7月23日，天问一号火星探测器发射升空，开启了中国首次火星探测之旅。天问一号任务的目标是通过一次发射任务，实现火星环绕和着陆巡视，开展火星全球性和综合性探测，并对火星表面重点地区进行精细巡视勘查。
△长征五号运载火箭点火升空（王磊 摄）
△天问一号1:1着陆平台（右）和火星车（左）
国际上已经实施的火星探测任务，通常是利用环绕器进行火星遥感探测；或者是将遥感与着陆任务结合，一次实现“绕”和“落”；或者是单独发射火星车，实现巡视探测。我国首次火星探测任务将通过一次发射，实现“绕”“落”“巡”，任务形式比较复杂。这次火星探测任务没有简单重复其他国家火星探测的老路，起点设置很高，体现了我国航天技术的发展水平，以及航天工程技术人员的自信。
26个月一次的任务发射窗口
火星和地球一起围绕太阳旋转，地球的平均速度是30千米/秒，火星平均速度是24千米/秒，就像在环形跑道上快速奔跑的两名运动员，地球在内圈，火星在外圈。若想把一个运动员手里的接力棒传递到另一个运动员手里，需要掌握好时机。什么时候第一个运动员出发，沿着什么方向加速，到第二个运动员附近如何减速才最省力，都是需要精心考虑的问题。在火星探测任务中，这项工作叫做轨道设计。
轨道设计中，一项重要的工作是任务发射窗口的分析，也就是探测器什么时候从地球出发，向什么方向出发。天体运动关系决定了大约需要26个月，才有一次发射火星探测器的最佳机会，因为这时候发射最省能量。所谓窗口，是有一定的宽度的，从7月底到8月初的大约半个月时间，都存在发射机会。从理论上讲，运载火箭的能力越强，任务发射窗口越宽。
着陆地点选择
火星的表面积是地球的四分之一，选择在哪里着陆是一个复杂的问题。
首先，火星也有四季，只是由于火星绕太阳转一圈的时间差不多是两年，所以每个季节时间长度大约是6个月左右。
△天问一号火星车
对应2020年的发射窗口，等到探测器到达火星的时候，正值火星北半球的春夏之交，这个时节到火星，选择北半球是有利的，日照时间长，可以获得更多的太阳能。但是纬度也不能太高，超过火星的北回归线，纬度高于25°之后，就没有阳光垂直照射火星表面的机会了。因此，结合火星车的寿命，北纬5°～ 30°的区域就成为着陆区选择的最初范围。
研制人员考虑的因素包括：在哪个地方着陆对工程最安全，哪里可能有科学新发现，尽量避开其他国家已经着陆过的区域或者即将执行任务选择的着陆区，当然还有一条最重要的因素，那就是海拔。
火星上没有海洋，科学家根据平均气压确定了一个面，高于这个面的海拔算正值，低于这个面的海拔算负值。选择着陆点的时候，希望选择海拔低于-2千米区域，原因是在这里着陆，大气层更厚，有更多的机会利用火星大气进行气动减速和降落伞减速。
数据中继方式
火星车探测时，需要接收地面的指令，还需要把获得的数据传回。如果直接和地球联系，当然可以，但是由于火星与地球之间距离遥远，需要比较大的功率和一个口径达到米级的天线。然而携带这样的天线，对经常运动的火星车很不方便，需要的功率也很难满足，研制人员想了一个办法，那就是数据中继。
这样，环绕器的任务就不仅仅是把火星车送到火星，还要一边完成自己的火星遥感探测任务，一边作为中继星，担任地面与火星车之间联系的“首席联络官”。通常情况下，地面的命令首先传送到环绕器，等到环绕器和火星车见面的时候转给火星车；同时火星车自身健康情况以及探测获得的图像等科学数据传送给环绕器，环绕器再利用它的大天线传送到地面。
中途修正和深空机动
探测器发射成功后，需要对探测器的轨道进行精确的测量，因为路途遥远，出发时方向的一点点偏差都会导致错失目标，因此发射之后，要根据最新测量的探测器轨道进行中途修正。这么远的路，一般会安排大约5次中途修正，有的时候发现偏差太小，后期的修正有可能取消。
和中途修正一样，深空机动也是一次轨道的改变。不过中途修正主要消除的是轨道的偏差，深空机动则是研制人员轨道设计中的一个高招，在地火转移轨道上合适的位置施加一个速度脉冲，改变绕日飞行轨道平面，可以降低对运载火箭发射条件（如：射向、滑行时间）的要求，实现把更重的探测器送到火星。
最紧张的进入、下降、着陆阶段
着陆火星是激动人心的时刻，也是风险最大的一关，国外多个探测器在这个环节出现各种的问题，导致任务失败。进入、下降、着陆阶段是这次火星探测任务中最紧张的8分钟。
探测器首先瞄准进入火星大气层的一个窄窄的进入走廊，角度太大会导致与大气摩擦温度升高过于剧烈，角度太小又实现不了进入火星大气层的目标。接下来的气动减速段是最主要的减速阶段，进入火星大气时，探测器的速度可达4.8千米/秒，大约5分钟的减速之后，速度只剩下460米/秒，也就是说，速度减少九成，动能只剩下1%。
接着，专门设计的火星专用降落伞展开，进入舱的速度进一步下降到不到100米/秒，在这1分钟多的时间里，要关注火星大气层中风的速度和方向，风太大会影响着陆点的精度，甚至影响着陆安全。降落伞完成使命后，探测器把大底和背罩抛掉，露出了着陆平台和火星车。平台上的大推力发动机开始工作，进一步减速，在高度降为100米的时候速度基本上降到0，便于探测器观察地面，寻找最安全的着陆地点。
最后一点儿能量要靠4条着陆腿里的缓冲吸能材料，把着陆的冲击能量缓冲掉，从而保证探测器不侧翻，平稳着陆在火星表面。整个过程短暂又复杂，地面没有干预的机会，完全靠探测器自主决定各个动作执行的时机。
火面工作
受到能源和通信的限制，火星车不能够满负荷工作。每天午后是火星表面温度最高的时段，选择在这个时间工作，探测仪器的温度相对最适宜，对火星车而言就是最省能源。火星车将按照环境感知、科学探测、移动的次序不断前进，不断探测，希望能够获得更多的关于火星的探测数据，供科学家分析、研究。
如果火星表面阳光充足，火星车就会一直工作，将白天太阳能电池板发出的电能的一部分用于设备工作，另一部分储存在蓄电池中。到了夜晚，火星车会利用储存的电能继续工作。但是这还不够，因为光能转换成电能，效率只有30%，再以化学能的形式存储到蓄电池中，需要的时候再转回电能，这个过程也会有一部分损失。
△火星车科学探测示意图
为此，火星车的设计师们想出了新办法。在火星车顶部，像双筒望远镜一样的设备叫做集热窗，它可以直接吸收太阳能，利用一种叫做正十一烷的物质储存能量。火星白天温度升高，这种物质吸热融化，到了晚上温度下降，这种物质在凝固的过程中释放热能。由于能量的转换方式变成了“光能 -热能 - 相变能 - 热能”，效率可以达到80%以上。
正如地球上干旱地区有的时候会突然刮来沙尘暴，火星表面也会有局部沙尘天气，严重的时候甚至蔓延到火星的大部分地区，成为全球性的沙尘暴。火星车具备自主休眠唤醒功能。
火星车唤醒必须具备两个条件：一个是等到阳光越来越强，大气变得澄静、透明，火星车太阳电池翼的发电量可以维持正常工作；另一个是火星车关键设备的温度符合工作的要求，比如蓄电池可以正常充电了。等到满足条件，不需要地面控制，火星车会自己苏醒，开始继续工作。
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