天问一号探测器由环绕器、着陆器和巡视器组成,总重量达到5吨左右。环绕探测是火星探测的主要方式之一,也是行星探测开始阶段的首选方式。环绕器要完成的主要科学探测任务包括五大方面:火星大气电离层分析及行星际环境探测;火星表面和地下水冰的探测;火星土壤类型分布和结构探测;火星地形地貌特征及其变化探测;火星表面物质成分的调查和分析。天问一号环绕器搭载了7台有效载荷,用于火星科学探测,包括七个部分:(1)中分辨率相机,绘制火星全球遥感影像图,进行火星地形地貌及其变化探测,如火星表面成像、火星地质构造和地形地貌研究。(2)高分辨率相机,获取火星表面重点区域精细观测图像,开展地形地貌和地质构造研究。(3)环绕器次表层探测雷达,利用高频电磁波的穿透特性对行星表面和内部结构的岩性、电磁参数及主要组成成分进行探测研究;利用探测器星下点高度,开展火星表面地形研究;开展行星际甚低频射电频谱研究。(4)火星矿物光谱分析仪,分析火星矿物组成与分布;研究火星整体化学成分与化学演化历史;分析火星资源及其分布。(5)火星磁强计,探测火星空间磁场环境,研究火星电离层及磁鞘与太阳风磁场相互作用机制。(6)火星离子与中性粒子分析仪,对火星等离子体中的粒子特性进行研究,了解火星大气的逃逸;研究太阳风和火星大气相互作用、火星激波附近中性粒子加速机制。(7)火星能量粒子分析仪,研究近火星空间环境和地火转移轨道能量粒子的能谱、元素成分和通量的特征及其变化规律;绘制火星全球和地火转移轨道不同种类能量粒子辐射的空间分布图;与磁强计、离子和中性粒子分析仪等联合研究近火星空间能量粒子辐射与大气的关系、太阳风暴能量粒子事件对火星大气逃逸的影响与相互作用的规律以及火星粒子加速与输运过程。