2020年我国有两项对地外天体的重大探测活动：执行首次火星探测任务的“天问一号”和首次月球采样返回任务的“嫦娥五号”。由于对运载能力的高要求，这两项发射任务自然只能由我国现役最大的运载火箭——长征五号担纲发射主角。新一代大型运载火箭长征五号，大幅度提升了我国自主进入空间的能力，达到近地轨道（LEO）运载能力25吨级、地球同步转移轨道(GTO)运载能力14吨级。为实施载人航天空间站工程、探月工程三期、探火工程等重大航天工程项目提供高性能运载工具。

对月球及更远的天体或空间开展的探测活动普遍认为是深空探测。同是深空探测任务，火星与月球环境差异显著，这些差异给火星探测器发射任务的设计要求带来了质的变化，为适应这些特殊变化，需要相关关键技术。火星与月球探测器发射的差异主要表现目标天体运动规律不同。月球是地球的天然卫星，主要在地球的引力作用下绕地球公转，而火星是行星，与地球同在太阳的引力作用下绕太阳公转。这种差异对发射任务轨道设计的要求截然不同，比如在发射窗口方面，理论上月球探测每个月都有发射机会，而火星探测每26个月才出现一次发射机会（此时地球与火星处于相对较近位置），对整个任务的总体设计、可靠性设计、计划管理等方面提出了更高的要求。

火星探测任务约束条件和设计状态复杂，运载能力、发射窗口、测控通信能力等总体指标与发射能量、近火制动能量、射向、航落区安全、中继轨道、任务轨道、着陆时机、有效载荷工作模式、科学探测数据量等关键因素密切耦合，是典型的非线性、多目标问题，多系统密切配合，通过开展发射轨道与飞行轨道一体化设计，可靠发射等专题研究，进行综合权衡与优化，保证各项总体指标协调匹配、总体最优。

首次火星探测任务计划于2020年7月至8月择机在文昌航天发射场，使用长征五号运载火箭直接将火星探测器发射至地火转移轨道。

此次发射最大的看点是“胖五”将首次飞出11.2千米/秒的第二宇宙速度，托举探测器完全脱离地球引力，奔向火星。第二宇宙速度也称为逃逸速度，达到这一速度的航天器将成为围绕太阳运行的人造行星。

“胖五”提供的发射能量（也就是分离时探测器动能和势能的总和）将是探测器飞往火星的主要能量来源。探测器与运载火箭分离后，将开启漫长的奔火之旅，大约要飞行7个月的时间，期间还需要经过中途修正，修正轨道偏差。在靠近火星附近时探测器将实施制动，实现被火星的引力场所捕获，进入周期约10个火星日的环火椭圆轨道，再择机实施轨道机动，进入周期约2个火星日的椭圆停泊轨道，完成着陆区预先探测和着陆点调整后，择机释放着陆巡视器。环绕器随即进行轨道调整，进入中继通信轨道。

着陆巡视器与环绕器分离后，进入火星大气，通过气动外形、降落伞、反推发动机等多级减速和着陆腿缓冲，软着陆于火星表面。巡视器与承载平台分离，在火星表面开展巡视科学探测。