Lesplorazione di Marte è stata una parte importante delle missioni di esplorazione spaziale dell'Unione Sovietica ed ora della Federazione russa, degli Stati Uniti d'America e dell'Europa; alle organizzazioni di tali paesi si sono aggiunte dagli anni 2010 India e Cina. A partire dagli anni sessanta sono state inviate verso Marte numerose sonde automatiche senza equipaggio, che includevano orbiter, lander e rover, per raccogliere dati e rispondere a domande sul pianeta rosso e sul suo passato, che potrebbero portare a ulteriori scoperte anche per quanto riguarda la vita sulla Terra.
Problemi scientifici Le prime osservazioni telescopiche rivelarono cambiamenti cromatici che furono originalmente attribuiti a vegetazione stagionale e segni lineari ("canali di Marte") che si credeva fossero dovuti a esseri intelligenti. Queste primitive ed erronee interpretazioni causarono un grande interesse pubblico per Marte. Altre osservazioni telescopiche rivelarono due piccole lune, canali prosciugati e depressioni, calotte polari, il monte Olympus (la montagna più alta del sistema solare) e la Valles Marineris (il più grande sistema di canyon del sistema solare). Marte è un pianeta roccioso, simile alla Terra (i due pianeti si sono formati circa alla stessa epoca) ma con un diametro pari a circa la metà di quello terrestre e con una superficie desertica e fredda. Tra gli interrogativi che gli scienziati si pongono, i principali sono:
Come si differenzia la composizione di Marte da quella delle Terra e perché i due pianeti si sono evoluti in modo così diverso? Come si differenzia lo stato e la composizione interna di Marte da quella della Terra? Marte è ancora geologicamente attivo? Quali risorse naturali sono disponibili sulla superficie per un futuro per l'uso da parte dell'uomo? Nel passato era presente un'atmosfera più densa? Nel passato erano presenti oceani? Quali cambiamenti climatici sono avvenuti durante la sua storia geologica e da cosa sono stati causati? Quanto è stabile il clima, attualmente? Ha avuto luogo un'evoluzione chimica che ha portato alla formazione di molecole organiche prebiotiche? Ha avuto luogo un'evoluzione chimica che ha portato alla formazione di molecole replicanti? Se una volta si formò la vita, è possibile trovarla oggi da qualche parte? Come Fobos e Deimos sono diventati quello che sono oggi? Che risorse e che geologia possiedono?
Vincoli di missione Finestre di lancio + Opportunità di lancio 2013-2024AnnoLancioArrivo2013 Nov 2013 – Gen 2014 Lug 2014 – Dic 20142016 Gen 2016 – Apr 2016 Ago 2016 – Feb 20172018 Apr 2018 – Mag 2018 Nov 2018 – Gen 20192020 Lug 2020 – Set 2020 Gen 2021 – Nov 20212022 Ott 2022 – Nov 2022 Apr 2023 – Mag 20232024 Dic 2024 – Gen 2025 Lug 2025 – Set 2025
Le finestre di lancio di minima energia per una spedizione verso Marte si ripetono ad intervalli di circa due anni e due mesi, cioè 780 giorni (corrispondenti al periodo sinodico di Marte rispetto alla Terra). Inoltre, tale valore minimo non si mantiene costante, ma segue un ulteriore ciclo di circa 16 anni, per cui ci sono finestre particolarmente vantaggiose, come quelle degli anni 1969, 1971 e 1986, 1988, ed altre meno, come per gli ultimi anni settanta.
Considerazioni energetiche
Nonostante la notevole maggiore distanza di Marte dalla Terra rispetto alla Luna dalla Terra, l'energia necessaria per arrivare in orbita su Marte è simile a quella per arrivare in orbita attorno alla Luna. L'energia da fornire a un veicolo spaziale per raggiungere una destinazione, si può calcolare semplicemente in funzione della variazione di velocità (delta-V o ΔV) da imprimere ad un veicolo con l'accensione temporanea dei motori. Inoltre si possono usare tecniche di aerofrenaggio sfruttando l'atmosfera di Marte per risparmiare ulteriormente sul carburante necessario; grazie a queste tecniche, per eseguire un atterraggio morbido su Marte partendo dalla Terra è necessario meno carburante che per atterrare sulla Luna.
Riassunto delle missioni Segue una tabella di tutte le missioni spaziali su Marte condotte dai vari paesi (fonte NASA e riadattata), aggiornate al 4 gennaio 2021.
Le missioni mai giunte a destinazione sono evidenziate in rosso, quelle ancora in corso in verde.
Missione Paese Data del lancio Scopo RisultatiMarsnik 1 (Mars 1960A)10 ottobre 1960flyby di Martenon ha raggiunto l'orbita terrestreMarsnik 2 (Mars 1960B)14 ottobre 1960flyby di Martenon ha raggiunto l'orbita terrestreSputnik 2224 ottobre 1962flyby di Marteraggiunta solo l'orbita terrestreMars 11º novembre 1962flyby di Marteguasto alla radio a Sputnik 244 novembre 1962flyby di Marteraggiunta solo l'orbita terrestreMariner 35 novembre 1964flyby di Martemancata apertura dello scudo protettivoMariner 428 novembre 1964primo flyby di Marte il 14 luglio 1965inviate 21 fotoZond 230 novembre 1964flyby di Martearrivato su Marte, ma un guasto alla radio ha impedito di ricevere qualunque datoMariner 624 febbraio 1969flyby di Marte il 31 luglio 1969inviate 75 fotoMariner 727 marzo 1969flyby di Marte il 5 agosto 1969inviate 126 fotoMariner 88 maggio 1971orbiterlancio fallitoCosmos 41910 maggio 1971landerraggiunta solo l'orbita terrestreMars 219 maggio 1971orbiter/lander arrivato il 27 novembre 1971nessun dato utile, lander distruttoMars 328 maggio 1971orbiter/lander, arrivato il 3 dicembre 1971qualche dato e poche fotoMariner 930 maggio 1971orbiter, in orbita dal 14 novembre 1971 al 27 ottobre 1972inviate fotoMars 421 luglio 1973orbitervolo vicino a Marte il 10 febbraio 1974 (fallito l'inserimento in orbita)Mars 525 luglio 1973orbiter, arrivato il 12 febbraio 1974durato pochi giorniMars 65 agosto 1973lander, arrivato il 12 marzo 1974si persero i contatti durante l'atterraggioMars 79 agosto 1973lander, arrivato il 9 marzo 1974mancò il pianeta di 1300 kmViking 120 agosto 1975orbiter/lander, in orbita 19 giugno/76-1980, al suolo 20 luglio/76-1982i due Viking (orbiter e lander) hanno inviato più di fotoViking 29 settembre 1975orbiter/lander, in orbita 7 agosto/1976-1987, al suolo 6 settembre/1976-1980i due Viking (orbiter e lander) hanno inviato più di fotoPhobos 17 luglio 1988orbiter/lander su Marte e Fobospersi nel settembre 1988 durante l'avvicinamento a MartePhobos 212 luglio 1988Mars/Phobos orbiter/landerperso nel marzo 1989 nei pressi di FobosMars Observer25 settembre 1992orbiternon portò a termine completamente tutti i suoi obiettivi - 1993Mars Global Surveyor7 novembre 1996orbiter, arrivato il 12 settembre 1997Missione primaria di mappatura terminata, estesa la sua missione. Ultima trasmissione 21 novembre 2006.Mars 9616 novembre 1996orbiter e landerlancio fallitoMars Pathfinder4 dicembre 1996lander e rover (Sojourner), atterrati il 4 luglio 1997Primo rover su Marte. Ultima trasmissione 27 settembre 1997Nozomi (Planet-B)4 luglio 1998orbiterarrivo su Marte fallito causa problemi alla propulsioneMars Climate Orbiter11 dicembre 1998orbiterperso all'arrivo su Marte il 23 settembre 1999Mars Polar Lander3 gennaio 1999lander/sonde di discesa per esplorare il polo sud marzianoperso all'arrivo il 3 dicembre 19992001 Mars Odyssey7 aprile 2001orbitermissione primaria di mappatura scientifica. Propellente sufficiente almeno fino al 2025Mars Express2 giugno 2003orbiter e lander (Beagle 2)lander disperso, missione estesa fino al 2026Mars Exploration Rover7-10 giugno 20032 rover: Spirit e Opportunityanalisi del pianeta, missione conclusaMars Reconnaissance Orbiter12 agosto 2005orbiteranalisi del pianeta, ricerca di luoghi idonei ai lander, operativaPhoenix Mars Lander4 agosto 2007landermissione conclusa; ultima trasmissione il 2 novembre 2008Fobos-Grunt8 novembre 2011lander (destinato alla luna Fobos), avrebbe dovuto trasportare in orbita marziana l'orbiter cinese Yinghuo-1fallita dopo il lancio, è caduta nell'Oceano Pacifico il 15 gennaio 2012Mars Science Laboratory26 novembre 2011rover: Curiosityanalisi del pianeta, operativaMars Orbiter Mission5 novembre 2013orbitermissione conclusa; ultima trasmissione nell'aprile 2022MAVEN18 novembre 2013orbiteranalisi dell'atmosfera, al 2019 è operativa, ma come ripetitore per altre missioni (in inglese telecomm relay)ExoMars (prima parte)14 marzo 2016orbiter e lander (Schiaparelli)orbiter in posizione, atterraggio lander fallito il 19 ottobre 2016InSight5 maggio 2018lander con due CubeSat solo per flybyatterrato il 26 novembre 2018, missione conclusa nel dicembre 2022Emirates Mars Mission19 luglio 2020orbiter (Hope)in corsoTianwen-123 luglio 2020orbiter e roverin corso, ultima comunicazione con lander e rover nel maggio 2022, prima dell'inverno marziano.Mars 202030 luglio 2020rover (Perseverance) e drone (Ingenuity)in corso, atterrato il 18 febbraio 2021EscaPADE13 novembre 2025 Due sonde orbiter gemelle, Blue e GoldLanciata e parcheggiata in L2, raggiungerà Marte nel 2027
1960 - 1978 Prime sonde e orbite Prime missioni sovietiche Il programma spaziale sovietico lanciò due sonde per il sorvolo ravvicinato di Marte nell'ottobre 1960, soprannominate Mars 1960A e Mars 1960B, ma entrambe fallirono nel raggiungere l'orbita terrestre. Nel 1962, altre tre sonde sovietiche fallirono — due (Mars 1962A e Mars 1962B) rimasero nell'orbita terrestre e con la terza si interruppero le comunicazioni mentre era in rotta per Marte (Mars 1). Nel 1964, la sonda Zond 2 fu un altro tentativo fallito nel raggiungere Marte. Nel 1974 Mars 5 raggiunse Marte e inviò oltre sessanta immagini dell'area a sud della Valles Marineris, prima che una depressurizzazione mettesse fine alla missione.
Programma Mariner
Nel 1964 il Jet Propulsion Laboratory della NASA effettuò due tentativi di raggiungere Marte. Le sonde Mariner 3 e Mariner 4 erano identiche e il loro scopo era quello di effettuare i primi sorvoli ravvicinati su Marte. Il Mariner 3 venne lanciato il 5 novembre 1964 ma la copertura protettiva non riuscì ad aprirsi. Tre settimane dopo, il 28 novembre 1964, venne lanciata con successo la sonda Mariner 4. Essa raggiunse Marte il 14 luglio 1965, fornendo le prime immagini ravvicinate di un altro pianeta. Esse mostravano dei crateri da impatto simili a quelli lunari, alcuni dei quali sembravano ricoperti di brina o ghiaccio. Nel complesso, i dati raccolti diedero l'idea di un pianeta inattivo ed inadatto alla vita e ciò determinò una netta riduzione dell'interesse per il pianeta stesso, causando un ridimensionamento delle missioni successive ed il rinvio di un decennio del programma di esplorazione robotica della superficie., 2005.
La NASA continuò il programma Mariner con un altro paio di sonde per il sorvolo ravvicinato (Mariner 6 e Mariner 7), che raggiunsero il pianeta nel 1969. Durante la seguente finestra di lancio il programma Mariner subì la perdita di un altro paio di sonde. Mariner 9 entrò con successo nell'orbita di Marte, dopo il fallimento del lancio della sonda gemella Mariner 8. Il Mariner 9, assieme alle due sonde sovietiche Mars 2 e Mars 3 trovarono un'enorme tempesta di sabbia in corso, a livello planetario. I controllori di missione, nell'attesa che la tempesta si attenuasse, fotografarono la luna Phobos. In seguito Mariner 9 fotografò la superficie di Marte, che fornì indizi della possibilità che un tempo fosse presente acqua allo stato liquido.
Lander e missioni successive Programma Mars Nel 1969 l'Unione Sovietica preparò un ambizioso orbiter pesante 5 tonnellate chiamato M-69. Due copie di questa sonda vennero perse durante il lancio, che veniva effettuato tramite il nuovo e potente razzo Proton.
Nel 1971, poco dopo il fallimento della sonda Cosmos 419, l'Unione Sovietica inviò con successo Mars 2 e Mars 3, quasi un decennio dopo il lancio di Mars 1. Entrambe trasportavano un lander e arrivarono su Marte nel 1971. Il lander di Mars 2 entrò nell'atmosfera marziana con un angolo troppo ripido e venne distrutto, mentre il lander di Mars 3 funzionò solo per 15 secondi dopo l'atterraggio. Essi furono i primi manufatti terrestri a toccare Marte.