2009年，美國宇航局伸來了援手，歐空局與其簽訂了火星探測聯合倡議（MEJI），計劃使用兩枚“宇宙神”5火箭分次承擔發射任務。與此同時，此前拒絕歐空局的俄羅斯態度也開始積極起來，經過協商確定將“質子”號作為火星車發射的備用火箭。作為回報，Exomars火星車上會裝有俄制儀器，且ESA也會為俄羅斯的“福布斯－土壤”任務提供支持。
天有不測風雲，到了2012年，因預算超支，美國宇航局單方面退出了火星探測聯合倡議，使用“宇宙神”5火箭的計劃也無疾而終。在此情況下，備用方案開始登場。“質子”號火箭最終正式成為ExoMars的運載火箭。這個時候，俄羅斯也剛好需要歐空局，因為“福布斯－土壤”探測器發射失敗。在這樣的情況下，歐空局和俄羅斯宇航局於2013年再次達成合作：一是俄羅斯提供兩發“質子－M”火箭和所有發射服務；二是痕量氣體軌道器TGO上攜帶2件俄羅斯本來搭載在“福布斯－土壤”號的儀器；三是所有科學數據共享。
根據歐俄協議，ExoMars任務將利用“質子－M”火箭分兩階段運送火星探測設備：第一階段也叫ExoMars2016，歐空局發射“痕量氣體軌道器”（TGO）和試驗性的“斯基亞帕雷利”EDM著陸器。第二階段也叫ExoMars2018。歐空局的“羅莎琳 德·富蘭克林”火星車（Rosalind Franklin）和俄羅斯的“哥薩克”號登陸器（Kazachok）在2018年計劃發射。
歷史總是驚人的相似。歐空局的“痕量氣體軌道器”（TGO）於2016年抵達火星，2018開始掃描火星大氣以尋找甲烷，其攜帶的掩日與天底點光譜儀（NOMAD）和大氣化學光譜測量組合儀（ACS）可監測到低濃度甲烷。TGO重3.7噸，由俄羅斯“質子”火箭發射，其在火星軌道上工作時，光譜儀可觀測火星地表，繪制出火星表面的甲烷熱點地圖；此外，它還可獲得不同海拔高度上甲烷含量的詳細信息。TGO攜帶有600千克重的著陸器“斯基亞帕雷利”號，它被看作是“小獵犬2”號的繼任者。著陸器計劃火星赤道附近的子午線高原著陸，登陸後將依靠電池在火星表面工作數天，但不幸的是，“斯基亞帕雷利”號著陸前失去信號。
而ExoMars的第二階段也進展不順。2016年5月，歐空局宣布因為設備儀器的製造問題，將ExoMars2018延期2年，ExoMars第二階段改名為ExoMars2020。而在2020年3月12日，歐空局和俄羅斯宇航局再次決定將發射計劃推遲到2022年，ExoMars2020再一次變成了ExoMars2022。考慮到不停延期的“傳統”，ExoMars2022年能否真的按時發射，也要打上大大的問號。
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