Sebbene le difficoltà economiche attraversate dai paesi industrializzati abbiano rallentato drasticamente il programma di missioni automatiche e non (che doveva concludersi con lo sbarco umano su Marte entro il 2020) il pianeta rosso rimane il centro dell'attenzione delle agenzie spaziali sia per la sua vicinanza al nostro pianeta che per le sue affinità con la Terra che lo rendono un luogo di ricerca privilegiato per molte scienze. Il primo passo verso Marte si sta facendo con l'aiuto dalle sonde automatiche (come già visto col Phatfinder) con lo scopo di aumentare le conoscenze sulla composizione atmosferica e del suolo, sui movimenti dei venti, sulla possibile presenza di acqua ghiacciata nel sottosuolo e per individuare siti adatti all'atterraggio di veicoli abitati. Russi e americani, che prevedono di inviare un volo pilotato entro il 2025, sono entrambi in corsa, avendo sviluppato aspetti complementari della ricerca. Gli statunitensi sono più avanti tecnologicamente, soprattutto per l'elettronica di bordo, mentre i sovietici da anni effettuano esperimenti di lunga permanenza nello spazio grazie alla stazione spaziale MIR, un campo nel quale hanno accumulato conoscenze ineguagliabili. Dunque è lecito aspettarsi che il primo sbarco su Marte sarà una missione congiunta russo-americana con il supporto indispensabile anche degli altri gruppi di ricerca internazionali.
Lanciato il 28 novembre 1964, viaggiò 228 giorni prima di raggiungere Marte e fu la prima missione che lo studiò, prendendo 21 immagini (pari all'1% della sua superficie) da una quota di 9.846 km.
Grazie a questa sonda vennero sfatati i miti del XIX secolo relativi alla presenza di una civiltà sulla sua superficie e si capì che il grande canale visto da Percival Lowell nel 1890 era solo una illusione ottica; rivelò comunque la presenza di canaloni che in passato avevano contenuto dell'acqua. Studiò l'atmosfera e rilevò un debole campo magnetico intrinseco; studiò inoltre lo spazio interplanetario durante il viaggio Terra-Marte e vicino a Marte.
La sonda passò vicino alla Terra nel 1967 e venne usata fino al 20 dicembre 1967 quando la missione venne dichiarata conclusa.
Entrambe avevano il compito di volare attorno all'equatore e all'emisfero sud marziano; nessuna delle due acquisì dati durante il viaggio, in quanto erano "riservate" a Marte che riuscirono a sorvolare ad una distanza ravvicinata di 3.500 km. La Mariner 6, partita il 24 febbraio 1969, raggiunse Marte il 31 luglio dello stesso anno; trasmise 75 immagini, di cui una trentina riprese da 1 milione di chilometri e le rimanenti da distanza ravvicinata. La Mariner 7 partì il 27 marzo del 1969, raggiunse Marte alla minima distanza il 4 agosto del 1969, dalla quale trasmise 126 foto dell'emisfero meridionale.
Le sonde erano dotate di telecamere, spettrometri e radiometri all'infrarosso e ultravioletto per lo studio della composizione atmosferica e la rivelazione delle temperature del pianeta. Confermarono che la pressione atmosferica è di 6-7 millibar, misurarono temperature di -125 °C al polo sud e -73 °C notturni all'equatore e rilevarono che la componente principale dell'atmosfera è l'anidride carbonica; studiarono anche la composizione molecolare superficiale di Marte e presero le prime immagini di Phobos, la più grande e vicina tra le due lune del pianeta.
Mariner 9 (USA Mars Orbiter)
Avrebbe dovuto essere il compagno del Mariner 8, che però non riuscì neanche a raggiungere l'orbita terrestre, per cui la Mariner 9 si caricò anche della missione del Mariner 8: mappare il 70% della superficie del pianeta, oltre a studiare i cambiamenti atmosferici nell'atmosfera e sulla superficie di Marte.
La Mariner 9 partì il 30 maggio del 1971, raggiunse Marte il 3 novembre e si posizionò su un'orbita ellittica di 1350x17700 Km il 24 novembre dello stesso anno; fu la prima sonda in assoluto a orbitare attorno ad un pianeta diverso dalla Terra, completò due orbite al giorno per un anno intero.
Al suo arrivo su Marte erano in pieno svolgimento delle tempeste di sabbia (che im pediscono di scorgere qualsiasi dettaglio), al termine delle quali (dopo circa un mese) la sonda trasmise più di 7300 fotografie della sua superficie e dei satelliti Phobos e Deimos, con una risoluzione massima dell'ordine del chilometro. Queste foto rivoluzionarono completamente la conoscenza della superficie marziana che risultò cosparsa di un grandissimo numero di crateri, valli, letti di fiumi, pianure e montagne. Gli strumenti presenti sulla sonda effettuarono studi dettagliati sulla composizione dell'atmosfera e del suolo, trasmettendo una gran mole di dati. Il contatto con la sonda fu perso il 27 ottobre del 1971 dopo oltre 500 giorni di attività.
Viking 1, 2 (USA Mars Orbiter/Lander)
Le due sonde gemelle Viking comprendevano due veicoli: uno progettato per entrare in orbita intorno a Marte e l'altro destinato ad atterrare sulla sua superficie, entrambe le sonde dovevano effettuare anche studi sui micro-organismi marziani. La sonda Viking 1 venne lanciata il 20 agosto 1975 ed entrò in orbita attorno a Marte il 19 giugno 1976, il 20 luglio il lander del Viking 1 atterrò con successo a Chryse Planitia, un largo canalone nell'emisfero settentrionale molto più accidentato del previsto; l'atterraggio venne posticipato per la scelta di un luogo più idoneo di quello programmato utilizzando le riprese del Mariner 9 per un mese.
Il Viking 1 Orbiter venne disattivato il 7 agosto 1980, per problemi di carburante; il Lander ha continuato a fornire dati fino al 13 novembre 1982. La Viking 2 venne lanciata il 9 settembre 1975, entrò in orbita attorno a Marte il 24 luglio 1976 e il suo Lander atterrò con successo 7 agosto 1976 a Utopia Planitia. Il Viking 2 Orbiter venne disattivato il 25 luglio 1978, anche lui per problemi di carburante; il Lander usò per continuare a comunicare l'Orbiter del Viking 1, quindi ha smesso di dare notizie il 7 agosto 1980.
Le immagini panoramiche e a colori inviate a Terra dai Lander permisero di conoscere la superficie con una risoluzione che arrivava a poche decine di metri. I moduli effettuarono molte analisi del suolo, ma non rilevarono tracce di vita. L'esistenza di una forma di vita complessa era già stata scartata nelle precedenti missioni, a causa dell'atmosfera troppo rarefatta, praticamente priva di ossigeno e vapore acqueo, per le basse temperature e per l'intensa radiazione ultravioletta. Gli Orbiter continuavano il loro moto intorno al pianeta ottenendo 52 mila immagini per monitorarne il tempo meteorologico e mappare la superficie, scoprendo che il colore della superficie cambia quando il vento spinge la polvere da una regione ad un'altra.
Di sicuro fra le 52 mila l'immagine più famosa è quella presa nel 1976 della faccia nella regione chiamata Cydonia, faccia che ha ispiarto molti film di fantasciaenza, in cui si ipotizzava fosse un monumento lasciato dagli antichi abitanti del pianeta (tipo le statue dell'Isola di Pasqua sulla Terra), ma la cui vera natura è stata rivelata dalle immagini del Mars Odyssey circa 25 anni dopo.
L'immagine che uscì di Marte grazie a tali missioni fu di un pianeta con vulcani, pianori lavici, canyons immensi, aree piene di crateri, strutture formatesi a causa del vento; la temperatura varia, nei siti di atterraggio, tra i 150°K e 250°K, con una escursione termica oltre i 35-50 °K. Furono anche scattate dettagliatissime foto dei satelliti Phobos e Deimos.
Mars Pathfinder (Mars Environmental Survey)
Si tratta della seconda missione Discovery della NASA a basso costo, venne lanciata il 4 dicembre 1996 su un razzo vettore Delta II ed il suo Lander (Sagan Memorial Station) è atterrato su Marte (nella Ares Vallis, il più grande letto fluviale del pianeta) il 4 luglio 1997 direttamente dall'orbita di trasferimento, ad una velocità di 7300 m/s; il Rover Sojourner, protetto durante la discesa da tre pannelli solari (i petali ), scese dal Lander il 6 luglio. Per circa 3 mesi ha inviato sulla Terra una grande quantità di dati, soprattutto grazie al Rover Sojourner che ha percorso la zona attorno al Lander fino ad una distanza di alcune decine di metri; l'altro modulo della sonda (il sistema di trasmissione) gestiva la raccolta e l'invio dei dati a terra.
Gli obiettivi di tale missione erano molteplici, intanto dimostrare la fattibilità di missioni di esplorazione planetarie a costo contenuto, testare le comunicazioni tra Rover, Lander e Terra, la manovrabilità del Rover ed delle apparecchiature di acquisizione di dati ed immagini.
Gli obiettivi scientifici erano di acquisire immagini della superficie, raccogliere dati sull'atmosfera (pressione, temperatura e densità) durante l'atterraggio e dopo sulla meteorologia del pianeta, investigare la geologia della superficie, le proprietà magnetiche e meccaniche del suolo e delle polveri, la rotazione e la dinamica orbitale del pianeta la missione venne poi estesa e il Rover procedette all'analisi del suolo e delle rocce vicine.
È stata una missione molto seguita dal pubblico, anche grazie alle splendide immagini della superficie marziana spedite dal Rover a Terra; le comunicazioni sono terminate il 27 settembre 1997, non si sa perché.
Mars Global Surveyor (USA Mars Orbiter)
È la prima missione di un sostenuto programma di esplorazione di Marte tramite robot. La sua partenza era inizialmente fissata per il 6 novembre 1996, ma a soli 66 secondi dal decollo venne rinviata di 24 ore, a causa della pioggia e del forte vento presente nell'alta atmosfera, che avrebbe potuto piegare il razzo. Lanciata con un vettore Delta II è arrivata su Marte il 12 settembre 1997, ma a causa di alcune malfunzioni, ha cominciato a raccogliere dati con continuità solo da metà marzo 1999. Per due anni l'Orbiter ha compiuto un'orbita quasi circolare polare ogni 2 ore, così, da ottenere una copertura totale del pianeta ogni 7 giorni, allo scopo di fornire una mappa dettagliata della superficie marziana relativamente alla morfologia, topografia, composizione, gravità, dinamica dell'atmosfera e campo magnetico; del pianeta.
Grazie a quanto osservato dalla sonda si è giunti ad una stima molto accurata di quanta acqua c'è nelle calotte polari del pianeta. Nel gennaio 2001 è terminata la prima parte della sua missione durata un anno marziano (687 giorni terrestri), ma c'è stata una estensione della missione e la sonda ha continuato a raccoglierte dati fino ad aprile 2002. Nei due anni successivi l'orbiter è stato usato come satellite di comunicazione tra i landers delle missioni Mars Surveyor e la Terra.
Tale sonda è stata costruita utilizzando parte delle strumentazioni progettate per la Mars Observer per analizzare la composizione minerale del suolo di Marte e studiarne l'atmosfera e le nubi di polvere. Tra gli strumenti appositamente costruiti per questa missione c'è uno spettrometro infrarosso per misurare il riscaldamento e raffreddamento diurno-notturno del suolo; un altimetro laser per mappare la morfologia verticale del territorio con una risoluzione di 10 metri; un magnetometro per individuare la presenza di un eventuale campo magnetico; telecamere per ottenere mappe a grande campo e ad alta risoluzione dell'intero pianeta, fino ammettere in evidenza particolari di soli 2 o 3 metri.
Nozomi (Planet B)
Missione giapponese che avrebbe dovuto durare un anno marziano (circa due terrestri) e che una volta entrato in orbita avrebbe dovuto studiare la parte alta dell'atmosfera, la sua interazione col vento solare e le polveri in essa presenti e che orbitano attorno a Marte; in particolare la struttura, la composizione e la dinamica della ionosfera. Inoltre avrebbe dovuto analizzare il campo magnetico intrinseco, la penetrazione del vento solare nel campo magnetico e la struttura della magnetosfera.
Si spera anche di poter estendere la missione di tre o quattro anni terrestri facendole studiare Phobos e Deimos.
Lanciata il 3 luglio 1998 col vettore M-V-3, ha incontrato Marte nel dicembre 2003; l'incontro, previsto in ottobre 1999, è stato rimandato di 4 anni.
Infatti a causa di una insufficiente accelerazione, acquisita durante la fionda gravitazionale con la Terra del 20 dicembre 1998 per problemi ai propulsori, e di alcuni malfunzionamenti verificatesi in prossimità della Luna ai sistemi di controllo del riscaldamento, la sonda ha deviato dalla rotta originaria ed è stata posta su un'orbita eliocentrica; questa nuova rotta avrebbe dovuto permettere alla Nozomi di recuperare il carburante usato per la correzione dell'orbita, incontrando la Terra due volte (dicembre 2002 e giugno 2003). Purtroppo su questa nuova rotta il 21 aprile 2002 la sonda è stata investita da un fortissimo flare solare che ha messo fuori uso il sistema di trasmissione dei dati; il 9 dicembre 2003 la JAXA (agenzia spaziale giapponese) ha dichiarato la missione fallita e ha inviato un segnale alla sonda per accendere i motori della medesima ed evitare che cadesse sul pianeta contaminandolo biologicamente. Ora la sonda si trova su un'orbita eliocentrica biennale.
Mars Surveyor 2001(USA Mars Odyssey)
L'Odyssey, che fa parte del programma NASA "10-years" per lo studio del Pianeta Rosso, è stato lanciato il 7 aprile 2001 ed è giunto su Marte il 24 ottobre 2001.
Dopo la prima orbita di avvicinamento, durata 25 giorni, per 76 giorni si è avvicinato alla superficie di Marte, sfuttando l'azione di frenamento causata dall'attrito con l'atmosfera marziana (aerobraking), per stabilizzarsi su un'orbita un'orbita circolare che completera ogni 2 ore, ad un'altitudine media di 378 km. La sua missione scientifica è iniziata il 19 febbraio 2002 e avrebbe dovuto durare 917 giorni terrestri terminando il 5 agosto 2004, ma per poter vedere l'evoluzione negli anni dei ghiacci polari, delle nubi atmosferiche e delle tempeste di sabbia che spazzano il pianeta la missione à stata prolungata fino al settembre 2006. Durante la sua missione l'Odyssey sta analizzando la mineralogia e la morfologia della superficie, l'abbondanza di idrogeno negli strati superficiali del pianeta, la presenza di acqua al di fuori delle calotte polari (in pozze superficiali o sotterranee) e sta studiando la radiazione ambientale per conoscere i rischi che dovranno affrontare gli esploratori umani.
Nel frattempo ha svelato il mistero della faccia fotografata nel 1976 dai Viking nella regione denominata Cydonia. Già una immagine acquisita nel 1998 aveva mostrato che si tratta va di una immensa montagna molto "tormentata", ma l'8 aprile 2001 l'Odyssey ne ha scattato una fotografia da 450km di distanza dalla superficie, con una risoluzione di circa 2 m/px. Questi studi sono effettuati utilizzando i tre strumenti presenti a bordo dell'Odyssey: THEMIS (Thermal Emission Imagining System per la mineralogia, GRS (Gamma Rey Spectrometer per il rilevamento dell'idrogeno) e MARIE (Mars Radiation Environment Experiment) per la radiazione ambientale, di costruzione russa.
Il GRS, analizzando i raggi γ provenienti dalla superficie marziana, può calcolare l'abbondanza e la distribuzione superficiale dei vari elementi chimici (in particolare dell'idrogeno).
Un'altro compito dell'Odyssey è di fare da ponte-radio con i Lander che sono atterrati e atterrerano sulla superficie di Marte dal 2003: circa l'85% delle immagini giunte a Terra da Spirit e Opportunity sono state ritrasmesse dall'Odyssey; inoltre monitorerà le condizioni atmosferiche del pianeta durante i mesi di aerobraking del Mars Reconaissance Ortbiter.
Inizialmente l'Orbiter doveva avere un compagno, il Mars Surveyor Lander, la cui missione è stata cancellata nel 2000 a seguito del fallimento delle missioni Mars Climate Orbiter e Mars Polar Lander.
Mars Express
È un progetto ESA ed è stato lanciato il 2 giugno 2003 su un vettore Soyuz-Fregat dal Cosmodromo di Baikonur in Kazakhistan. Ha incontrato Marte il 25 dicembre 2003 e lo stesso giorno ha sganciato il "rover" Beagle 2, che dopo 5 giorni si egrave; probabilmente schiantato su Marte, all'inizio della primavera marziana; nel frattempo il Mars Express Orbiter si è posizionato su un' orbita polare ad una distanza variabile tra i 250 km all'apoastro e gli 11-10 km circa al periastro. È al periastro che l'Orbiter è in contatto con la Terra.
Il nome Express della missione deriva dalla velocità con cui la sonda ha raggiunto Marte, infatti era da 60 mila anni che la Tera e Marte non erano così vicini. Inoltre la costruzione sia della sonda che degli strumenti è stata fatta in tempi brevi, in quanto la prima si basa sul progetto della sonda Rosetta, i secondi sonoin gran parte una copia degli strumenti della missione russa fallita Mars 96.
Il Beagle 2 doveva posarsi sulla pianura Isidis Planithia Besim, nell'emisfero Nord, purtroppo dopo ripetuti tentativi di comunicazione il rover è stato dichiarato perso il 6 febbraio 2004. Avrebbe dovuto studiare le caratteristiche geologiche, mineralogiche e geochimiche del sito di atterraggio, oltre a raccogliere dati sulle proprietà fisiche dell'atmosfera e della superficie circostante, sulla meteorologia e la climatologia marziana. Tutto ciò grazie anche all'uso di un braccio robotizzato che avrebbe raccolto i campioni depositandoli poi sui vari strumenti presenti nel rover per l'analisi; doveva inoltre rilevare eventuali segnali di vita sul pianeta.
La missione del Mars Orbiter è rimasta quella originaria, cioè acquisire foto ad alta risoluzione del pianetra (fino a 10m/pixel), per studiarne la geologia, per mapparlo mineralogicamente e per studiarne la struttura subsuperficiale; per quanto riguarda l'atmosfera ne sta studiando la composizione e i flussi, per conoscere le interazioni atmosfera-superficie e atmosfera-mezzo interplanetario. Sull'Orbiter ci sono 6 strumenti costruiti da vari paesi europei:
OMEGA, lo spettrometro francese per la costruzione della mappa mineralogica del pianeta; lavoro nel visibile e nell'infrarossso
SPICAM, lo spettrometro francese per l'analisi dell'atmosfera marziana, lavora nell'infrarosso e nell'ultravioletto
MARSIS, un radar italiano in grado di investigare sotto la superficie del pianeta, costruito dalla Alcatel Alenia
PFS, lo spettrometro di Fourier italiano deputato alla ricerca di acqua nel sottosuolo
ASPERA (Energetic Neutral Atoms Analyser), un analizzatore svedese per studiare l'interazione tra il vento solare e la zona estarna dell'atmosfera di Marte
HRSC, la macchina fotografica ad altissima risoluzione (10m/pixel)
Pur essendoci stati dei problemi all'inizio, a causa di ritardi nel dispiegamento di due delle tre antenne presenti sull'Orbiter, fin dalle prime osservazioni i dati forniti da tale missione sono stati entusiasmanti. La prima immagine inviata a Terra ha mostrato la Valle Marineris da un'altezza di 275 km, con dei dettagli mai visti prima, inoltre il 23 gennaio 2004 la sonda ha fornito la prima prova diretta della presenza nel polo sud di Marte di acqua.
Si stima che l'Orbiter resterà in orbita attorno a Marte per la durata di 1 anno marziano (pari a 687 giorni terrestri), quindi la missione si dovrebbe concludere nel 2007.
Mars Exporation Rover (MER)
Si tratta di una missione in due fasi, in quanto è costituita da due "robottini" gemelli, Spirit e Opportunity lanciati separatamente che sono atterrati sul pianeta Marte l'uno dalla parte opposta del luogo di atterraggio dell'altro. I rover si trovavano all'interno di un "lander" che era protetto da un guscio posteriore (backshell) di forma conica e dal piatto scudo termico in quanto al momento dell'ingresso nell'atmosfera marziana, ad una velocità di 20 mila km all'ora, la temperatura esterna dei gusci era di 2000 gradi centigradi. Quando la navicella ha raggiunto i 600 km orari lo scudo termico è stato sganciato, dal backshell è fuoriuscito un paracadute supersonico e il lander è stato calato ad alcuni metri dal guscio grazie ad una lunga corda. Ciò ha permesso l'accensione dei retrorazzi presenti nel backshell a pochi metri dal suolo senza che si danneggiasse il lander, portando la velocità di caduta quasi a zero.
Nel frattempo si erano dispiegati i numerosi airbag me poi è stata tagliata la corda che teneva il lander legato. Mentre il lander rimbalzava sulla superficie per circa 10 minuti, il guscio col paracadute si è allontanato, grazie al fatto che i retrorazzi erano ancora accesi.
A causa dell'enorme interesse suscitato da questa missione, anche a seguito della perdita del rover Beagle 2 dell'ESA, l'atterragio di entrambi i rover è stato seguito via Internet in tempo reale. È importante notare che i lander dei due rover costistuivano solo un guscio protettivo, contrariamente a quello del Pathfinder che conteneva anche strumenti di analisi e studio del pianeta oltre al rover Sojourner; inoltre la loro forma a tetraedro faceva in modo che su qualunque lato si fosse fermato all'apertura dei tre petali doveva per forza poggiarsi sulla base, facendo uscire il rover senza problemi.
L'insieme delle apparecchiature caricate su ogni rover è stato denominato ATHENA, unico retaggio della missione Mars Surveyor 2003 (sostituita con la Mars Exporation Rover), in cui il rover di nome Athena avrebbe dovuto raccogliere circa mezzo chilo di campioni e invierli con il MAV (Mars Ascent Vehicle) sul Mars Surveyor 2001 in orbita attorno al pianeta.
In Athena si trovano:
Pamcam: un "gruppo ottico" formato da due telecamere che osservano il terreno intorno al rover ad alta risoluzione; sono posizionate in cima ad un tubo telescopico per poter effettuare delle panoramiche utili alla guida del rover.
Navcam: apparecchiatura di navigazione/guida del rover controllata da Terra, &egarve; posizionata insieme alla Pamcam.
Mini-TES (Mini-Thermal Emission Spectrometer): può rilevare e riconoscere i vari tipi di minerali presenti nel terreno usando la riflessione della luce infrarossa; è posizionato sulla base del braccio mobile.
Alpha-Particle-X-Ray Spectrometer: spettrometro a raggi x e particelle alfa, costruito in Germania, capace di determinare la composizione chimica elementare dei campioni esaminati toccandoli (si trova sul braccio mobile); non è però in grado di rilevare l'idrogeno.
Spettrometro Mössbauer: spettrometro tedesco che permette di misurare con estrema precisione la composizione dei minerali ferrosi e le proprietà magnetiche dei minerali, oltre ad essere in grado di individuare eventuali minerali formatesi grazie alla presenza di pozze di acqua calda (magnetite).
RAT (Rock Abrasion Tool): "spazzola", simile alla mola abrasiva dei trapani elettrici, montata sul braccio estensibile in grado di pulire dallo spesso strato di sabbia un'area di 5 cm di diametro per una profondità di 5 mm, lasciando esposta la parte sottostante alla "crosta", che si suppone molto diversa.
Microscopio: formato da una lente d'ingrandimento ed una telecamera permette di avere delle immagini ravvicinate del suolo e dei campioni esaminati.
Durante il viaggio tutte le parti mobili dei rover erano state ripiegate e ancorate al corpo, per cui, una volta aperto il lander, per poter iniziare la loro missione i robot hanno dovuto "dispiegare" i pannelli solari e le ruote anteriori, arretrare le ruote posteriori e innalzare la telecamera panoramica ed infine tagliare i cavi di sicurezza. Dopo 9 Sol (il Sol è il giorno marziano, che dura 24h 37m) dall'arrivo hanno dispiegato il braccio meccanico.
I due rover possono muoversi sulla superficie marziana ad una velocità media di 4-5 cm/sec, inoltre sono totalmente autonomi, nel senso che i tecnici da terra decidono quale punto della suprficie devono raggiungere e i rover decidono il percorso migliore per evitare gli ostacoli più grandi. Entrambi i rover avrebbero dovuto concludere la missione 90 Sol dopo l'atterragio (circa 4 mesi dopo), ma dopo quasi due anni dall'atterragio stanno ancora trasmettendo immagini e dati sulla sul pianeta.
Spirit (MER-A)
Partito da Cape Canaveral il 10 giugno 2003 su un vettore Delta 2, è atterrato su Marte il 4 gennaio 2004 nel cratere Gusev, a 10 km dal centro dell'ellisse bersa di atterraggio è stato battezzato col nome di Columbia Memorial Station in memoria degli astronauti morti nel disastro dello Space Shuttle Columbia.
Una volta trasmesse le prime immagini e terminati i test il rover si è allontanato a fatica dagli involucri del lander, in quanto la via d'uscita principale era ostruita dagli airbag sgonfi, per cui il rover si è dovuto girare e uscire da una delle due vie d'emergenza previste. Non è stato l'unico problema che Spirit ha avuto, il 22 gennaio 2004 (Sol 19) il rover ha inviato un segnale di guasto, a cui hanno fatto seguito prima trasmissioni frammentarie poi il silenzio radio per alcuni giorni.
I tecnici hanno ipotizzato un eccesso di file accumulatosi nella memoria flash del rover (fatto non previsto in sede di progettazione) e dopo 77 reset consecutivi del computer di bordo e una riprogrammazione, che ha permesso di isolare la memoria flash guasta dal resto del sistema, Spirit ha ricominciato a trasmettere; durante tale periodo è rimasto acceso anche di notte, rischiando di scaricare le batterie prima di poterle ricaricare con la luce del Sole. Un altro problema software si è verificato il 25 maggio 2004, quando, a causa di un errore di sovrascrittura di un comando in un'area protetta della RAM, il rover è rimasto immobile per un intero Sol; il problema si è risolto da solo con una addizionale ricarica delle batterie solari. I primi di ottobre 2004 Spirit ha dei problemi meccanici, infatti i piccoli motori che permettono alla ruota sinistra anteriore e alla ruota destra posteriore di sterzare autonomamente si sono bloccati; lo sterzo delle ruote è importante perchè svolge un'azione frenante sulle ruote quando il rover è fermo, impedendo movimenti non desiderati durante le analisi. Dopo una decina di giorni è stato deciso di riprendere l'esplorarione del pianeta, anche perchè i due motori funzionano cinque volte su dieci; si pensa che il problema sia dovuto al freddo, inoltre bisogna considerare che dal momento dell'atterragio sul pianeta Spirit si è mosso per 6 km, una distanza 6 volte maggiore di quella per cui erano state testate le ruote.
Analizzando dettagliatamente varie rocce tra il cratere di Gusev, la zona denominata Clovis, le Columbia Hill (dove è giunto nell'agosto 2004) e le Humprey Hill (dove è giunto nell'agosto 2005), in particolare le rocce denominate Humprey, Mazatzal e Tetil, Spirit ha trovato indizi della passata presenza di acqua. Purtroppo analisi così approfondite non sono più possibili dalla metà dell'ottobre 2005 in quanto il RAT non &egarve, più utilizzabile: il materiale abrasivo della mola si è completamente consumato a causa del numero delle perforazioni effettuate durante la missione, numero molto superiore a quelle garantite dal fabbricante.
Il 13 luglio 2005 (Sol 538), riunendo i fotogrammi presi dalle telecamere di Spirit, i tecnici hanno potuto costruire un cortrometraggio che copre circa 12 minuti di osservazione, che mostra alcuni "folletti di sabbia" (dust devil) che percorrono la vallata sotto la collina Husband. Il 22 settembre 2005 Spirit aveva già percorso 4935 m su Marte.
Opportunity (MER-B)
Lanciata da Cape Canaveral il 7 luglio 2003 su un vettore Delta 2, è atterrato su Marte il 25 gennaio 2004 nel Meridiani Planum.
I suoi obiettivi erano e sono gli stessi del gemello Spirit: scattare fotografie al pianeta, raccogliere campioni di roccia e verificare la presenza di acqua nel sottosuolo. Dopo sette giorni il rover ha cominciato la sua missione sul pianeta e il 4 febbraio 2004 ha inviato delle immagini prese dal microscopio in cui accanto ai granelli di sabbia c'erano anche delle "sferule" misteriose (dette blueberries), che successivamente Opportunity ha trovato anche all'interno di alcune rocce "molate" col RAT fra cui la "Pilbara".
Grazie alle analisi effettuate da Opportunity sulle rocce è stata trovata dell'ematite (un minerale che normalmente si forma dentro l'acqua) e il 2 marzo 2005 la NASA ha comunicato di ritenere che in passato su Marte ci fosse dell'acqua. Il rover inizialmente si è diretto dal cratere dell'Aquila al cratere Endurance, attraversando le regioni dell'Anatolia e di Fram, per poi dirigersi verso i resti del suo scudo termico.
Anche Opportunity ha avuto i suoi guai tecnici; intanto ha dovuto effettuare vari tentativi per uscire dal cratere dell'Aquila, infatti a causa della pendenza del bordo e della scarsa aderenza delle ruote il rover scivolava indiertro con parte del terreno. Sembra che la sabbia sia nemica di Opportunity, infatti dall' 1 settembre 2004 è rimasto per diversi Sol prigioniero delle dune del cratere Endurance: più cercava di avanzare e più retrocedeva. In contemporanea una sferula si era incastrata nella lama del RAT impedendone l'utilizzo per due settimane. Il 24 ottobre 2004 si è temuto di dover dire addio a Opportunity, in quanto nel tentativo di fargli aggirare la roccia Wopmay, posta sul crinale del cratere Endurance,si è insabbiato e solo dopo 6 giorni di tentativi Opportunity si è liberato e ha proseguito la sua missione.
Dopo aver percorso 5225 m anche Opportunity ha avuto problemi con lo sterzo della ruota anteriore destra e il 26 aprile 2005 attraversando una duna di 30 cm si è nuovamente insabbiato; ci sono voluti trenta giorni di prove col prototipo rimasto nei laboratori del JPL per trovare la tecnica giusta per liberarlo: farlo andare avanti e indietro per lubrificare bene gli ingranaggi e per guadagnare ogni volta pochi centimetri di spostamento effettivo. Il 30 settembre 2005 Opportunity aveva giaà percorso 6 km.
Mars Reconaissance Orbiter (MRO)
È una sonda della NASA partita il 12 agosto 2005 da Cape Canaveral con un vettore Atlas V, ha incontrato Marte il 10 marzo 2006 e dopo opportune manovre si è posizionata su un'orbita polare ellittica: periastro a 300 km dalla superficie, apoastro a 45000 km; durante l'inserimento nell'orbita stazionaria la sonda ha raccolto dati sul campo magnetico marziano. Raggiunto Marte gli orbiterà attorno per quattro anni con un periodo orbitale di 35 ore, sia per esplorarne la superficie (prima fase della missione, della durata di due anni) che per fare da ponte radio per i robots che atterreranno sul pianeta successivamente; ci si aspetta comunque una estensione di entrambe le fasi della missione. La sonda è dotata di strumenti di analisi e trasmissione all'avanguardia: è in grado di trasmettere una quantità di dati 10 volte superiore a quella delle sonde Mars Global Surveyor, Mars Odyssey e Mars Express.
L'obiettivo primario della missione è cercare prove della presenza attuale o passata di acqua sul pianeta, di studiarne il clima, la metereologia e di identificare i luoghi migliori per far atterrare le future missioni. Inizialmente la sonda studierà le calotte polari del pianeta, poi grazie alla telecamera HiRISE ad altissima risoluzione (a 300 km di altezza ha una risoluzione di 0.3 m), alla Context Camera (CTX) e al Mars Color Imager (MARCI) farà delle foto nel visibile, nell'infrarosso e nell'ultraviaoletto cvhe permetteranno di ottenere una mappa dettagliata della superficie marziana. Grazie allo spettrometro (CRISM) e al radiometro infrarosso(MCS) caricati a bordo si spera di ottenere anche una mappa globale del clima del pianeta; il primo cercherà nel visibile e nel vicino infrarosso i metalli che si formano in presenza di acqua, il secondo individuerà la presenza di polveri in sospensione nell'atmosfera.
A bordo si trova anche il radar-altimetro SHARAD, di costruzione italiana (commissionato dall'ASI all'Alcatel Alenia), che analizzerà il sottosuolo fino ad 1 km di profondità alla ricerca di acqua e individuerà i siti per i futuri atterraggi; tale strumento è simile al Marsis della Mars Express ma con una risoluzione verticale 10 volte maggiore .
Il Mars Reconaissance ha preso il posto della Mars Surveyor 2005 (USA Mars Sample Return) che avrebbe dovuto riportare sulla Terra dei campioni di suolo marziano.
Missioni fallite
Non tutte le missione lanciate per studiare Marte hanno avuto successo, basti pensare alle missioni russe Sputnik 29 (24 ottobre 1962) che una volta raggiunta l'orbita terrestre di parcheggio è esplosa durante l'accensione del terzo stadio; lo Sputnik 31 (4 novembre 1962), che è esplosa durante il viaggio Terra-Marte. Delle missioni Mars solo due, la Mars 4 (partita il 21 luglio 1973) e la Mars 5 (lanciata il 25 luglio 1973), su 7 hanno dato dei risultati, riportando immagini del pianeta. La Mars 1, lanciata il 1° novembre 1962 perse i contatti in prossimità del pianeta rosso; la Mars 2, lanciata il 19 maggio 1971 era composta da due veicoli: l'Orbiter si posizionò in un'orbita ellittica attorno al pianeta, mentre il Lander si schiantò sulla superficie del pianeta; la Mars 3, partita il 28 maggio 1971, era la gemella della 2, sembrava riuscita ma il Lander smise di comunicare circa 20 secondi dopo l'atterraggio sul pianeta. Il Lander della Mars 6, missione partita il 5 agosto 1973, raccolse durante la sua discesa sul pianeta molti dati sull'atmosfera, ma fallì l'atterragio; la Mars 7, lanciata il 9 agosto 1973, sbagliò l'inserimento in orbita così il Lander "perse" il pianeta.
Altre missioni fallite sono state la Zond 2 (30 novembre 1964), con cui si sono persi i contatti durante il viaggio di andata, la Kosmos 419 (10 maggio 1971), che non è riuscita a lasciare l'orbita terrestre, e le due Phobos. Phobos 1, partita il 7 luglio 1988, doveva studiare la luna di Marte Phobos, ma si perse durante il tragitto Terra-Marte a causa di un comando sbagliato; la Phobos 2, lanciata il 12 luglio 1988, ha preso alcune immagini di Phobos mentre era in orbita, ma è fallita nella fase finale: il Lander si è perso e non ha mai raggiunto la superficie di Phobos.
L'ultima missione russa su Marte fallita è stata la Mars 96, partita da Terra il 16 novembre 1996 dopo un malfunzionamento del quarto stadio del Proton (probabilmente non si è riacceso dopo l'inserimento nell'orbita terrestre), si è disintegrata nella nostra atmosfera, vicino all'Isola di Pasqua, che 24 ore dopo veniva raggiunta dai frammenti del motore. I quattro generatori, contenenti ciascuno 270 gr di plutonio 238, sono caduti senza liberare il materiale radiattivo nell'atmosfera. Tra le missioni americane fallite si possono ricordare il Mariner 3, che lanciata il 5 novembre 1964 perse i contatti con la Terra in prossimità del pianeta; il Mariner 8, che cadde nell'Oceano Atlantico l'8 maggio 1971, subito dopo il lancio; il Mars Observer, partito il 25 settembre 1992, che avrebbe dovuto studiare la geologia e l'atmosfera marziana ma si sono persi i contatti tre giorni prima del suo ingresso in orbita; il Mars Climate Orbiter e il Mars Polar Lander, una coppia di sonde lanciate separatamente che però facevano parte della stessa missione: la Mars Surveyor '98; infine le Deep Space 2.
Il Mars Climate Orbiter partì il 10 dicembre del 1998, dopo un paio di mesi di aerobraking (il frenaggio aerodinamico) avrebbe dovute entrare in orbita nel novembre del 1999, ma a causa di un errore di navigazione (le miglia non erano state trasformate in km) invece di entrare in orbita a 140-150 km dalla superficie entrò nell'atmosfera marziana a soli 57 km dal pianeta e venne distrutto dall'impatto. La Mars Polar Lander è partita il 3 gennaio 1999 ed è atterrata su Marte il 3 dicembre 1999; in seguito non stato è stato rilevato alcun segnale.
Le Deep Space 2 erano due Probe (Amundsen e Scott) lanciati con lo stesso vettore del Polar Lander, dal quale si sono staccati pochi secondi dopo del Polar; la parte inferiore di tali sonde avrebbe dovuto penetrare nel suolo per circa 2 metri, purtroppo dal 3 dicembre 1999, data in cui sono "penetrati" su Marte, non si è mai riusciti a contattarle, per cui la missione è stata dichiarata persa.
Future missioni
Sono state proposte alla comunità scientifica una serie di piccole missioni poco costose, le Scout, che dovrebbero portare sulla superficie di Marte delle piattaforme con apparecchiature scentifiche usando o piccoli lander, o dei palloni, o ancora dei piccoli aeroplani. Al momento sono previste 4 missioni Scout: Phoenix, SCIM (Sample Collection for Investigatio of Mars), ARES (Aerial Regional-scale Environmental Survey) e MARVEL (Mars Volcanic Emission and Life scout).
Phoenix Lander
È la prima delle missioni Scout inviate su Marte, è partita il 5 agosto 2007, con un giorno di ritardo causa maltempo. Si tratta di un lander che atterrerà dopo nove mesi nel polo nord ghiacciato marziano, ad una latitudine tra 65 e 75 gradi e che per 150 giorni marziani ne studierà la superficie e le zone atmosferiche al di sopra, fino ad un'altezza di 20 km. Per poter studiare gli strati di ghiaccio d'acqua il Phoenix è dotato di un braccio robotico che perforerà i vari strati fino a mezzo metro di profondità; tali strati, che presenteranno differenze dovute ai cambiamenti climatici stagionali, potrebbero contenere dei composti organici necessari alla vita.
Sul lander è presente anche un piccolo laboratorio portatile, in cui pochi campioni selezionati saranno riscaldati per volatilizzarli ed esaminarne la composizione. Il lander è quello che era stato progettato per la missione Mars Surveyor 2001, poi cancellata, e contiene degli strumenti che sono una copia migliorata di quelli caricati sul Mars Polar Lander.
Mars Science Laboratory
Sarà il successore del Mars Exploration Rover; si tratta di un laboratorio scientifico mobile che è schedulato per il 2009. Dovrà valutare il potenziale biologico almeno della zona di atterraggio; si spera di poterlo far spostare come è successo per Spirit e Opportunity per fargli analizzare anche zone abbastanza distanti. In tali zone raccoglierà campioni del terreno e di rocce per studierne le caratteristiche geologiche e geochimiche, inoltre cercherà dei componenti organici; effettuerà anche uno spettro a banda larga della radiazione superficiale del pianeta. La missione dovrebbe durare 1 anno marziano (687 giorni).
A bordo ci saranno: un rivelatore di idrogeno fornito dall'Agenzia Spaziale Russa (per localizzare l'acqua), un insieme di strumenti metereologici forniti dal Ministero delle Scienze Spagnolo e uno spettrometro fornito dall'Agenzia Spaziale Canadese e dall'Istituto Tedesco di Chimica Max Planck. Dovrebbe essere la prima missione in cui l'atterraggio sul pianeta avviene in modo controllato, in quanto dovrebbe essere simile a quello dello Shuttle: planerà nell'atmosfera marziana arrivando nella zona prefissata per l'atterragio, qui pochi minuti prima di toccare il suolo aprirà il paracadute e i retrorazzi per potersi fermare sul terreno. In questo modo la sonda dovrebbe essere in grado di atterrare in un'area lunga 20-40 km.
Nella seconda decade del 2000 sono previste varie missioni con orbiter, rover e lander, che dovrebbero riportare sulla Terra altri campioni di rocce e di suolo marziani. I piani attuali prevedono che la prima di queste missioni verrà lanciata nel 2014 e la seconda nel 2016, ma l'intensificarsi delle missioni per Marte fa sperare in una "accelerazione" della schedula delle missioni, facendo anticipare la prima missione al 2011.
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