美宇航局下属的喷气推进实验室说，这艘飞船的主要任务包括三个方面：首先，深入了解火星气候、火星表面演变历程以及水在这一历程中的作用；其次，寻找曾经适应生命活动，甚至现在也可能有生命的水环境；第三，寻找未来人类登陆火星的地点。
为了完成上述三个任务，科学家们为“火星勘测轨道飞行器”设计了三种探测模式：全球监控、地区性普查以及重点目标的高清晰度观察。项目科学家将从飞船的全球监控数据
中发现重点地区，再从对重点地区的普查数据中找出重点目标。
在不同的探测模式下，“火星勘测轨道飞行器”将使用不同的探测设备。比如，火星彩色成像仪将用于全球监控，它能从可见光和紫外线两个频谱，以180度的视野拍摄火星表面。它视野广阔，但分辨率只有1至10公里，适合拍摄大范围彩色照片。在这一模式下，还可以使用气候探测仪来观察火星大气中水、沙尘和二氧化碳的循环情况。
而在地区性普查模式下，飞船搭载的背景照相机就会发挥作用，它能拍摄方圆30公里的地区，分辨率相当于一个网球场大小。在这一模式下还可以使用浅表层雷达，探测火星表面以下1公里深度的地质构造。
飞船搭载的科学探测仪器中，分辨率最高的是高清晰度成像实验设备，它将应用于重点目标观察模式。它能在方圆6公里的地域中分辨出一张椅子来，精度达到25厘米。
“火星勘测轨道飞行器”的科学探测阶段将从2006年11月开始，2008年12月结束。在这两年时间里，来自不同大学和研究机构的科学家将组成6个小组，分别负责不同的探测设备，而喷气推进实验室负责整个项目的协调和飞船控制。（陈勇）
