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火星2號是蘇聯於1970年代進行的火星計劃的一部分。火星2號與火星3號完全相同，均包括了一個軌道飛行器和一個著陸器[1]。它於1971年5月19日協調世界時16時22分44秒由質子K型運載火箭發射。
探測器升空時，軌道飛行器重3440千克，著陸器重1210千克，軌道干質量2265千克。機體高4.1米，寬2米（太陽能板展開時，寬度為5.9米）[1]。這是第一個在火星表面著陸的人造探測器，但最終著陸器於降落時墜毀在火星表面，因此沒有獲取任何探測數據和圖像。軌道器則一直工作到1972年[2]。
軌道飛行器運行於近拱點高度1380千米，遠拱點高度24940千米的火星軌道上。軌道周期為18小時，傾角48.9度。每次運行到接近遠拱點位置時，軌道器上的科學儀器將工作30分鐘左右。
軌道飛行器的主要科學任務有：繪製火星表面和雲層圖像；測量火星溫度；研究火星表面地形、土壤構成和物理特性；測量火星大氣的性質；檢測太陽風、星際磁場以及火星磁場。另外，軌道飛行器還在著陸器和地球之間扮演了信號傳遞者的角色[1]。
1971年11月至次年3月間，火星2號的軌道飛行器傳回了大量的數據。1972年8月22日，在軌道器繞火星運行362圈後，科研人員正式宣布，火星2號完成了它的使命。在本次探測計劃中，火星2號與火星3號共送回了60張照片[3]。它們所獲得的照片和數據首次向人類顯示了火星表面高達22千米的山峰、大氣層上端大量的氫原子和氧原子、從零下110攝氏度到13攝氏度的地表巨大溫差、5.5至6毫巴（55至60千帕）的大氣壓、比地球低5000倍的水蒸汽含量以及高達7千米的紅色塵暴等等。這些圖片和數據為繪製火星表面立體圖、研究火星重力和磁場提供了重要的信息。
火星2號的著陸系統與推進系統分別裝載在軌道器的兩端。著陸系統包括了一個直徑為1.2米的圓形著陸倉、一個直徑2.9米的錐形氣動減速罩，一個降落傘系統以及減速火箭。整個著陸系統滿載燃料後重量為1210千克，其中著陸倉重358千克。燃燒液態氮氣的微型引擎是著陸系統的動力來源，另有4個引擎裝載在減速罩的外側以控制降落角度。著陸器的頂部則裝載了主、副減速傘、引擎和雷達高度儀[1]。
根據設計，倉內使用泡沫來吸收著陸時的震動。當著陸倉成功著陸後，上端會有4片三角形翼瓣打開，調整著陸倉的位置並使得儀器和火星車可以開始工作。
著陸器配備了用於測量火星大氣成分的質譜儀，2個360度全景攝像機，溫度、氣壓和風力風向傳感器，還有用於探測火星地表化學性質和結構的儀器。其中包括一個用於尋找有機物質和生命跡象的機械鏟。它還攜帶了一面帶有蘇聯國徽的旗幟。通過倉頂的4根天線，著陸器可以和軌道飛行器進行無線通訊。工作期間整個著陸器的能量來源是由軌道器提前為其充電的蓄電池。
為了防止著陸器上的沾染物干擾火星的生態環境，發射前，著陸器已被全面消毒滅菌。
1971年11月27日，著陸器與軌道艙分離，大約4.5小時候到達火星。在著陸器以大約6千米/秒的速度進入火星大氣後，著陸系統出現故障，未按預定程序控制著陸器的降落。最終減速傘未能打開，著陸器墜落在火星北緯4° ，西經47°的地方。事後猜測，導致著陸失敗的原因可能是著陸器進入火星大氣的角度過於傾斜。此外，當時火星正發生沙塵暴，可能也有影響。
雖然火星2號的著陸器墜毀了，但是它仍然是第一個到達火星表面的人造物體[4]。
火星2號的著陸器裝載了一個4.5公斤的火星車。根據設計，雖然它可以在火星表面移動，但一根15米長的纜線始終令火星車與著陸器相連。由於地球和火星車通信延時非常久，因此不採用全程遙控，而是通過在火星車上安裝兩根探測金屬棒，使火星車可以自主繞過障礙。 火星車上安裝了動力圓錐觸探儀和輻射密度計。
根據計劃，當火星2號著陸之後，機械臂將會把火星車放置在地面上，火星車將在著陸倉攝像機的視野範圍內移動，並每隔1.5米進行測量。火星車移動所留下的痕跡也將會被記錄，並用來研究土壤的性質。但是由於著陸器墜毀，火星車沒有進行任何工作。
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