水手4號(Mariner 4)是美國發射的一系列以飛越方式進行的星際探險中的第4個火星探測器，並且是第一個成功飛越火星的太空船。它在1964年11月28日發射。它回傳了第一張火星表面的照片，並且是第一張從除了地球以外另外一個行星上拍的照片。同時，這張充滿了隕石坑、死寂世界的照片， 震驚了科學界。
水手4號是由美國宇航局設計製造的第2個火星探測器，它是在美國與蘇聯的冷戰對抗時期誕生的產物，於1964年11月28日發射。水手4號的設計，為執行近距離火星科學觀測, 並將結果傳回地球。其它的任務目標, 包括在火星附近執行行星際的地表及粒子測量，並提供行長途星際飛行的工程技術的經驗及知識。
水手4號太空船由八角形鎂合金結構組成，對角線長度1270公釐，高度457公釐。上面有四個長度為6.88米的太陽能面板，上方亦置有一直徑1168公釐的高增益碟形天線(parabolic antenna)。一個低增益全向天線(omnidirectional antenna)置於高增益天線旁的一2235公釐高天線杆。太空船總高度為2.89米。太空船底部的中間有一個電視相機(television camera)置於掃描平臺(scan platform)上。八角形框架裡容納了電子器材、纜線、中途推進系統(midcourse propulsion system)、及姿勢控制氣體供應調節器。大部份的科學儀器置於框架的外面。科學儀器，除了電視相機之外，還有磁力計、塵埃偵測器、宇宙射線望遠鏡、(trapped radiation detector)、太陽等離子偵測器(solar plasma probe)及離子室(蓋格計數器)。
太空船成功地執行了所有規劃的活動，並且回傳了有用的資料從發射至1965年10月1日，當時距離地球309.2百萬公里而天線方向使訊號取得暫時停止。資料獲取(Data acquisition)從1967年底回覆。宇宙塵埃偵測器在9月15日的15分鐘內記錄了17次，這一場明顯的微隕石雨暫時地改變了太空船姿勢而且很有可能稍微損害了溫度防護罩。後來推測太空船曾近距離飛越(估計20Gm)了粉碎的彗星或它的殘骸。
12月7日，姿勢控制系統裡的氣體已經用完了，接下來12月10日及11日發生了83次有記錄的微隕石撞擊，造成高度擾動及訊號強度的降低。1967年12月21日，與水手4號失去連絡。
水手4號導致了科幻小說的改變，從原本描述有智慧的外星人居住在太陽系其他行星上，到後來改為描述他們居住在其它恆星系統的行星上。
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