Le programme Mars Sample Return, est un programme visant à ramener 500 grammes d'échantillons martiens sur Terre.
Il s'agit d'un orbiteur qui fera la liaison Terre-Mars, lors d'une opposition pour un temps de voyage réduit (l'opposition est une situation dans laquelle la Terre et Mars sont les plus proches).
Arrivé en orbite martienne l'orbiteur larguera un atterrisseur (lander[(lien)](en)) qui se posera à la surface de Mars, il y collectera des échantillons soit à l'aide d'une pelle au bout d'un bras mécanique, soit à l'aide d'un robot qui ramènera les échantillons à l'atterrisseur. Ensuite une mini fusée décollera de l'atterrisseur, rapportera les échantillons en orbite, ceux-ci seront capturés à l'aide d'un "filet à papillon" par l'orbiteur.
Celui-ci fera le trajet inverse, se positionnera en orbite terrestre et larguera les échantillons qui reviendront sur Terre dans une capsule protégée pour la rentrée atmosphérique.
Il est prévu que les échantillons soient conditionnés dans un laboratoire de type P-4 (cinq niveaux de sécurité maximum). Les échantillons seront dans un premiers temps divisés en deux parties, la première sera scellée pour une période de 20 ou 30 ans le temps que les générations futures acquièrent une avancée technologique suffisamment importante. La deuxième partie sera d'abord étudiée par des robots dans un environnement reproduisant les conditions martiennes.
Selon les dernières informations, le programme d'un retour d'échantillons martiens est entre autre victime de la redistribution des budgets de la NASA en 2006. (Source: Der Spiegel (Allemagne))