萤火系列计划
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中国火星探测計劃原计划分三個階段[3]：
階段1：火星环绕探测，并开展软着陆技术验证。
階段2：火星软着陆，开展火星就位探测。
階段3：火星采样返回。
主条目：萤火一号
萤火一号原计划是為了參與中国国家航天局、欧洲空间局、俄罗斯联邦航天局等國合作的探測火星計畫，以此計畫為藍本中方可附帶一顆小型衛星，共發射兩顆探測器衛星，等於是中方及俄方各一顆，於是加速開發出迷你探測機萤火一号，原预计於2009年順便搭载俄罗斯的联盟号运载火箭發射，2012年10月注入火星轨道，进行环绕火星的探测任务。但2009年6月成品抵達俄羅斯後，因俄方延遲，宣布推迟到2011年发射。2011年11月8日协调世界时20:16（北京時間9日凌晨04:16），萤火一号和俄罗斯的“福布斯-土壤”卫星一起搭载天顶-2SB运载火箭，从哈萨克斯坦境内的拜科努尔航天中心，成功发射。可是7小时后，俄方宣布福布斯-土壤卫星未能按计划实施变轨。2012年1月15日17时45分，返回地球大气层，在太平洋上空烧毁。中方首次火星探测计划失败。
"萤火一号"发射前，中国就决定“下一次探测火星将是完全自主的、开放国际参与的火星探测”，即使用中国国产的长征系列运载火箭实施发射，同时建设自己的深空测控网[3]。2011年“萤火一号”发射失败后，这一决定得到确认[4]。中国嫦娥一号卫星系统总指挥兼总设计师、中国科学院院士叶培建建议中国的火星探测能同时创新地实现火星绕、落探测，而当时世界上还没有国家在一次火星探测任务里同时完成这两项任务[5]。
2012年8月，清华大学宇航技术研究中心尤政副主任向记者透露，萤火二号正在研制中，但“火星并不是中国深空探测的主要目标”。[6][7][8]
天问计划筹备
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2020年7月21日 星河满目无悔青春！ 火星探测任务背后的年轻力量
2020年7月22日 小新的Vlog 火星探测器发射在即 记者揭三大看点
2016年4月22日，国家航天局局长许达哲表示，“我国的火星探测计划今年1月11日已经正式立项，计划于2020年左右发射一颗火星探测卫星，一步实现绕火探测和着陆巡视”，“将研究火星的土壤环境、大气、以及水等话题[9]。”
2016年8月23日，工程名稱和圖形標識全球徵集活動啟動[10]。
2016年10月10日，中华人民共和国重大科技工程首次啟用形象大使，中國三大男高音（魏松、戴玉强、莫華倫）、袁莎、郎平、姚明、譚盾、郎朗、TFBOYS（王源、王俊凱、易烊千璽）、《三體》作者劉慈欣等12位名人获選聘，以增進廣大群眾對中國實施火星探測工程重大意義的深刻理解，鼓勵青少年對科學知識的強烈追求[11]。
2018年6月，在联合国外空司的演讲中，中国首次火星探测任务和中国火星采样返回任务分别被暂时命名为“火星一号”和“火星二号”。[12]
2020年4月24日，国家航天局在2020年中国航天日启动仪式上宣布，将中国行星探测任务命名为“天问”，将中国首次独立火星探测任务命名为“天问一号”[13]。
2022年5月，中国火星采样返回任务确认命名为“天问三号”。[14]