Równocześnie z programem mającym na celu eksplorację Księżyca przystąpiono do badań innych planet. Miało to miejsce w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku. Przedmiotem zainteresowań stał się więc także Mars. W roku 1964 miał miejsce start dwóch sond kosmicznych skierowanych w stronę tej planety. Nosiły one nazwę Mariner 3 i Mariner 4. Zadaniem tych sond było dotarcie w pobliże Marsa i wykonanie fotografii jego powierzchni. Ten wyczyn udał się tylko sondzie Mariner 4. Znalazła się ona w odległości 9845 kilometrów od powierzchni planety i wykonała w sumie 21 zdjęć, które miały zdolność rozdzielczą rzędu 3 kilometrów.

Kolejne sondy kierowane ku tej planecie były to sondy radzieckie Mars o numerach 2 - 7, których loty przypadały na lata 1971 - 1973 oraz kontynuacja programu Mariner. Sonda Mariner 9 stała się nawet pierwszym sztucznym satelitą Marsa i przekazała na Ziemię szereg zdjęć planety oraz jej księżyców. Jednak najwięcej wiadomości dotyczących Marsa współczesna astronomia zawdzięcza misji Viking.Rozpoczeła się ona od wystrzelenia w roku 1975 dwóch sond kosmicznych Viking 1 i Viking 2. Po 10 miesiącach sonda Viking 1 dotarła do Marsa i zaczęła krążyć po eliptycznej orbicie, której odległość od planety zmieniała się od 1.5 tysiąca do 50 tysięcy kilometrów. Obiegała ona planetę w czasie 42 godzin i 24 minut. Od sondy została odłączona sonda lądująca, która opadła na powierzchnie planety . Viking 1 dotarł do Marsa miesiąc później. Znalazł się on na orbicie eliptycznej o perycentrum 1.5 tysiąca kilometrów i apocentrum 35 tysięcy kilometrów. Okres pojedynczego obiegu wynosił 27 godzin i 24 minuty. Od niego również odłączyła się część lądująca i osiadła na powierzchni planety.

Dzięki tym dwóm sondom na Ziemie zostało przekazanych ponad 50 tysięcy zdjęć powierzchni planety oraz jej księżyców. Zdjęcia księżyców miały zdolność rozdzielczą rzędu 25 metrów.

Natomiast odłączone sondy lądujące przekazały zdjęcia z bezpośredniego sąsiedztwa miejsca lądowania. Wykonały także szereg badań własności fizycznych i chemicznych gruntu i atmosfery planety. Działanie sond orbitalnych ustało w latach 1978 - 80, a lądowników w latach 1980 - 82.

Kolejne próby sondowania planety nie powiodły się niestety. I tak w roku 1989 został utracony bezpowrotnie kontakt z sondami Fotos, które miały zbadać także powierzchnie jednego z księżyców planety, Phobosa.

Kolejną sondą , z która utracono kontakt w roku 1993 była sonda Mars Observer. Program badawczy tej sondy realizuje obecnie sonda Mars Global Surveyor (MGS). Została ona wystrzelona z powierzchni Ziemi pod koniec 1996 roku, natomiast od września 1997 roku krąży na orbicie okołomarsjańskiej. Zadaniem tej sondy jest zebranie materiałów do przygotowania dokładnej mapy marsa. Poza tym zadaniem sondy jest również badanie Phobosa. Udało się już dokonać pomiaru temperatury w wielu miejscach satelity. Dzięki danym dostarczonym przez sondę możliwa była rekonstrukcja bieguna marsjańskiego.

W latach 1998 - 99 rozpoczęto wystrzelono w kierunku Marsa dwie sondy Mars Climate Orbiter i Mars Polar Lander. Ich misja miała stanowić kolejny etap badań nad tą planetą. Niestety zakończyła się katastrofą.

Po mniej lub bardziej udanych misjach sond wydaje się , ze przyszła pora na lot człowieka na Marsa. Warto się wiec zastanowić jak taki lot miałby przebiegać.

Najpierw należy zastanowić się nad optymalnym okresem trwania takiej wyprawy. Wydaje się , że mógłby on wynosić około 3 lat. Krótszy lot również byłby możliwy, ale potrzebny byłby wtedy dużo większy zapas paliwa potrzebnego aby statek kosmiczny rozpędził się a następnie wyhamował. Wiązałoby się to więc ze zwiększoną masą i tak już olbrzymiego statku. Początkowo myślano, aby starty na Marsa przeprowadzać z powierzchni Księżyca ale w ostatecznym rozrachunku zrezygnowano z tego pomysły , bo okazał się nieopłacalny.

Obliczenia wskazują więc, że taki lot jest wykonalny. Biorąc pod uwagę okres przebywania człowieka w przestrzeni kosmicznej również nie znajduje się większego problemu. Większość czasu przypadałoby na zaplanowane badania, sam lot to około 260 dni.

Analiza składu zaopatrzenia dla członków załogi daje wynik około 5 tysięcy kilogramów na każdego astronautę. Wchodzi w to oczywiście woda, środki chemiczne, produkty żywnościowe.

Najmniejsza możliwa odległość Ziemi od Marsa wynosi około 401 mln kilometrów. Mars zbliża się do Ziemi na taką odległość tylko raz na 15 lat. W trakcie takiej podróży dochodziłoby prawdopodobnie do utrudnień w komunikacji z astronautami. Tak dużą odległość fale radiowe pokonują bowiem w czasie 22 minut.

Na początek dwudziestego pierwszego wieku największe stacje badawcze zaplanowały realizację następujących projektów związanych z Marsem:

  • umieszczenie na powierzchni Marsa ruchomego laboratorium , które badałoby grunt planety
  • wylądowanie n powierzchni Marsa grupy niewielkich lądowników
  • w zależności od powodzenia powyższych misji umieszczanie kolejnych lądowników i rowerów, a także próby przesyłania materiału z Marsa z powrotem na Ziemię.

Duży nacisk przy planowaniu tych badań NASA kładzie na współpracę z państwami europejskimi. Chodzi głównie o Włochy i Francję.

W planowanej wyprawie człowieka na Marsa pierwszym etapem będzie lot statku w kierunku Marsa, który został nazwany statkiem powrotnym. Na pokładzie tego statku załoga wróci na Ziemie po skończonej misji. Statek ten będzie zaopatrzony w specjalną aparaturę do produkcji paliwa, reaktor atomowy o niewielkich rozmiarach a także rovery z aparaturą do badań naukowych. Na pokładzie tego statku znajdzie się również ciekły wodór , który posłuży do produkcji paliwa na powierzchni Marsa. Szacuje się, że waga tego statku sięgnie 45 ton. Zostanie on wystrzelony w przestrzeń kosmiczną przy użyciu rakiety "Ares".

Lot statku powrotnego w kierunku Marsa będzie trwał pół roku. Po wylądowaniu rozpocznie się produkcja paliwa na bazie ciekłego wodoru oraz marsjańskiego dwutlenku węgla. Szacuje się, że po sześciu miesiącach zostanie wytworzonych około 108 ton tlenu oraz metanu. Z tego 12 ton stanie się paliwem dla roverów.

Następnie po około czternastu miesiącach nastąpi kolejny etap misji czyli przelot człowieka na powierzchnię Marsa. Załoga zostanie przetransportowana w specjalnym module mieszkalnym. Przewiduje się, że w skład załogi wejdą naukowcy specjalizujący się w biochemii oraz geologii. Towarzyszyć im będą pilot oraz dowódca całego lotu.

W momencie gdy statek wejdzie na trajektorię międzyplanetarną oddzieli się od niego górna część, która nadal jednak będzie miała kontakt miesięcy modułem mieszkalnym za pomocą liny miesięcy długości 330 metrów. Dzięki temu po wprawieniu całego układu w ruch obrotowy dojdzie do wytworzenia siły odśrodkowej, która będzie dla astronautów substytutem grawitacji ziemskiej.

Po locie trwającym około sześć miesięcy moduł zbliży się do powierzchni Marsa. Wcześniej dojdzie do odrzucenia górnej części rakiety zamocowanej na linie. Moduł przystąpi do hamowania. Najpierw wejdzie na orbitę okołomarsjańską, a następnie osiądzie na powierzchni Marsa w pobliżu miejsca, gdzie wylądował wcześniej statek powrotny. Precyzyjne lądowanie jest o tyle ważne, że zasięg przywiezionego przez załogę rovera to 1000 kilometrów. Jeśli więc odległość miejsca lądowania od statku powrotnego była większa od tego dystansu to powstałby duży problem. Załoga byłaby zmuszona do wydłużenia pobytu o czas oczekiwania na kolejny statek powrotny.

Planuje się, że pobyt załogi na powierzchni planety będzie trwał około półtora roku. Czas ten przeznaczony zostanie na liczne badania planety, m.in. dotyczące jej gruntu oraz warunków klimatycznych. Zgromadzona aparatura pozwoli na lokalizację złóż surowców mineralnych. Będą także trwały poszukiwania ewentualnych śladów życia na Marsie. Ważnym punktem wyprawy będzie odnalezienie łatwo dostępnych pokładów lodu wodnego.

Dzięki paliwu, które zostanie wcześniej wyprodukowane możliwe będzie pokonanie około 24 tysięcy kilometrów. Planuje się również przewiezienie na powierzchnie Marsa małej szklarni. Dzięki temu zostaną przeprowadzone również eksperymenty z dziedziny rolnictwa.

Po upływie czasu przeznaczonego na badania załoga powróci na powierzchnie Ziemi na pokładzie statku powrotnego. Lot będzie trwał pół roku. Planuje się, że w niedługim czasie po wylądowaniu na Ziemi pierwszej załogi w kierunku Marsa wystartuje następny moduł mieszkalny z kolejną załogą na pokładzie. Z czasem na powierzchni Marsa powstanie lokalna stacja badawcza, która z każdą wyprawą będzie się rozbudowywać.