ExoMars

该计划自2000年代早期开始就碰上许多政治和财政上的问题。该计划原始概念是ESA的旗舰任务－曙光女神计划的一部份，是一台大型的机械探测车，且该计划在2005年12月由欧洲的太空相关机构批准。该计划原本在2011年发射，但该计划重要成员国意大利因为财政因素造成了该计划的第一次推迟。

2007年加拿大麦克唐纳·迪特维利(MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd., MDA)宣布它们获得一纸EADS Astrium的一百万欧元合约为ESA进行将用于ExoMars火星车的底盘的开发。

2009年7月NASA和ESA同意进行新的火星探测联合任务（Mars Joint Exploration Initiative），明显改变了ExoMars任务的财政和技术状况。同年6月19日，当该火星车仍计划由火星微量气体任务卫星背负发射时，报告表示ExoMars可能失去足够的重量以配合与NASA的卫星一起用Atlas火箭发射

2009年8月，俄罗斯联邦航天局和ESA公布将在两个火星探测计划进行合作：俄罗斯的火卫一-土壤号和ESA的ExoMars。尤其ESA确定可在包含俄罗斯制造的酬载时使用质子号运载火箭作为ExoMars的备用的发射载具。

2009年10月，火星探测联合任务（Mars Exploration Joint Initiative, MEJI）的一篇报告表示，该探测任务将分成两部份：2016年先发射一台地面测站和一颗环绕卫星；2018年再发射一台火星车。NASA在这两部分都扮演相当重要角色，其中包含了使用用两座Atlas V火箭发射。这初步计划可能明显地使技术和科学上的目标以及可支配预算达到妥协。

2009年12月17日，ESA正式批准了与NASA合作的分成两部分的火星探测计划，这个将分成两部份在2016年和2018年执行的计划预算确定为8亿5千万欧元（12亿3千万美金）。另需要在2011年底或2012年初ESA的会议上请求批准1亿5千万欧元的预算以执行任务。但不同于一些ESA的计划，ExoMars的预算将不含20%的保证金超支。

ExoMars主要的科学任务如下：

寻找火星生命在过去或现在在火星上的生物标记。确定火星表面下浅层的火星上的水和地球化学分布模式。研究火星环境以研判未来载人火星任务的危险性。调查火星表面下与地下深处以更加了解火星的演化和适居性。逐步实现将火星样本取回的任务。 此任务必须发展的技术如下：

登陆火星任务的更大酬载。在火星上利用太阳能。使用钻孔机在火星表面下二米处收集岩石样本，这个深度的岩石不会受到紫外线、氧化与高能离子分解[15]。发展探测车在火星表面探索的能力。

在目前的计划中，ExoMars将由三个或四个探测器构成，并由两座火箭在佛罗里达州发射：

贡献单位2016年发射计划2018年发射计划发射载具: Atlas V 411发射载具: Atlas V 551火星微量气体任务（未定）登陆系统：火星科学实验室的太空吊车65 kg 火星天体生物学发现－收集者 (Max-C)探测车火星微量气体任务 (TGM) 卫星270 kg ExoMars 600 kg 固定式气候测站控制进场、下降和着陆系统（Entry, descent and landing system, EDL）

2016年发射计划

火星微量气体任务

火星微量气体任务卫星

主条目：火星微量气体任务 火星微量气体任务(Mars Trace Gas Mission, TGM)卫星预定在2016年1月发射，将搭载1台ExoMars固定式登陆气象测站，并将绘制出火星甲烷和其他气体来源地图，以协助选择2018年发射的ExoMars火星车登陆地点。火星大气层出现甲烷激起许多人的兴趣，因为这可能是火星至今仍有生物活动或地质活动的证据。火星车于2018/2019年到达后，卫星将改用低轨道，并增加资料传输中继卫星的用途。该卫星也许可以进行延伸任务至2020年代。

[编辑] 固定式登陆测站 最初计划中的固定测站是会使用11个仪器组成的“洪堡酬载”（Humboldt payload）以进行火星内部深处的地球物理调查，但在2009年第1季的复审后被要求向下修正，因此洪堡地球物理组件全数遭到取消。虽然目前和NASA合作并通过新的酬载复审，决定将使用两座火箭发射所有系统元件；但覆审中决定先发射使用ESA技术的降落与登录系统技术登陆测站，使酬载量将受到明显限制。

控制进场、下降和着陆示范模组将使欧洲国家拥有在火星表面降落时进行可控制定向着陆与接地速度的技术。进入火星大气层之后该模组的杜卜勒雷达高度计和惯性测量单元会使模组展开降落伞和启动一连串的定向、导航与控制系统以完成登陆。之后该系统将以on-off模式启动多个推进器控制阀使液压推进系统进行半软式的着陆。

该登陆测站被预期将在火星表面以电池的多余电力使用短时间（约8个火星太阳日）。预定登陆地点是子午线高原(Meridiani Planum)，因为当地地形相当平坦，并无许多岩石，是使用气囊系统进行登陆的理想地点。

2018 年发射计划

目前的计划建议使用NASA开发的太空吊车控制进场、下降和着陆系统(Entry, descent and landing, EDL)以将2台火星车一起送到火星表面。

如果有2台火星车在火星表面同一地点，将可在科学研究与仪器上进行互补，以减少资源重复。在同一地点操作两台火星车的优点如后：两台火星车互相拍摄、类似地质探测目标交叉分析、可能包含MAX-C火星车上的低频透地雷达和接收ExoMars上的WISDOM透地雷达以建立火星车之间地下构造图、MAX-C也许可以从ExoMars取得和收集最有科学研究价值的地下土壤样本。

[编辑] ExoMars 探测车

2005年柏林国际航太展（Internationale Luft- und Raumfahrtausstellung, ILA）中的ExoMars旧模型

ExoMars火星车是一台六轮高自动化的越野车，重量约270公斤，比NASA的精神号和机会号火星探测漫游者重约100公斤。暂定计划考虑将重量降低至207公斤。酬载仪器将包含一个10公斤的“巴斯德酬载”(Pasteur Payload)和一个2公斤的钻孔机。

ExoMars的运送模组将在太空吊车登陆系统能够以高准确度进行软着陆后，以双曲线轨道传送降落模组到火星。当安全登陆火星表面后，火星车将以太阳能进行为期180个火星太阳日（6个月）的任务。为了解决因为通讯延迟造成的遥控上的困难，EoxMars将使用视觉地形导航的自动控制程式，该系统从安装在柱子顶端的全景摄影机和红外线摄影机取得压缩的立体影像，并有独立维持功能。该系统可以从一对导航用的立体相机建立数位地读，并可自动找寻路线。避免近迫碰撞的摄影机系统则是用来确保火星车的安全，可使火星车每日行进约100米。在登陆艇被释放以及登陆火星表面以后，火星微量气体任务卫星将作为火星车的通讯中继卫星。

[编辑] MAX-C 探测车

火星天体生物学发现－收集者（Mars Astrobiology Explorer-Cacher, MAX-C）探测车示意图

主条目：火星天体生物学发现－收集者 在目前的计划中，ExoMars将和另一个较轻的NASA火星车，火星天体生物学发现－收集者（Mars Astrobiology Explorer-Cacher, MAX-C）一起发射。这将是首次有两台火星车在火星同一个地点探测，以互为补充。例如两台火星车可组成双基式雷达（bistatic radar）。MAX-C火星车将收集、分析以及储存最有研究价值的资料以作为未来将样本取回地球之用。

在与NASA的合作案中，NASA将提供两座Atlas V火箭，分摊ExoMars系统的重量。

ESA和俄罗斯联邦航天局已经有ExoMars的合作协议，包含备用的发射载具和提供酬载仪器做为任务的支持。备用的发射载具是质子号运载火箭；这是一款四级的火箭，曾用来发射礼炮6号、礼炮7号、和平号太空站和国际太空站的部份组件。

如果该计划将与NASA合作，将会使用配合火星科学实验室开发的天空吊车进行登陆。

File:Marwrth Vallis themis.JPG 马沃斯峡谷因为有火星可能曾经存在水的线索而成为登录候选地点之一。

在2007年11月，可能的登陆地点如下：

马沃斯峡谷尼利槽沟子午线高原霍尔登撞击坑盖尔撞击坑 2009年时在火星表面发现了甲烷的来源，而这些区域成为相当值得探索的地点。甲烷在火星出现激起了许多人的兴趣，因为这可能来自火星表面的生物或地质活动；且不论原因为何都是相当重要的发现。甲烷是在广泛分布的热柱区出现，这表示甲烷在分散的区域中被释放。资料显示可能有两个区域是火星甲烷的来源：第一个是中心靠近 30° N, 260° W 的区域；第二个则靠近 0°, 310° W。为了选择最佳的登陆地点和可靠的通讯，现已决定将火星微量气体任务在2016年发射，以事先将甲烷的季节产生量绘制成分布图 。探测车即可探测卫星判定的甲烷来源区。

火星线在的环境对于生物在表面繁殖是相当不利的：火星表面太过于干冷，且表面暴露于强烈的紫外线和宇宙射线。尽管有这些险恶条件，低阶的微生物仍可能生存于被保护的地表下或者是岩石缝隙甚至岩石内。ExoMars将使用多种科学仪器进行环境生物物理、火星过去与现在的适居性和可能的火星表面生物特征研究。ExoMars首次的科学仪器提案（2004年）如下：

摄影系统

ExoMars上的全景摄影系统(Panoramic Camera System, PanCam)是用来合成数位地形图作为火星车导航与显示火星岩石表面可能的古生物活动造成的地质特征。该系统有两台广角摄影继拍摄多光谱立体全景影像，以及一台高分辨率摄影机拍摄高解析彩色影像。PanCam也可拍摄难以到达区域的高分辨率影像的方式支援其他仪器的科学量测；例如撞击坑或岩壁。另外，也可以协助进行太空生物学研究最佳地点的选择。

钻孔机

ExoMars上的钻孔机可以取得最深2米的土壤样本，可适用于各种土壤。钻孔机可取得土壤或岩石的岩心样本（约直径1厘米，长度3厘米大小）并将样本带到火星车的样本盒内进行分析。钻孔机内装设了火星表面下研究多光谱摄影机(Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies, Ma-Miss)，这是一台小型的、可探测钻孔的红外线摄谱仪。该系统将进行两个完整的垂直钻孔2米深实验循环（每次取得4份样本）。这表示至少将取得17份样本并进行后续分析。

分析仪器

以下ExoMars上的仪器将用来研究收集到的样本：

火星有机分子分析仪 (Mars Organic Molecule Analyzer, MOMA)包含一个雷射脱附离子源和气相层析质谱分析仪。雷射脱附离子源可以使有机分子蒸发，即使该种分子并非挥发性。气相层析质谱分析仪则可以用气相层析的方式分离出高挥发性的小分子。最后分析出来的分子将以四极离子阱进行分析。红外线摄谱仪 (Infrared imaging spectrometer, MicrOmega-IR)可以使用红外线光谱分析以钻孔机收集的矿物粉末。可使用该仪器对矿物组成进行详细研究以了解火星某区域的地质演进、构造以及成份。这些资料将会是了解火星过去和现在地质作用和环境的关键。因为该仪器也有摄影的功用，也可使用该仪器来确定火星表面特定的砂石颗粒，并且可将这些砂石作为火星有机分子分析仪和拉曼光谱仪的观测目标。火星X射线衍射仪 (Mars X-Ray Diffractometer, Mars-XRD) - X射线的粉末衍射可以精确测定晶体矿物的成分[36][37]。该仪器包含一个X射线荧光光谱仪以分析矿物内原子组成资讯[38]。拉曼光谱仪 (Raman spectrometer, Raman)将作为红外线摄谱仪的补充，以提供地质和矿物成分资讯。拉曼光谱仪可以有效判定形成过程和水相关的矿物[39][40][41]。透地雷达，又称为WISDOM (Water Ice and Subsurface Deposit Information On Mars)，将用来探测火星表面以下状况以判定地层和选择适合的地层进行取样本分析[42]。该系统使用两个位于车体后半部上方的小型韦瓦第天线（Vivaldi-antenna）。进入地下的电磁波会在土壤电磁参数突然改变的地方反射；科学家可依照电磁波反射状况以建立地表下可能的地层图和选定地表下2至3米的探测目标，以配合钻孔深度最深可达2米的钻孔机。探测资料将与全景摄影机和收集的样本分析资料整合以帮助进行钻孔探测[43]。火星表面下研究多光谱摄影机 (Mars Multispectral Imager for Subsurface Studies, Ma-MISS)是依台装在钻孔机内的红外线摄谱仪。Ma-MISS可以观测钻孔机所钻出的孔壁以研究地层、确定地球物理环境、形成与水相关矿物的分布与状态。Ma-MISS分析未暴露在表面物质的资料和光谱仪取得的资料将是研究火星岩石如何形成的决定性资料[44]。