在“天问一号”探测器计划于7月底或8月初发射之际，任务首席科学家及其团队重点介绍了中国首次火星任务的科学目标和仪器设备。在太阳系的八大行星中，火星与地球最为相似，而且距离地球也很近。因此，它自然成为空间探索的优先目标。
注：本文第一作者，中国火星探测计划首席科学家万卫星院士于2020年5月20日因病逝世，《自然-天文学》刊发讣闻表达哀悼。
火星给了人类一个切实的机会，去回答有关地外生命的存在、太阳系的起源和演化等关键问题，并探索适合人类居住的可能性。从20世纪60年代第一个飞掠火星的空间探测器到今天的行星轨道器和巡视器，美国、俄罗斯、欧洲、日本和印度都制定了火星探测方案，以实现人类的愿望。
中国于2016年宣布了其超越地月系统的行星探索方案。受益于中国月球探测计划的工程成果，中国国家战略将火星定为下一个行星探测目标。中国的首次火星探测任务被命名为“天问一号”，计划在一次任务中完成环绕、着陆和巡视3个目标。“天问”取自中国古代最伟大的诗人之一屈原（约公元前340-278年）的一首诗的名字。目前，“天问一号”正准备于2020年7月或8月发射，经7个月后抵达火星。
“天问一号”艺术示意图。这次任务将综合使用轨道器和着陆器/巡视器来研究这颗红色星球。
“天问一号”将在海南文昌发射场发射，由长征五号运载火箭直接发射进入地火转移轨道（Earth–Mars transfer orbit）。“天问一号”探测器重约5吨（含燃料），由一个轨道器和一个着陆器/巡视器组合体组成。轨道器将为巡视器提供中继通信链路，同时本身进行为期一个火星年的科学观测。科学观测阶段的轨道是一个极椭圆轨道（265 km × 12000 km）。着陆器/巡视器将在探测器到达约2-3个月后，在火星表面进行软着陆，候选着陆点为乌托邦平原（Utopia Planitia）。太阳能巡视器重约240公斤，质量几乎是“玉兔号”月球车的两倍，预计将运行约90个火星日。
“天问一号”的主要任务是利用轨道器对整个火星进行全面广泛的勘测，并将巡视器送到有科研价值的表面位置，进行高精度、高分辨率的详细调查。具体来说，“天问一号”的科学目标包括：（1）绘制火星形态和地质结构图；（2）调查火星表面的土壤特征和水冰分布；（3）分析火星表面的物质组成；（4）测量电离层和火星地表气候及环境特征；（5）探索火星的物理场（电磁场、引力场）和内部结构。
“天问一号”任务共有13种有效载荷。轨道器上的7台仪器包括两台相机、火星轨道次表层探测雷达、火星矿物学光谱仪、火星磁力仪、火星离子和中性粒子分析仪、火星高能粒子分析仪。巡视器上的6台仪器包括多光谱相机、地形相机、火星巡视器次表层探测雷达、火星表面成分探测器、火星磁场探测器和火星气象监测仪。
“天问一号”将在第一次尝试中就进行环绕、着陆和释放巡视器，并与轨道器协调观测。从来没有任何行星任务是以这种方式开展的。如果成功，将标志着一次重大的技术突破。从科学上讲，“天问一号”是对火星形态、地质学、矿物学、空间环境、土壤和水冰分布等进行研究的最全面的任务。
预计“天问一号”探测器将于2021年2月左右到达火星，科学观测阶段将于2021年4月开始。除“天问一号”外，美国宇航局（NASA）的火星2020“毅力号”探测器和阿联酋的“希望号”火星轨道器也将踏上火星之旅。国际行星科学界对这些激动人心的任务充满期待，它们必将把我们对火星的认识推进到一个前所未有的高度。