Советскую станцию «Марс-1» 1 ноября 1962 года вывела с Байконура ракета «Молния». Вскоре после запуска система ориентации стала терять газ. Аппарат успели закрутить, и это сохранило ему питание ещё на несколько месяцев работы.
Станцию разработало ОКБ-1, которым руководил Сергей Королёв. Садиться на Марс или выходить на его орбиту ей не предстояло: по плану аппарат пролетал мимо планеты, фотографировал поверхность и изучал её приборами. По дороге он измерял свойства космической среды и проверял, как работают аппаратура и радиосвязь вдали от Земли.
Станция весила 893,5 кг при длине 3,3 м. Она состояла из основного модуля для перелёта и отдельного отсека для изучения планеты. Снимать Марс должна была фототелевизионная установка, которая передавала изображения по радио. Для этого камеру нужно было точно навести на планету, а направленную антенну — на Землю. Положение станции удерживали датчики и небольшие двигатели на сжатом азоте.
За время полёта со станцией провели 61 сеанс связи и отправили на борт больше 3000 команд. Приборы регистрировали космическое излучение, магнитные поля и солнечный ветер (поток ионизированного газа от Солнца). Отдельные датчики фиксировали удары мелких твёрдых частиц. Оказалось, что метеорное вещество на пути к Марсу распределено неравномерно: участки с редкими ударами сменялись более «плотными». Станция пересекла поток Таурид, а ещё одно учащение ударов, по мнению учёных, могло объясняться прохождением через другой поток, который тогда не удалось отождествить.
Причиной неисправности стал негерметичный клапан, через который уходил азот. По воспоминаниям конструктора Бориса Чертока, отказ вызвали крошки канифоли, попавшие под седло клапана. Похожую неисправность затем воспроизвели на заводе. Чтобы солнечные батареи оставались освещёнными, аппарату придали вращение вокруг оси, нацеленной на Солнце. Однако корректировать траекторию и точно держать антенну на Землю после этого было уже нельзя.
Последний сеанс связи прошёл 21 марта 1963 года на расстоянии около 106 млн км. По расчётам, 19 июня станция прошла примерно в 200 тыс. км от Марса и ушла на орбиту вокруг Солнца. Снимков планеты получить не удалось.
