当美国宇航局的 "毅力"号探测器在今年2月登陆火星，收集火星岩石样本以寻找古代微观生命时，多任务火星样本返回活动开始了。在毅力号的43个样品管中，有四个已经装满了岩芯，一个装满了火星大气。火星样本返回号试图将选定的试管带回地球，在那里，几代科学家将能够用强大的实验室设备对它们进行研究，而这些设备的体积远大于送往火星的设备。
火星样本返回任务包括了一个以火箭为动力的下降阶段，将一个样本回收的漫游车和一个上升飞行器降到表面。上升飞行器位于大圆筒中，保护它不受恶劣的火星环境的影响。太阳能电池板处于折叠状态的漫游车坐在它的右边。上升飞行器将接收由以前任务收集的火星岩石样本，并由这个漫游车取回。然后，它将把这些样品发射到火星轨道上，与一个携带这些样品返回地球的航天器会合。
将这些样本送入地面实验室将需要十年时间，并涉及欧洲合作伙伴和美国国家航空航天局的多个中心。欧空局（European Space Agency）正在为这项工作开发一个漫游车，由位于俄亥俄州克利夫兰的NASA格伦研究中心的工程师设计其车轮。漫游车将把样品转移到一个着陆器上，该着陆器由位于南加州的美国宇航局喷气推进实验室开发，它将使用一个机械臂（由欧空局开发）将样品装入一个小型火箭，称为火星上升飞行器，由位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国宇航局马歇尔空间飞行中心设计。
火箭将从着陆器上发射，将样本舱送到围绕火星运行的欧空局航天器上。在轨道器内，太空舱将被准备好，以便通过由位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心领导的一个团队正在开发的硬件运送到地球。这一准备工作将包括将样本舱密封在一个干净的容器内，以捕获里面的任何火星物质，对密封进行消毒，并在返回地球之前将密封容器放入一个地球进入舱。
为了开发着陆器，以及帮助从其上发射装满样本的火箭的系统，美国宇航局JPL的工程师们正在从漫长的火星探索历史中吸取经验。JPL已经领导了九次成功的火星登陆，包括漫游车和固定的登陆器。但是样品回收着陆器将是有史以来前往火星的最大、最重的航天器，而从它上面发射的火星上升飞行器将是有史以来在火星上发射的第一枚火箭。