十届中国珠海航展展出，同年网上发起“寄语火星车”征集活动，“赤兔”等是热门提名[18]。

2020年7月24日，国家航天局探月与航天工程中心通过与百度APP合作，展開为中国第一辆火星车征名的活動[19]。2021年1月完成初次評審，遴選出的10個名稱分別是弘毅、麒麟、哪吒、赤兔、祝融、求索、風火輪、追夢、天行、星火，並展開為期40天的公眾網絡投票，截止日期是2月28日[20]。

这是中国的首次星际任务，也是对火星的首次独立探测。因此，目标首先是验证深空的通信和控制技术，在行星上绕轨道运行以及在其表面着陆。 轨道器还必须能够找到地点，以便将来返回火星样本。

从科学的角度来看，天问一号火星探测任务必须达到5个目标：

1. 研究火星形貌与地质构造特征，及其演化和成因的研究。为此，该探测将使用来自特征区域的精确数据来分析行星的地形，这些特征区域包括河流的干燥河床，火山，风蚀，两极冰川等。轨道器上的两个摄像机专用于此目标。
2. 研究火星表面土壤特征和地下层的特征，与水冰分布。探测火星土壤种类、风化沉积特征和全球分布，搜寻水冰信息并开展火星土壤剖面分层结构研究。这就是轨道器和火星车上的雷达的作用。
3. 研究火星表面物质组成，开展表面矿物组成分析。分析火星古代湖泊，河流和其他景观中存在的风化的碳酸盐，这些矿物是由地球上过去存在的水引起的，例如赤铁矿，层状硅酸盐，硫酸盐水合物甚至高氯酸盐矿物，以建立与过去火星水的联系。轨道器和火星车上的光谱仪以及多光谱摄像机专用于此目标。
4. 研究火星大气电离层及表面气候与环境特征，开展火星电离层结构和表面天气季节性变化规律研究。以及更广泛的大气研究，无论是在其近太空环境还是在其表面。这是轨道器上的两个粒子探测器以及火星车上气象站的作用。
5. 研究火星的内部结构，其磁场，其地质演化的历史，其质量的内部分布及其引力场。轨道器和火星车上的磁强计以及雷达专用于此目标。[21]

整个目标围绕火星是否存在过生命或具备生命存在的环境，火星演化和太阳系的起源与演化两大科学问题开展[22] 。中国首次火星探测任务科学目标将通过环绕探测和巡视探测共同实现这在国际尚属首次。除了美国，其它国家的环绕探测虽然没有发生问题，但着陆过程都失败了，为了保证着陆巡视器顺利完成火星着陆，天问一号需要在进行多轨调整逐渐接近火星之后才能着陆，环绕2至3个月寻找一个非常好的小窗口，让它进入到火星大气。[23][24]

环绕探测主要开展火星全球性、整体性和综合性的详查探测；巡视探测专注于火星表面重点地区的高精度、高分辨的精细探测和就位分析。 其中，环绕探测的主要任务为：火星大气电离层分析及行星际环境探测；火星表面和地下水冰的探测；火星土壤类型分布和结构探测；火星地形地貌特征及其变化探测；火星表面物质成分的调查和分析。为此，环绕器配置了中分辨率相机、高分辨率相机、环绕器次表层探测雷达火星矿物光谱分析仪、火星磁强计、火星离子与中性粒子分析仪、火星能量粒子分析仪共7种科学设备。

巡视探测的主要任务为：火星巡视区形貌和地质构造探测；火星巡视区土壤结构（剖面）探测和水冰探查；火星巡视区表面元素、矿物和岩石类型探；火星巡视区大气物理特征与表面环境探测。为此，火星车配置了火星表面成分探测仪、多光谱相机、地形相机、火星车次表层探测雷达、火星表面磁场探测仪、火星气象测量仪共6种科学设备。[25]

轨道器和巡视器将带有总共13个科学仪器：

轨道器

• 中分辨率相机（MRC），在400 km的轨道上分辨率为100 m
• 高分辨率相机（HRC），在400 km轨道上的分辨率为2 m
• 火星磁强计
• 火星矿物光谱分析仪（MMS），以确定元素组成
• 环绕器次表层探测雷达（OSR）
• 火星离子与中性粒子分析仪（MINPA）[34]
• 火星能量粒子分析仪[35]

巡视器[36]

• 火星车次表层探测雷达 (GPR), 拍摄火星表面以下约100（330英尺）的图像[37]
• 火星表面磁场探测仪（MSMFD）
• 火星气象测量仪（MMMI）
• 火星表面成分探测仪（MSCD）
• 多光谱相机（MSC）
• 地形相机（NTC）