2 декабря 1971 года автоматическая межпланетная станция «Марс-3» впервые в истории совершила мягкую посадку на четвёртую планету от Солнца — Марс.
Автоматическая межпланетная станция «Марс-3» была полностью идентична «Марсу-2» и была запущена 28 мая 1971 года в качестве дублёра на случай, если с «Марсом-2» случится нештатная ситуация. О полёте автоматической станции «Марс-2» мы ранее писали.
В отличие от своего «близнеца», станция «Марс-3» успешно выстроила посадочную ориентацию и отделила спускаемый аппарат в 12 часов 14 минут по московскому времени 2 декабря 1971 года. Через 15 минут сработал твердотопливный двигатель спускаемого аппарата для перехода с пролётной траектории на траекторию посадки на планету в расчётной точке.
Полёт от разделения до входа в атмосферу планеты продолжался 4,5 часа. В 16:44 спускаемый аппарат вошёл в атмосферу Марса на скорости 5800 метров в секунду и начал процесс аэродинамического торможения. Когда аппарат затормозил до скорости, близкой к скорости звука, у него раскрылся купол основного парашюта. За 30 метров до поверхности по команде радиовысотомера был введён в действие твердотопливный двигатель мягкой посадки.
На скорости 20,7 метров в секунду спускаемый аппарат совершил посадку на поверхность Марса в 17:50. После отстрела теплового щита при посадке пенопластовое покрытие станции защитило научное оборудование внутри от ударной перегрузки.
Впервые в истории нашими учёными и инженерами была выполнена такая сложная научно-техническая задача, как мягкая посадка на Марс. На момент разработки станций «Марс-2» и «Марс-3» сведений о рельефе поверхности планеты и её атмосфере было крайне мало. Несмотря на крупный успех, станция (как спускаемый аппарат, так и орбитальный отсек) не выполнила изначальный полётный план.
Через полторы минуты после посадки спускаемый аппарат начал передачу панорамы окружающей поверхности. К сожалению, из-за повреждений аппарата при спуске через атмосферу и посадке, передача прекратилась через 14,5 секунд после начала; станция успела передать лишь 79 строк фототелевизионного сигнала. Полученное изображение представляло собой серый фон без деталей.
Связь со спускаемым аппаратом была потеряна.
Помимо фототелевизионных камер на спускаемом аппарате был установлен первый в истории марсоход — небольшой прибор «ПрОП-М» (прибор оценки проходимости), который должен был впервые провести пассивный химический анализ марсианского грунта и оценить возможность передвижения на поверхности планеты.
Орбитальный отсек после торможения у Марса вышел на орбиту искусственного спутника планеты с нерасчётными параметрами — 1530 х 214 500 километров (в одиннадцать раз больше в апоцентре, чем было запланировано). Аппарат, как это было и с орбитальным отсеком «Марса-2», начал испытывать проблемы с выполнением основных задач.
Несмотря на проблемы, аппарату удалось выполнить часть научной программы — было проведено четыре сеанса фотосъёмки Марса в разных электромагнитных диапазонах, включая видимый.
Несмотря на частичную неудачу — потерю связи со спускаемым аппаратом и неполное выполнение программы орбитальным зондом, миссия «Марс-3» доказала принципиальную возможность осуществления сверхсложной операции — мягкой посадки на Марс в условиях крайне ограниченных знаний о планете. Был получен бесценный инженерный опыт по теплозащите, парашютным системам, работе двигателей мягкой посадки в марсианских условиях. Данные орбитального модуля и сам факт успешного приземления стали фундаментом для всех последующих марсианских миссий, включая современные.
К сожалению, первая в истории мягкая посадка на Марс для отечественной космонавтики оказалась единственной.