美国、前苏联的探测活动带动了月球科学的发展，并且促生了人类对探索月球的欲望，到了21世纪，月球探测活动又进入了一个高潮，欧盟、日本、印度等国家也制定了相应的探测计划，为人类征服月球奠定了基础。
伊巴谷：测定地月距离第一人
伊巴谷，公元前约190年出生于小亚细亚（今土耳其），约卒于公元前120年。这位古希腊天文学家发明了许多用肉眼观察天象的仪器，测定了月亮视差，是三角学的奠基人，发现了追踪太阳在天空中的运行路径；提出通过月食测定太阳—地球—月球系统的相对大小。
伊巴谷通过观测室女座中的角宿一，伊巴谷发现了分点的岁差（恒星经过几世纪造成的位移）。他也将太阳年的计算精确到实际长度的7分钟之内，并估算出太阳和月亮到地球的距离。在他去世后的几个世纪中，他的研究成果都未遇到挑战。伊巴谷一生的大部分时间都在罗得岛度过，并终老于该岛。他长期在罗得岛上进行天文观测，编制出了约含850颗恒星的星表。这么多星星怎么区分呢？伊巴谷按照亮度将恒星划分为6等，最亮的20颗星是1等星，而6等星指那些刚刚能为肉眼看见的恒星。这种分类方法一直被后人所借鉴。
人类探月之路为了更准确地观测天体，伊巴谷制作了许多仪器。由于他的大部分著作都已失传，他的成就只能从旁人的著作中得到了解。人们描绘伊巴谷发明了一种“瞄准器”，一根约2米长的木杆上，有沟槽可容一个挡板在其中滑动，在木杆的一端竖立一块有小孔的板，人眼从小孔中观察星体，同时滑动挡板，使它刚好遮住目标。根据挡板与小孔之间的距离及挡板的宽度，就可以算出被测物体的相对大小，或星空中两点的视距离。他还发明了一种星盘，可以测天体的方位和高度。人们还传说他制作过一个天球仪，刻在上面的恒星数目比他列在星表上的还多。
伊巴谷认为通过观测日食可以测定地月距离，但需要2个地点的观测数据。在土耳其附近，人们看到了日全食；而在经度接近而纬度不同的亚历山大城，只能看到日偏食，月球最大遮住了太阳的4／5。由此，他推算出了月球的视差，他也将太阳光处理为平行照射到地球上。他的计算结果是，月球直径是地球的1／3，月地距离是地球半径的605倍。第一个数据偏大了一点，对于第二个数据，按照现在的测量结果，月地距离是地球半径的6034倍。由于埃拉托色尼已经给出了地球半径的数据，于是伊巴谷得到了月地距离的真实数据。让我们替伊巴谷算一下：38400×605／（2×314）千米：37万千米。现代的月地距离数据是38万千米。
伊巴谷的太阳数据误差较大，主要还是受阿里斯塔克的数据影响。伊巴谷算出的太阳直径是地球直径的12倍多，而实际太阳直径超出地球达100倍之多；他的日地距离是地球半径的2500倍，而实际是2万多倍。
伊巴谷被公认是古希腊最伟大的天文学家，不过当时天文学家对宇宙结构的看法现在看来是错误的。古希腊的天文学家想当然地认为，圆形是最完美的图形，所以天体的运动轨道必定是圆形的，而且运动速度是匀速的。按照当时普遍的说法，地球是宇宙的中心，那么地球就是所有天体圆形轨道的圆心。然而实际观察时，人们发现行星运动时快时慢，还有逆行开“倒车”的现象。为了解释这些现象，伊巴谷综合前人的成果，认为地球并不在圆心位置，而是在圆心附近，稍稍偏离了圆心。因此从地球上看过去，行星的速度会时快时慢；他还认为行星本身先沿着一个小圆轨道转动，这个小圆的圆心再围绕着地球附近的大圆圈转动，这就解释了为什么行星有时会发生逆行。
月亮与历法
在望远镜没有发明以前，人们主要通过肉眼观察月亮和它的运动规律。我们在地球上看到的月亮每天在自东向西的移动中，它的形状也在不断地变化，这种月亮位相的变化，叫做月相，故云：“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺”，这里的圆缺就是指月亮的月相变化。中国、埃及、印度和古巴比伦四大文明古国，早在公元前两三千年前就测出月相的变化的周期为29天多。很早以前，人们就以月亮的运动周期来作为较长的计时单位——月，也就是今天我们称的月份。月相变化示意图我国古时将月亮也称太阴。因此根据月相圆缺变化的周期（即朔望月）制订的历法称为阴历。月亮很早就被人们引用于社会生活中了。而更长的计时单位——年，则是以太阳的视运动周期，即根据地球围绕太阳的运转周期（回归年）来定的，以此制订的历法称为阳历。无论是古中国或是其他文明古国，都测出年长约36525日。我国古六历（黄帝历、颛顼历、夏历、殷历、周历、鲁历）又称四分历，就是因为有这个1／4日的缘故。
月份长以太阴的运动为标准，年长以太阳的视运动运为标准，这种历法就是“阴阳合历”。除古埃及使用太阳历外，其他文明古国都用阴阳历。中国历史上记载的最早的成文历法是春秋末年的四分历，它是当时世界上最先进的历法。四分历确定1年的长度为36525日，每19年设置7个闰年，这是当时世界上采用的最为精确的数值。我们现在使用的农历就是这种阴阳历。
知识点阴历
阴历在天文学中主要指按月亮的月相周期来安排的历法。以月球绕行地球一周（以太阳为参照物，实际月球运行超过一周）为一月，即以朔望月作为确定历月的基础，一年为十二个历月的一种历法。在农业气象学中，阴历俗称农历、殷历、古历、旧历，是指中国传统上使用的夏历。而在天文学中认为夏历实际上是一种阴阳历。
望远镜的功劳
伽利略制作的望远镜望远镜是在1608年由荷兰的一位叫做汉斯·里佩的眼镜商人发明的。有一天，里佩的儿子在玩耍中偶然发现，将两块透镜重叠，并使其相隔一定的距离，通过镜片观察，可以看见远处教堂屋顶原来几乎看不见的小鸟。里佩受此启发，把2块镜片装在一个铜管的两头，制成了世界第一架望远镜。
汉斯·里佩的这项发明，引起了意大利天文学家伽利略的关注。1609年，伽利略自己动手制作出了放大32倍的光学望远镜。这种望远镜由2个镜头组成，物镜大一些，目镜小一些。光线从物镜进入，出现物像的倒影，光线通过第二个镜头后，发生折射现象，使光线变成平行，眼睛看到放大了的物像，但是倒影。这种折射望远镜有一个缺点，即物像有些模糊。
1609年12月的一天，当伽利略将望远镜对准月球这个离地球最近的天体时，令他惊异的是，他看到月球竟然是一个崎岖不平、坑坑洼洼的世界，上面有高耸的山脉、伽利略广阔的洼地，还看到了奇特的像火山口那样的环形山。在这之前，人们一直认为月亮表面是冰清玉洁般的光滑，望远镜使人类第一次看到了月亮的真实面貌。
牛顿伽利略根据自己的观测，画了一个月面图，这个图成为世界上第一幅月面图。伽利略首次给月亮上的两条大山脉起名，用自己祖国的两座大山名称——亚平宁山脉和阿尔卑斯山脉来命名月球山脉。从此以后，月面上的许多山脉与高山照例用地球上的山来命名。
1645年比利时数学家、博物学家朗格林诺斯发表了他画的月面图，在图上标有322个地形物，他把暗的区域叫做“海”，把亮的区域叫做“大陆”，这种称谓沿用至今。
1668年英国科学家伊萨克·牛顿（1642—1727）发明了反射望远镜，它的物镜由一个抛物面或双曲面形的凹面镜组成，光线由凹面镜反射后，经一个小平面镜反射出来，由目镜进行观测。反射望远镜克服了折射望远镜物像模糊的缺点，使对月面的观察更前进了一步。进入18世纪以后，随着天文望远镜的发展，人类对月面的了解则更为深入。
知识点折射式望远镜的发展
1757年，杜隆通过研究玻璃和水的折射和色散，建立了消色差透镜的理论基础，并用冕牌玻璃和火石玻璃制造了消色差透镜。从此，消色差折射望远镜完全取代了长镜身望远镜。
19世纪末，随着制造技术的提高，制造较大口径的折射望远镜成为可能，随之就出现了一个制造大口径折射望远镜的高潮。世界上现有的8架70厘米以上的折射望远镜有7架是在1885年到1897年期间建成的。
折射望远镜最适合于做天体测量方面的工作，到1897年叶凯士望远镜建成，折射望远镜的发展达到了顶点，此后的这一百年中再也没有更大的折射望远镜出现。这主要是因为从技术上无法铸造出大块完美无缺的玻璃做透镜，并且，由于重力使大尺寸透镜的变形会非常明显，因而丧失明锐的焦点。
探测月球新时代
1957年10月4日，前苏联成功发射了人类第一颗人造地球卫星，标志着人类从此走向了航天时代。利用火箭发射月球探测器探测月球，使月球的探测活动进入了一个新的历史时期。
从20世纪50年代至今，人类发射无人月球探测器探测月球采用了以下5种方式：
（1）飞越月球。探测器从地球表面发射，沿抛物线或双曲线越过月球，对月球进行近距离探测，然后飞向太阳系，成为人造行星。这种方式探测时间短，获得的信息少。
第一颗人造卫星升空
（2）击中月球。探测器从地面发射，沿椭圆、抛物线或双曲线直接击中月球，利用撞毁前的短暂时间进行探测。
（3）月球卫星。探测器从地面发射，经轨道中途修正、调姿，进入月球引力场作用范围，再经制动火箭点火和速度修正，被月球引力场捕获，形成月球卫星，进行环绕月球探测，这种方式可以进行长时间的探测。
（4）探测器在月面软着陆。探测器从接近月球或由月球卫星经过减速机动飞行，实现在月球表面上软着陆，以进行实地探测。
（5）探测器从地球—月球—地球的探测。月球探测器在月球表面软着陆后，在月面上完成摄影、采样等任务后返回地球。
知识点软着陆与硬着陆
软着陆指航天器在降落过程中，逐渐减低降落速度，使得航天器在接触地球或其他星球表面瞬时的垂直速度降低到很小，最后不受损坏地降落到地面或其他星体表面上，从而实现安全着陆。例如，通过推进器进行反向推进，或者改变轨道利用大气层逐步减速，或者利用降落伞降低速度。一般来说，每种航天器都是通过多种减速方式共同作用进行减速，达到软着陆的目的。
相对于软着陆，物理上的硬着陆一般是指航天器未减速（或未减速到人员或设备允许值），而以较大速度直接返回地球或击中行星和月球，这是毁坏性的着陆。
寻找探月之路
1961年5月25日，美国总统肯尼迪在国会宣布美国要在10年之内实现把人送上月球并使之安全返回地球的目标。美国的这一载人登月计划被称为“阿波罗”计划，它使世界为之震惊。前苏联立即调整了原有的航天发展计划，决定首先开展载人登月的考察研制工作。
然而，月球这个一直被人们不断猜测和想象的星球，它的表面是什么样呢？上面能承受飞船的压力吗？应选择什么样的地方降落飞船呢？人能否在月面上行走呢？人上了月球是否安全呢……一大串问号摆在人们面前。解答这些问题的唯一办法，就是派探测器去探测。
前苏联发射的47个月球探测器共分3个系列：“月球”号系列、“宇宙”号系列和“探测器”系列；美国发射的36个分为“先驱者”、“徘徊者”、月球轨道器和“勘测者”4个系列。
美国前总统肯尼迪月球探测器大多是通过绕月飞行进行考察，也有的在月球降落，对月球表面进行探测。由于它们的出发点地球和目的地月球都在运动，因此月球探测器必须选择合理的飞行路线，以便最近、最省时地飞向目标。
月球距离地球大约为38万千米，据计算，派往月球的探测器的初速度不得小于每秒10848千米。月球探测器在飞行过程中常常是在地球和月球引力共同作用下运动。科学家常将月球探测器的轨道飞行分为2个阶段：①以地球引力为主的阶段（当月球探测器与月球的距离大于66万千米时）；②以月球引力为主的阶段（当月球探测器与月球的距离小于66万千米时）。而且在实际飞行中，月球探测器还受到太阳的引力影响。因此，月球探测器的飞行路线非常复杂。
如果月球探测器最终目`的是为击中月球，那么就要选择适当的发射时间，使月球探测器的飞行轨道与月球相交；如果要击中月球表面的特定区域，那么发射初速度、发射时间和月球所在的位置及运动都需要严格选择，而且在飞行途中还要严格修正探测器的轨道参数。
如果要长时间地考察月球，月球探测器需成为绕月飞行的月球卫星。
如果月球探测器要在月球上着陆，它可以从接近月球的轨道上直接着陆于月球，也可以从月球卫星轨道上经过机动飞行在月球上着陆，但由于月球没有大气层，无论哪一种着陆方式都需要在探测器下降过程中用火箭发动机制动，以便实现软着陆。
美苏发射的月球探测器已实现的轨道路线有以下几种：
飞越月球轨道：探测器从地球表面或地球轨道附近发射，沿抛物线或双曲线越过月球的轨道，然后飞向太阳系，成为人造行星，如“先驱者4”号，“徘徊者3”号、“徘徊者5”号，“月球6”号和“探测器3”号。
击中月球轨道：探测器从地球表面或地球轨道附近发射，沿椭圆、抛物线或双曲线直接击中月球的轨道，如“月球2”号，“徘徊者7”号、“徘徊者8”号、“徘徊者9”号。
绕月飞行轨道：探测器从地面或近地卫星轨道起飞，沿椭圆轨道绕过月球返回到地球附近的轨道，如“月球3”号。
月球卫星轨道：探测器从地球表面或地球轨道附近发射，经轨道修正、调姿，进入月球引力场作用范围，再经制动火箭点火和速度修正，被月球引力场捕获，环绕月球运动的轨道，如“月球10”号、“月球11”号、“月球12”号、“月球19”号、“月球22”号，“月球轨道器1”号、“月球轨道器2”号、“月球轨道器3”号、“月球轨道器4”号、“月球轨道器5”号。
月球软着陆轨道：探测器从接近月球轨道上或从月球卫星轨道上经过机动飞行，利用反推火箭在下降过程中减速，实现在月面软着陆的轨道。如“月球9”号、“月球13”号以及带有月球车的“月球17”号、“月球21”号，“勘测者1”号、“勘测者3”号、“勘测者5”号、“勘测者6”号、“勘测者7”号。
月球—地球轨道：月球探测器在月面上完成摄影、采样等任务后返回地球的轨道，如：“探测器5”号、“探测器6”号、“探测器7”号、“探测器8”号，“月球16”号、“月球20”号、“月球24”号。
知识点月球卫星轨道
月球卫星轨道是环绕月球运动的航天器质心的运动轨迹。月球卫星是以地球为基地发射的，经历多次机动飞行以后才能进入月球卫星轨道。月球质量是地球质量的1/813，月球表面的环绕速度只有168千米/秒，逃逸速度为236千米/秒。与人造地球卫星轨道摄动相似，月球卫星受到的主要摄动力是太阳引力和地球引力。在日、地引力作用下，月球卫星轨道可能变得越来越低，最终与月球表面相撞，也可能越来越高，最终脱离月球引力场。月球卫星轨道的稳定性主要取决于地球和太阳的引力。
前苏联的探月活动
20世纪50～70年代，在冷战背景下，美国和前苏联为了争夺霸权围绕月球探测展开了空前的太空竞赛，从而拉开了近月探测的帷幕。
“闪电”号火箭1959～1970年，前苏联利用“闪电”号火箭等，先后发射了24颗月球探测器。此时，前苏联在月球探测方面遥遥领先于美国，并取得了许多重要成果。例如第一次实现月球硬着陆，击中月球；第一次飞越月球背面，拍摄到月球背面的照片；第一次实现探测器月面软着陆，在4天中，向地球发回了全景照片和辐射资料；成功地发射第一颗月球卫星，首次实现环月飞行；第一次实现环月飞行后安全重返地球；第一次实现无人驾驶飞船登月取样并返回地球；第一次实现无人驾驶月球车在月面行驶并进行科学探测等。1964年4月，前苏联成功研制出一种新型的功能比较齐全的月球探测器——“探测器”号。
“探测器1”号～“探测器3”号的质量为890千克，“探测器4”号～“探测器8”号的质量则达到5600千克，这8个探测器号各有各的职责。
1965年7月20日，“探测器3”号在距月面11600千米处掠过月球，进入月球轨道。它在飞过月球期间，拍摄到25万张月球照片，基本上弥补了月球3号探测器没有拍摄到的月球表面，从而获得了月球背面完整的概貌图。它拍到的图像清晰逼真，人们通过这些图像识别了月球上不同区域的3000多个地形。
前苏联“月球19”号探测器1969～1976年，前苏联发射了“月球15”号～“月球24”号探测器。相对于早期的月球号探测器来说，这批探测器已演变为月球自动科学站。其中，1970年9月12日发射的“月球16”号探测器顺利到达月球后，用它自带的小勺挖取了01千克月球岩石样品并自动送回地球，使人类首次获得月球表面物质的标本。
1970在11月17日，“月球17”号探测器携带着世界上第一个无人驾驶月球车——“月球车1”号成功地在月面软着陆，“月球车1”号在地面工作人员的遥控下勘探了月球表面8万平方米的地域，进行了200多次土样测验，并用X射线望远镜扫描了天空，获取了大量资料。“月球车1”号在月面上行驶了105千米，后来“月球211”号探测器带上“月球车5”，“月球车2”号行驶了37千米。“月球车”底盘上装有电动机驱动和电磁继电器制动的轮子，靠特性吊架减少震动，能源采用的是太阳能电池和蓄电池。本来月球车可取得更大的成果，但由于地月间距离遥远，通信中存在25分89秒滞后问题，“月球车”每完成一个动作后，地面工作人员需等待它将动作结果反馈回地球后才能指示进行下一个动作，这样操作效率就低得多。
1976年8月18日，“月球24”号探测器在月球危海东南部软着陆，它携带的挖掘机从2米深处挖出了1千克岩石，8月22日回收舱带着岩石平安地降落在前苏联的西伯利亚地区，为前苏联的月球探测画上了一个圆满的句号。
随着“阿波罗”工程的进展，飞船在月面软着陆的试验摆到了重要日程上。为此，美国设计了新型月球探测器——“勘测者”号。前苏联在月球探测中取得的重要成果表
探测器成果“月球2”（1959年）第一个成功发射月球探测器，第一次实现月球硬着陆“月球3”（1959年）第一次飞越月球背面，拍摄到月球背面的照片“月球9”（1966年）第一次实现探测器月面软着陆“月球10”（1966年）第一次实现环月飞行“探测器5”（1968年）第一次实现环月飞行后安全重返地球“月球16”（1970年）第一次实现无人驾驶飞船登月取样并返回地球“月球17”（1970年）第一次实现无人驾驶月球车在月面行驶并进行科学探测美国的探月活动
面对月球探测落后前苏联的局面，美国总统肯尼迪和副总统约翰逊开始策划一个能够吸引公众注意力，并一举改变美国在太空竞赛中落后局面的计划，这就是后来被命名的“阿波罗”计划。
为了争取20世纪70年代把人送上月球，60年代美国大力开展了3项载人探月工程，即“徘徊者”号、月球轨道器、“勘察者”号系列月球探测器，用宇宙神系列火箭发射，为登陆月球铺路。
“徘徊者”号
前苏联夺得一个又一个航天“第一”，美国自然不甘落后。作为反应，美国决定为载人登月“投石问路”，从1961年8月到1965年3月，美国先后向月球发射了9个“徘徊者”号探测器。
“徘徊者”号探测器是在“先驱者”号探测器的基础上改进过来的，上面装配了电视摄像机、发送和传输装置、分光计等设备。它的任务是在月面上硬着陆前拍摄照片，测量月球附近的辐射和星际等离子体等。它飞向月球时采用地—月轨道，中途校正一次轨道后再飞向月球。“徘徊者1”号～“徘徊者6”号探测器质量为300千克，“徘徊者7”号～“徘徊者9”号探测器增加了电视摄像设备，质量增加到370千克。不知是名字没取好，还是准备不充分，前几个“徘徊者”号探测器一直在地月间徘徊不前，历尽磨难。第1和第2个“徘徊者”号探测器被送入地球轨道后，由于上面级火箭不工作，探测器重新坠入大气层被烧毁。发射第3个时，虽然上面级火箭点火成功了，但推力过大，把探测器送到了远离月球37000千米的太空，使它成为了一个无人照管、无家可归的“流浪汉”。第4个开始还算顺利，但从地球轨道上起飞后不久，控制系统突然出现短路故障，失去控制的探测器像一匹脱缰的瞎马，撞到月球背后的环形山上，摔了个稀烂。紧随其后的第5个和第6个，在即将到达月球轨道时，不是火箭发动机突然熄火停止工作，就是电视摄像机莫名其妙地失灵，弄了个前功尽弃。
美国“徘徊者7”号拍的月面照片
在遭受六连败后，1964年7月28日发射的第7个“徘徊者”终于一路顺风到达月球表面，用它携带的6台电视摄像机发回4306幅电视图像，其中最后的图像是在它离月面只有300米远处拍摄到的，图像清楚地显示出月球上一些直径小至1米的月坑和几块直径不到25厘米的岩石。这是月球表面情形的首次电视直播。
乘胜前进的第8个和第9个“徘徊者”号探测器再立新功，分别发回7137张和5814张高分辨率的月球照片，进一步探明了在月球表面上有许多可容飞船降落的平坦之地。
美国“徘徊者”号月球探测器
“徘徊者”号的主要目的是为确定月球表面能否支撑住飞船，使之不致陷入月球尘土之中或压碎月面的薄壳，从而为载人登月做准备。“徘徊者”号系列均使用宇宙神火箭在卡纳维拉尔角发射，共发射了9颗“徘徊者”号探测器。其中“徘徊者7”号、“徘徊者8”号、“徘徊者9”号均成功地实现了在月球表面硬着陆，并发回了17259幅高分辨率的照片，从中得出了月面能支撑重物的结论。
“徘徊者”号探测器工作情况表
日期探测器名称运载火箭任务类型说明11961年8月23日“徘徊者1”21961年11月18日“徘徊者2”31962年1月26日“徘徊者3”41962年4月23日“徘徊者4”51962年10月18日“徘徊者5”“宇宙神SLV3-阿金纳B”硬着陆半软着陆“阿金纳B”再次启动失败星箭未能分离制导系统故障导致超速成功，首次击中月球卫星电力消失未能撞击61964年1月30日“徘徊者6”71964年7月28日“徘徊者7”81965年2月17日“徘徊者8”91965年3月21日“徘徊者9”“宇宙神
SLV3-阿金纳B”硬着陆已着陆，但未能发回照片成功成功成功
“勘测者”号
“勘测者”号系列探测器的任务是在载人登月之前，在月球上实现软着陆，试验软着陆技术，证明软着陆对人有没有危险，并选择载人登月的地点。“勘测者”号探测器发射重量为1000千克，高33米，用于支撑探测器由3条腿组成的着陆支架的底部直径为45米。每个探测器上都配有一台电视摄像机，通过一面转动的镜子来观察周围环境。勘测者号系列探测器利用宇宙神——半人马座火箭美国“勘测者”号月球探测器在卡纳维拉尔角发射，共发射了7颗“勘测者”号探测器。
“勘测者1”号、“勘测者3”号、“勘测者5”号、“勘测者6”号、“勘测者7”号均成功实现软着陆，“勘测者1”号、“勘测者3”号、“勘测者5”号、“勘测者6”号成功地着陆于月球赤道附近的暗区，“勘测者7”号成功地着陆于月球表面的环形山。“勘测者”系列的5次成功着陆，共发回了86000多张70毫米的高清晰照片，它们所获取的数据资料为“阿波罗”登月地点的选择提供了依据。
“勘测者3”号和“7”号上还配有月面取样器（可伸缩的掘土铲），由电视摄像机监视其掘土情况，以判断月面的硬度。“勘测者5”号、“勘测者6”号和“勘测者7”号上还带有α放射源，利用α粒子散射来对月球作化学分析。美国“勘测者”号月球探测器情况表
日期探测器名称任务类型运载火箭说明11966年5月30日“勘测者1”21966年9月20日“勘测者2”31967年4月17日“勘测者3”41967年7月14日“勘测者4”51967年9月8日“勘测者5”61967年11月7日“勘测者6”71968年1月7日“勘测者7”软着陆“宇宙神—
半人马座”美国首次成功软着陆着陆失败第二次软着陆着陆失败成功成功成功
美国月球轨道器为尽快完成“阿波罗”号飞船登月前的准备工作，美国采取兵分两路的办法，在“勘测者”号实地考察的同时，另一种月球轨道环行器则在绕月轨道上拍摄月球表面的详细地形照片，绘制细微部分的月面图，为“阿波罗”号船选择最安全的着陆点。月球轨道器由仪器舱、推进舱和防护舱组成，外形像一个去掉头部的锥体，底部直径为15米、高165米，它的4个太阳能翼展开时长度为372米。可为探测器的铁镍镉蓄电池充电并提供375瓦的电力。美国共发射了5颗月球轨道器，全部获得成功。
“月球轨道环行器1”号、“月球轨道环行器2”号、“月球轨道环行器3”号的任务是在围绕月球“赤道”的低轨道飞行。其中“月球轨道环行器2”号的轨道最低时达到距离月面394米的高度，它用广角照相机拍摄到了许多清晰可见的月面照片，这些照片有许多至今还被完好无损地保存着。3个环行器共对40多个预选着陆区进行了拍摄，获得了1000多张高清晰度的月面照片，美国据此选出约10个候选登月点。
美国月球轨道环行器
由于前3个“月球轨道环行器”高质量地完成了任务，已研制成的“月球轨道环行器4”号、“月球轨道环行器5”号只好“另谋高就”，改为执行别的任务。它们在绕月球极轨道上飞行，拍摄更大面积的月球表面照片，并监视近月空间的微流星体和电离辐射。5个轨道环行器在1年时间里，对月面上99％的地区进行了探测，拍摄了大量高分辨率的照片，获得了月球表面的放射性和矿物含量等大量资料以及有关月球引力场等数据。最后，5个“月球轨道环行器”撞在月面上“以身殉国”。
有了“徘徊者”号、“勘测者”号和月球轨道环行器获得的这些月球情报以及1965～1966年10次“双子星座”号载人飞船飞行获得的经验，美国载人登月行动已是箭在弦上，顷刻即发。
“阿波罗”登月计划
在人类对宇宙不懈探索的历史上，20世纪六七十年代由美国实施的“阿波罗”登月计划无疑是其中壮丽的一笔。这次登月活动从1961年5月25日美国总统肯尼迪正式宣布实施开始，一直持续到1972年12月底“阿波罗”计划结束，历时11年，总投资250亿美元，共实施了7次登月飞行，“阿波罗11”号机组成员
（从左至右分别是阿姆斯特朗、科林斯和奥尔德林）除“阿波罗13”号飞船出现故障而失败外，其余6次都成功地实现了登月飞行，共有12名航天员实现了登月，他们在月面总共停留302小时20分钟，在月面活动共80小时32分钟，航天员在月面上累计活动行程逾90千米，共收集和带回月球土壤和岩石样品381千克。1969年7月16日，“阿波罗11”号宇宙飞船，搭载3名航天员首次实现了登月活动。飞船指令长阿姆斯特朗自登月舱扶梯走下来，踏上月球表面时，虽然只是一小步，却代表了人类在太空探险的领域上向前迈了一大步！
前苏联的载人登月计划其实不比美国晚，可是其运载火箭不可靠，接连发生了几次灾难性的失败。美国率先登上了月球后，结局已定，前苏联最终放弃了登月，转而研发空间站技术。
运载“阿波罗”飞船的火箭
航天活动一向是运载先行，在登月方案酝酿前，从1957年起，美国就在著名火箭专家冯·布劳恩的领导之下，开始了大型火箭的研制。“阿波罗”工程共研制了3种运载火箭：“土星1”号、“土星1”号B和“土星5”号。“土星1”号是初级火箭，仅用于试验，以便为巨型火箭的研制提供经验。这种火箭共制造了10枚，分为2组。第一组4枚，仪试验第一级，上面加配重；第二组6枚，试验第一、二级。它总共进行了10次飞行试验，均获得了成功。其中第6次和第7次试验了“阿波罗”号飞船的样件，最后3次用于发射人造地球卫星。
“土星1”号火箭的第一级S—1由8个圆柱形贮箱段捆绑而成，长244米，用8台推力为8335千牛的H—1发动机，推进剂为液氧和煤油，在尾段外面装有8个稳定尾翼。第二级S—4用6台RL—10液氧液氢发动机，每台推力为667千牛。第二级上面是过渡段，内装制导和控制系统。火箭全长385米（不包括有效载荷），直径655米，起飞质量约508吨，起飞推力6668千牛。
“土星1”号B也是两级火箭。第一级S—1B与“土星1”号火箭的第一级相同，但改进了制造方法，质量明显减轻，H—1发动机的性能也得到改善，总推力提高到7297千牛。第二级矗立在肯尼迪航天中心的“土星5”号火箭S—4B改用一台大推力的J—2液氧液氢发动机，推力高达1000千牛，工作时间约450秒。第二级上面“土星5”号火箭是仪器舱，高1米，直径655米，内装自主式制导系统、控制系统和各种仪表。火箭全长44米，直径655米，起飞质量约587吨。火箭的低轨道运载能力达18吨。“土星1”号B火箭曾用于“阿波罗”号飞船某些分系统的试验，如指挥舱再人防热试验、登月舱推进系统试验、指挥舱和服务舱的载人飞行试验等。
承担把“阿波罗”号飞船送上月球这一光荣而艰巨使命的是“土星5”号巨型运载火箭。它全长1106米，约相当于40层楼那么高，起飞质量2930吨，是迄今为止飞离地球的最重的物体。这种火箭在今天看来仍然是“神力无敌”，它能把重127吨的有效载荷送上地球低轨道，或是把488吨重的飞船送上奔赴月球的逃逸轨道。“土星5”号是一种三级液体火箭，由S—1C第一级、S—2第二级、S—4B第三级、仪器舱和有效载荷组成。第一级长42米，直径10米，到尾段底部直径增大到13米。尾段上装有4个稳定尾翼，翼展约18米。采用5台F—1发动机，推进剂为液氧和煤油，总推力达33350千牛。第二级长25米，直径10米，采用液氧液氢推进剂，共用5台J—2发动机，真空总推力达5109千牛。第三级采用“土星1”号B火箭的第二级，仪器舱也和“土星1”号B的相同。
在完成登月任务后，“土星5”号火箭退役了，如今它的模型静静地躺在博物馆中，享受着世界第一的殊荣。
智慧的结晶——“阿波罗”号飞船
美国的载人登月工程被称为“阿波罗”工程。在希腊神话中，“阿波罗”是太阳神的名字，他是智慧的化身，也是月亮女神的哥哥，哥哥去探望妹妹是天经地义的事情，让飞船拥有太阳神的智慧更是美国人最美好的愿望。而此后“阿波罗”号飞船的表现也证明了它是人类智慧的结晶。
“阿波罗”号飞船身形高大，总高25米，直径10米，重约45吨，由指挥舱、服务舱和登月舱3部分组成，最多能乘坐3名航天员。
指挥舱是航天员在飞行途中生活和工作的座舱，也是整个飞船的控制中心。该舱为圆锥体，高32米，重约6吨。指挥舱壳体结构分为3层：内层为铝合金蜂窝夹层结构，中层为不锈钢蜂窝夹层隔热层，外层为环氧一酚醛树脂烧蚀防热层。舱内充以343千帕压强的纯氧，温度保持在21摄氏度～24摄氏度。整个指挥舱分前舱、乘员舱和后舱3部分。前舱内放置着陆部件、回收设备和姿态控制发动机等。乘员舱为密封舱，存有供航天员生活14天的必需品和救生设备。后舱内装有10台姿态控制发动机及各种仪器和燃料箱，还有姿态控制、制导导航系统以及船载计算机和无线电分系统。
服务舱的前端与指挥舱对接，后端有推进系统主发动机喷管。舱体为圆筒形，高67米，直径4米，重约25吨。服务舱采用轻金属蜂窝结构，周围分为6个隔舱，容纳主发动机、推进剂贮箱和增压、姿态控制、电气等系统。主发动机推力达956千牛，由计算机控制，用于轨道转移和变轨机动。姿态控制系统由16台火箭发动机组成，除用于姿态控制外，还用于飞船与第三级火箭分离、登月舱与指挥舱对接和指挥舱与服务舱分离等。
登月舱由下降级和上升级组成，从地面起飞时重147吨，宽43米，最大高度约7米。下降级由着陆发动机、4条着陆腿和4个仪器舱组成。着陆发动机推力可在467～467千牛内调节，发动机摆动范围为6度。着陆腿末端有底盘，上面装有触地传感器。下降级内还装有着陆交会雷达和4组容量为400安时的银锌蓄电池。上升级为登月舱主体。航天员完成月面活动后即驾驶上升级返回环月轨道与指挥舱会合。上升级由航天员座舱、返回发动机、推进剂贮箱、仪器舱和控制系统组成。座舱可容纳2名航天员，有导航、控制、通信、生命保障和电源等设备。座舱前方有舱门，门口小平台外接登月小梯。返回发动机推力为156千牛（不可调），可重复启动35次。姿态控制系统包括16台小推力发动机。仪器舱装有两组容量为296安时、互为备份的银锌蓄电池。
登月飞行包括4个步骤：①第一和第二级火箭将飞船送入环绕地球的中间轨道；②发动第三级火箭，进入向月球飞行的轨道，在第三级飞行末段。指挥舱和服务舱与第三级火箭分离，指挥舱和服务舱调转180°后与仍和第三级连在一起的登月舱对接，再与第三级分离；③服务舱的发动机启动，使飞船进入绕月飞行的轨道；④登月舱分离并转入下降轨道，最后在月球表面着陆。
返回时的第一步是登月舱的上升级分离并起飞；第二步是登月舱的上升级与在绕月轨道上飞行的指挥舱对接；第三步是登月航天员返回指挥舱并与登月舱上升级分离后进入向地球返回的轨道；第四步是指挥舱与服务舱分离并再入大气层。
登陆月球
1966年底，在3次不载人飞船连续发射成功之后，美国决定在1967年2月21日进行“阿波罗”号飞船的首次载人试验飞行。这次发射代号为AS—204，即“阿波罗1”号。
将要在“阿波罗1”号飞行中出征的是格里索姆、怀特和查菲3人。其中指令长格里索姆曾在“水星”和“双子星座”计划中两度飞临太空，怀特曾乘“双子星座4”号飞船升空，并进行了美国的首次太空行走，查菲还从未进入过太空，此次他跃跃欲试，要一展身手。在地面准备和测试阶段，“阿波罗1”号总是出问题，迈向月球的这第一步充满了艰难与险阻。
1967年1月27日，星期五，下午1时，“阿波罗1”号的3名乘员进入指挥舱进行例行的地面试验。进入飞船后，格里索姆把他的航天服与舱内供氧系统相连时，闻到了一股“酸味”。于是航天员们停下手头的工作，抽取了空气样品。试验继续进行。紧接着，氧气流动异常主警报器发出了警告。飞船环境控制系统技术人员当时认为是舱内乘员的运动引发了警报器。不久，格里索姆又与地面控制部门失去了通信联系。通信恢复后格里索姆说：“如果现在就联系不上，等我们到了月球又怎么办？”
试验仍在进行。突然，舱内的查菲像是不经意地说：“火，我闻到了火的气味。”2秒后，怀特更加肯定地说：“舱里着火了！”然而，由于“阿波罗1”号采用了新的机械式舱门，在舱内不可能很快将门打开，3名航天员失去了逃生的机会。待技术人员赶到时，大火已横扫座舱，烈火和浓烟吞噬了舱内的一切。
美国失去了3名最优秀的航天员。事后调查表明，大火始于座舱左侧一束导线或其附近出现的一个小火花。因为当时飞船已做完了加压试验，舱内充满了纯氧，火花的出现无异于把3名航天员置于一颗炸弹的中心。
这次大火使“阿波罗”飞船的首次载人飞行试验推迟了一年半，但载人航天事业并没有因此停止前进的步伐。这正如格里索姆曾经说过的话：“如果我们牺牲了，希望人们能够接受。我们从事的是一项危险的工作，我们希望不管发生了什么事都不要影响登月计划的实施。征服太空值得我们冒生命危险。”在这段时间内，美国对“阿波罗”飞船进行了重新设计，并对航天员的安全问题给予了更多的考虑，包括使舱门能在2～3秒内自动打开，对防火、生命保障系统等进行不同程度的改进。航空航天局还决定再发射几次无人飞船，以对飞船各系统进行更广泛和细致的试验。1967年11月9日，“阿波罗4”号飞船升空，它的主要目的是检验火箭和指挥舱发动机。1968年1月22日发射的“阿波罗5”号飞船试验了登月舱下降和上升推进系统。同年4月4日，“阿波罗6”号飞船又对整个飞行器的所有功能进行了全面试验。
1968年10月11日，“阿波罗7”号飞船由“土星1”号B二级运载火箭发射升空。这是“阿波罗”计划中的首次载人飞行。3名航天员是指令长沃尔特—希拉、指挥舱驾驶员唐·艾西尔和登月舱驾驶员沃尔特·坎宁安。希拉曾在“水星”和“双子星座”计划中两次执行太空飞行任务，而另两人则是第一次进太空的新人。
与“阿波罗1”号相比，“阿波罗7”号的指挥舱与服务舱做了重大修改，采用了新的结构和试验方法，安装了新的测试设备。它此行的主要任务就是在地球轨道上验证上述系统的功能，检验飞船的数据系统，演练交会对接，同时要在多种飞行方式的转换过程中测试辅助推进系统。
当飞船按预定程序与火箭第二级分离并拉开一定距离后，航天员通过手动操作，将飞船调过头来，这样航天员们就可以通过指挥舱的窗口看到已分离的火箭第二级。“阿波罗7”号飞船没有装登月舱，但在二级火箭顶端安装了一个与未来登月舱的接口一模一样的装置，航天员们用它来试验接口的各种性能。航天员们还成功地进行了两次交会对接试验，其中第一次试验由对接雷达提供了距离和方位。
按计划，“阿波罗7”号还需要在飞行的第3天进行首次太空电视直播。到了这一天，航天员们先仔细检查了电视转播要用的设备，在确认一切无误后，通知地面人员开始直播。希拉对着镜头举起了几张卡片，上面写着“欢迎到‘阿波罗’号来做客”和“给大家问个好”等字样。他们还在镜头前演示了起居活动、飞船操纵、吃饭和在失重状态下飘浮等情景。说起这次直播，还有一段插曲。飞船升空的次日，地面人员提出把直播提前到这一天进行，但航天员们没有同意。为此双方发生了火药味颇浓的争吵。希拉后来解释说，他们之所以不同意提前直播是想仔细检查所用设备。他说：“我对因线路故障引起的那场大火记忆犹新。另外，我需要时间对首次电视直播进行完整构思，不能敷衍了事。”
飞行中，3名航天员制定了作息时间表，轮流值班，以便让每个人都能得到充分的休息。但糟糕的是，起飞15小时后，希拉就患了重感冒，并传染给了另外2人。由于没有重力，感冒者要不断地用力擤鼻涕，震得耳鼓生疼。由于身体不舒服，3人都变得暴躁易怒，甚至将这一情绪带给了地面控制人员。而在太空飞行中，天上与地面之间的精诚配合非常重要，互相猜疑对飞行是十分不利的。飞行结束前几天，航天员们又开始担心，再入大气层时戴上头盔，会妨碍他们擤鼻涕，希拉甚至想不穿航天服返航。好在航天员们都经过严格的选拔和训练，能够尽量控制自己的情绪。最终，在地面人员的说服下，他们还是全副武装地再入了大气层。
在绕地飞行了260小时后，10月22日，“阿波罗7”号飞船溅落在大西洋上，距预定着陆点只差2000米。“阿波罗7”号的成功，把“阿波罗”计划从火灾的阴影中解救了出来，确认了飞船的可靠性，为后续飞行铺平了道路，它的飞行称得上是重树信心之旅。
“阿波罗8”号三位宇航员“阿波罗8”号是第一艘载人环月飞行的飞船，执行这次飞行任务的3名航天员是指令长弗兰克·博尔曼、指挥舱驾驶员詹姆斯·洛弗尔和登月舱驾驶员威廉·安德雷斯。
1968年的圣诞节前，12月21日7时51分，“土星5”号火箭在刺骨的寒风中开始点火，这是这种巨无霸型火箭的首次发射。约11分钟后，火箭的第三级和飞船进入地球轨道。10时17分，“阿波罗8”号进入向月球过渡的轨道，把人类的太空飞行带入了一个新的时代。
23日下午3时29分是历史性的一刻。此时飞船距地球326400千米，距月球62600千米。此前，由于受地球引力的影响，飞船的速度已降低。而从这一刻起，飞船进入了月球引力场，在月球的吸引下，开始慢慢加速。23日晚，航天员们点燃发动机，飞船进入月球轨道。之后，飞船飞到月球背面，中断了与地面的所有联络。当飞船到达环月轨道的近月点时，洛弗尔启动发动机为飞船加速。此时，飞船的近月点为84千米，在月球的背面；远月点为230千米，在近地一面。
绕月飞行10圈后，在月球背面的近月点处航天员将点燃发动机，为飞船加速，以便克服月球的引力返航。由于飞船与地面的联络已中断，此时的地面控制中心里气氛紧张，好像凝固了一般。如果点火失败，或是发动机工作时间太短，航天员们就将陷入困境。如不能及时补救，他们就可能永远留在月球轨道上。这是人类首次环月飞行，会不会出意外？人们的心几乎都提到了嗓子眼儿。等待中，时间似乎过得特别慢。突然，地面控制中心收到了飞船的遥测信号，几分钟后，传来洛弗尔激动的声音。这是最好的圣诞礼物了，欢呼声立刻响彻地面控制中心。收到信号就意味着点火成功，航天员们胜利踏上了返乡之路。
12月27日，“阿波罗8”号进入地球大气层。随后，服务舱被抛掉。洛弗尔利用手动装置调整了飞船的方向，飞船最后安全地溅落在太平洋上。“阿波罗8”号成功的载人环月飞行表明，美国朝着登月目标迈出了坚实的一步。
“阿波罗9”号是第一艘以登月配置发射的“阿波罗”号飞船，飞船上的3名航天员分别是指令长詹姆斯·麦克迪维特、指挥舱驾驶员大卫·斯科特、登月舱驾驶员拉塞尔·施韦格特。飞船原定于1969年2月28日发射，但由于3名航天员都患了感冒，鉴于“阿波罗7”号的情况，发射推迟了几天。
3月3日上午11时，“土星5”号火箭腾空而起，火箭的飞行非常平稳。起飞11分钟13秒后，S—4B第三级点火，把飞船送入距地面190千米的轨道。3名航天员开始了名副其实的太空生活。他们尽量缓慢地做着各种操纵飞船所必需的动作，尤其十分注意避免头部的突然转动，以免加重刚来到微重力环境时出现的眩晕。
起飞2小时43分钟后，斯科特把火箭和指挥舱分开。待两者离开一段距离后，他操纵飞船转了180度，与仍在火箭顶部的登月舱成功对接，并将其从火箭上拉出，首次在太空驾驶着完整的“阿波罗”号飞船离开了火箭。接下来的一天，航天员们开始为将要进行的各项试验做准备。
第3天早晨，麦克迪维特和施韦格特为航天服加了压，准备进入登月舱。就在这时，施韦格特突然呕吐起来。处理完这件麻烦事后，两人相继从指挥舱进入登月舱，然后关闭了通往指挥舱的舱门。登月的一个重要环节是部署着陆装置。施韦格特按动按钮后，登月舱的着陆支架优雅地伸展开来。然后，他们又对登月舱的操纵系统等进行了一系列试验。在登月舱中，两人还试用了将要在月面上使用的电视摄像机，不定期地向地面进行了短时直播。9小时后，两人返回了指挥舱。
人类登月七大步骤
1959年，前苏联发射的“月球1”号飞到月球附近，进行绕月飞行，开始了人类对月球的考察。1961年5月，美国提出“阿波罗”月球探测计划。1969年7月20日，“阿波罗”登月舱降落到月面，开始了人类有史以来的登月活动。
美国宇航员登月七大步骤
第一步，先将分离的“货船”和“宇航员探险车”。分别通过火箭发射到地球轨道上。
第二步，“宇航员探险车”将在地球轨道上和“货船”上的登月车、“离开地球推进器”进行对接。
第三步，“离开地球推进器”点火，将“宇航员探险车”和“货船”送往月球。
第四步，飞船抵达月球轨道后，4名宇航员将乘坐“登月车”一起登陆月球表面，而“宇航员探险车”则仍然停留在月球轨道上。
第五步，宇航员利用“货船”带去的23吨重地球原料，在月球表面建设“月球基地”，4名宇航员将在月球待上1周时间，然后乘坐“登月车”的上升器飞离月球表面。
第六步，宇航员重新进入月球轨道上的“宇航员探险车”，飞回地球。
第七步，返回太空舱将在美国西部的3个地点之一通过降落伞降落地面。
鲜为人知的“阿波罗”事故
“阿波罗13”号登月飞行，是一次险象环生的自救飞行。
“阿波罗11”号和“阿波罗12”号成功登月后，“阿波罗13”号奉命载人再次登月，但是这次登月飞行由于发生了一次大事故而失败。
1970年4月13日晚9时17分，“阿波罗13”号载着罗威尔、史威格和海斯三名航天员飞行离地球已达30万千米，就在这时飞船一个液氧箱发生爆炸，爆炸引发一系列危险：燃料即将耗尽，电池组不能正常供电，飞船不能按正常轨道飞行，舱内温度和压力下降，航天员生命危在旦夕。
“阿波罗13”号降落在太平洋海域在危急时刻，航天员根据地面指令沉着应对，从指令舱爬到登月舱内，利用登月舱发动机将飞船推到返回轨道。在这条轨道上地球引力可将飞船拉回来，使之飞向地球。
4月17日，“阿波罗13”号接近地球，罗威尔在登月舱里启动4台姿态控制火箭校正轨道。史威格操纵指令舱，将服务舱分离，然后他们都回到指令舱，下午12时07分，“阿波罗13”号指令舱安全降落在太平洋海域里。“阿波罗”技术试验阶段及登月试验阶段情况表
日期探测器名称运载火箭任务类型说明11966年2月26日“阿波罗-201”21966年7月15日“阿波罗-203”31966年8月25日“阿波罗-202”41967年1月27日“阿波罗1”51967年11月9日“阿波罗4”61968年1月22日“阿波罗5”71968年4月4日“阿波罗6”“土星1B”“土星5”入地球轨道试验成功成功成功射前座舱失火，3人牺牲成功成功失败81968年10月11日“阿波罗7”“土星1B”载人地球轨道试验3人成功环地球续表日期探测器名称运载火箭任务类型说明91968年12月21日“阿波罗8”101969年3月3日“阿波罗9”111969年5月8日“阿波罗10”121969年7月16日“阿波罗11”131969年11月14日“阿波罗12”141970年4月11日“阿波罗13”151971年1月31日“阿波罗14”161971年7月26日“阿波罗15”171972年4月16日“阿波罗16”181972年12月7日“阿波罗17”“土星”载人环月登月舱载人地球轨道试验载人环月载人环月试验3人成功环地球3人成功环月3人成功环地球3人成功环月2人成功登月，1人环月2人成功登月，1人环月液氧箱爆炸3名航天员环月2人成功登月，1人环月2人成功登月，1人环月知识点登月第一人。
阿姆斯特朗曾是一位美国国家航空航天局的宇航员、试飞员、海军飞行员，以在执行第一艘载人登月宇宙飞船“阿波罗11”号任务时成为第一名踏上月球的人类而闻名。尼尔·阿姆斯特朗的第一次太空任务是1966年执行的“双子星8”号的指令长。在这次任务中，他和大卫·斯科特一道完成了第一次航天器的对接。阿姆斯特朗的第二次，也是最后一次太空任务就是著名的1969年7月的“阿波罗11”号。阿姆斯特朗跨出“鹰”号登月舱，将左脚踏到月球表面上，留下那著名的脚印，成为人类历史上登陆月球第一人。在这次“人类的一大步”中，阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林在月球表面进行了两个半小时的月表行走（迈克尔·科林斯在指令舱中环绕月球）。
逐渐兴起的新一轮登月热潮
前苏联、美国的月球探测获得了无价的月球样品、数据和探月经验，大大促进了人类对月球、地球和太阳系的认识，带动了一系列基础科学与应用科学的创新和发展。
月球探测带动了月球科学，尤其是月球地质学的发展。人类第一次对除我们居住的地球之外的天体有一个系统的了解，包括对物理特性、轨道参数、空间环境、表面结构与状态、矿物岩石与化学组成、内部物质构成等的了解。
月球探测还催生了一些新的学科如比较行星学。大量探测数据和样品分析结果，使得对地球与月球的详细比较研究成为可能，并依此延伸到探测数据有限的其他行星的对比研究，极大地加深了人类对其他类地行星的认识同时，由于在地球上研究地球不可避免地会导致“近视”，要完全了解我们居住的星球，必须研究其他行星，比较其异同之处，因此月球探测科学研究也促进了地球科学的发展。
21世纪，月球探测将进入一个新的高潮期，这期间除了发射月球探测器对月球做进一步深入探测以外，开发利用月球资源，建立月球基地将成为新一轮月球探测热潮的重要目标。
美国：重返月球计划
在20世纪90年代美国又发射了“克莱门汀”和“月球勘探者”两颗月球探测器。
“克莱门汀”探测器
1994年1月25日，由“大力神”火箭从范登堡空军基础发射“克莱门汀”环月探测器，2月21日进入月球轨道，该探测器重424千克，三轴稳定，它装载有紫外/可见光相机、近红外相机、高分辨率相机、激光雷达系统、长波红外相机、星跟踪器相机等设备。其主要目标是对美国国防部下一代卫生所需的轻型成像遥感器及组件技术进行空间鉴定。它获取的180万张月面图像证明月球极区可能有水存在。
“月球勘探者”探测器
1998年1月7日，用“雅典娜2”火箭从卡纳维拉尔角46号工位发射了“月球勘探者”探测器。它是继“阿波罗”计划后美国发射的第二颗环月探测器，采用自旋稳定方式，质量295千克，环月轨道高度为100千米，其主要载荷为γ射线探测仪、α粒子探测仪、磁场仪和多普勒重力计。这项计划耗资059亿美元，主要任务是对月球火山口的寒冷区和极区冰的含量进行测定，为今后建立月球基地获取资料，还将完成月球表面化学成分的测定、月球全球磁场和引力场的测绘。“月球勘探者”所发回的数据比“克莱门汀”探测器要详细得多，这对了解月球起源和整体构造具有重要参考价值。
2004年1月14日，美国总统布什在位于华盛顿的美国宇航局总部发表讲话中，宣布新太空计划，重返月球是其中的最重要的任务。美国航天员最早将于2015年，最晚不超过2020年重返月球，并将在月球上建立永久性常驻基地，以月球作为跳板，为下一步将人送上火星甚至更遥远的星球做准备。为了实施这一宏大的计划，美国将投入2000多亿美元资金，并研制新的运载火箭、载人飞船和月球工作居住舱。
具体来说，前总统布什的太空计划内容包括完成空间站建设、停飞航天飞机、航天员重返月球、人类登上火星等。这个太空计划雄心勃勃，正如布什自己所说：“不知道这次旅行将在哪里结束”。
长期以来，美国航天界对美国载人航天的下一步目标，是登上火星还是重返月球，一直存在争论。虽然美国有许多人对火星情有独钟，但登火星在技术和经费上都有巨大困难。显然，在月球上建立太空基地，要比登上火星容易得多。首先，月球与地球的距离较近，事实证明，采用现有的火箭技术，可以将人和货物送上月球，月球与地球之间的通信也没有任何问题。其次，月球没有火星上的那种沙尘暴，在月球表面较容易着陆。当然月球上丰富的资源也具有极大的吸引力。
为了达到重返月球的目标，美国必须重新设计在月球着陆的航天运输系统。在1969～1972年，美国在执行登月任务时使用的“阿波罗”号飞船系统，只是为一次着陆和短暂逗留设计的，指挥舱只能装载3人，月球登陆舱则只能容纳2人。因此，美国必须设计出布什称为“乘员探索飞行器”的新一代飞船。这种飞船能够向月球运送一组航天员和大批物资设备。显然，它将不同于美国原有的“阿波罗”号飞船和现有的航天飞机。另一个技术难题是能源问题。在月球上建立太空基地，需要建立太阳能电站或核反应堆。如果美国计划在2030年之后将航天员送上火星，看来还必须发展采用新能源的火箭如核动力火箭，以缩短航天员的飞行时间。
美国在通过“水星”号飞船和“双子星座”号飞船掌握了载人航天的基本技术之后，在1961～1972年，耗费240亿美元研制了“土星”号系列运载火箭和“阿波罗”号登月飞船，先后完成了6次登月飞行，把12人送上了月球，实现了登月方面超过前苏联的目的，也促进了科学技术的进步。但这项耗资巨大的计划由于缺乏应用目标而无法继续下去，美国不得不转向近地太空的开发，研制航天飞机和空间站。这样，在登月计划中研制的“土星”号系列火箭（“土星5”号的低轨运载能力为126吨）和发展得比较成熟的飞船技术，至今还没有得到进一步的应用。美国在研制航天飞机和国际空间站过程中，虽然在技术上取得了许多重大突破，在太空科学实验方面，也取得了一大批成果，但也有不少人认为，它所花的费用远远大于它的科学目的和实际用途。2003年2月1日，美国“哥伦比亚”号航天飞机机毁人亡，又再次引起了人们对国际空间站的广泛争议。在这种背景下，布什提出太空新计划既可以激发民族自豪感，也可以重新修正美国航天的发展方向。
2005年9月19日，美国正式宣布新的登月计划，新登月计划将耗资1040亿美元，将采用新一代航天工具，包括新型运载火箭、形同“阿波罗”号的宇宙飞船和登陆舱。如果一切顺利，美国航天员将在2018年（最迟2020年）重新登上月球。
新型载人航天器将结合航天飞机和“阿波罗”登月工程中安全可靠的设计和技术，性能更佳。新运载火箭将使用航天飞机的主要部件，诸如外挂燃料箱、固体燃料助推火箭和主发动机，并分为体积较小的载人火箭和体积较大的货运火箭两种，其中货运火箭大小与109米高的“土星5”号运载火箭接近，用来把货物运到月球表面，留做储备。航天员乘坐的宇宙飞船，名叫“载人探索飞行器”，将被置于运载火箭顶部，它的外形酷似放大了的“阿波罗”号，但质量增加1／2，能搭载6名航天员，在月球轨道运行达6个月之久，并能送4名航天员登上月球，在月球上逗留4～7天。
着眼国际合作的俄罗斯
20世纪60年代，发生在美、苏两个航天大国之间的那场登月竞赛给俄罗斯人留下的是失败的痛苦回忆。
1958年，前苏联完成了对发射人造地球卫星的火箭的改造，使之可以发射月球探测器。当时有一些科学家建议把一枚原子弹送上月球并在月球上引爆，让全世界的天文学家都来拍摄爆炸时的情景，以此显示前苏联的技术实力。但物理学家认为，由于月球上没有大气，核爆炸的时间可能会很短，很难让地面上的天文学家拍摄到爆炸时的景象。因此，前苏联当局否定了这个建议。后来，前苏联政府把注意力转向载人登月上，从此开始了与美国长达10年之久的登月竞赛。
“N1”号火箭残骸与美国一样，前苏联的登月飞行任务也打算使用一种大型运载火箭和一个轨道联合体来完成。登月运载火箭代号为“N1”号。1964年，前苏联政府决定要赶在美国之前率先将航天员送上月球。为完成这项任务，1962～1966年，“N1”号方案几经修改，有效载荷质量从最初的50吨增加到近98吨，第一级发动机的数量也从26台增加到30台。为了赶进度，第一次发射时，这些发动机都没来得及集体试车，就组装在一起发射，结果酿成了重大的发射事故。由于技术问题和设计过于复杂，“N1”号火箭在后来的几次发射中，也都以惨败而告终，导致了前苏联登月计划的破产。后来，俄罗斯航天专家总结经验时说：“这是一场不公平的竞争。当时美国比我们富裕多了，特别是当时苏联的国力由于与德国法西斯的战争和军备竞赛而被削弱了很多。登月竞赛一开始，我们就知道，我们不可能赢。”
而现在，在新一轮月球开发热中，俄罗斯人以低调和务实的姿态开始月球研究，充分发挥自己的长处，将重点放在月球车的开发和人类在长期宇宙航行中的生命保障系统研究上，并在各项航天事业中积极谋求国际合作。
除了准备参加印度的月球探测计划外，俄罗斯与欧洲空间局在太空开发和卫星的商业发射领域的合作已进入了一个重要阶段，通过俄罗斯独一无二的宇航技术与欧洲空间局的科技和资金二者的结合，全新的六座位宇宙飞船“快船”号有可能在2010年前取代“联盟”号载人飞船。新飞船能将人员与货物送入轨道站，需要时可将航天员与设备紧急撤回地球。它能用于长达10昼夜的自动轨道飞行，也可用于科研目的。此外，俄罗斯还与德国加紧合作，研究航天员如何预防空间辐射这一当代航天事业中最为复杂、最为紧迫的任务。
俄罗斯在载人航天方面拥有丰富的经验，因此也有可能参与美国新太空计划，包括火星考察人员的培训等。
俄罗斯的月球计划大体分3个阶段：2010～2015年为第一阶段，使用“联盟”号系列飞船开展月球探测；2015～2020年为第二阶段，实现航天员登月，建立经常性的月球交通体系，即先用“快船”号新型飞船把氦-3从月球运到停在国际空间站的太空拖船上，然后再用这种可携带25吨货物的太空拖船把氦-3运回地球。2020～2025年为第三阶段，在月球上建立常设基地，开发氦-3能源。
欧洲未来的月球探测
早在1994年，欧洲空间局就提出了重返月球、建立月球基地的详细计划。1994年5月欧洲空间局召开了一次月球国际讨论会，会议一致认为人类在机器人技术、电子技术和信息技术等方面取得的巨大发展，已使人类对月球进行低成本的探测和研究成为可能。在此基础上，欧洲空间局成立了月球研究指导小组，提出了今后应加强月球探测与研究，主要包括：发射月球极地卫星，研究和获取高分辨率的月面地貌、化学和地质图像；设立月面站和机器人系统，测量月岩化学成分和矿物成分，采取月球样品，用于地面研究。2020～2035年载入登月，建立月球基地。
2003年9月27日格林尼治时间23：00，欧洲空间局从法属圭亚那的库鲁航天发射中心成功发射了“智慧1”号月球探测器，这是21世纪人类发射的第一颗探月卫星。虽然“智慧1”号只是一颗小卫星，主要目的在于通过探月的实践，检验在未来深空探测中将使用的一系列高新技术，但它已经把新一轮探月高潮的序幕拉开了。
“智慧1”号月球探测器的英文名为SMART—1，它是SmallMissionsforAdvancedResearchinTechnology的缩写，意思是研究先进技术的小型航天器。作为欧洲探月的急先锋，“智慧1”号就像一个飞向月球的小精灵，它的外形近乎正方体，尺寸为1570×1150×1040毫米，发射时的质量为370千克，太阳能帆板展开后翼展为14米，能提供19千瓦的电力，造价约108亿美元。由于总经费较少，“智慧1”号大量采用了模块化、通用化设计，结构紧凑，而且它上面的许多零配件都是直接从商店购买，这使其成为了小型化的杰作。它携带的用于完成10多项技术试验和科学研究的有效载荷的质量仅为19千克。
“智慧1”号装载着6种科学仪器，其中3套遥感仪器用于月球探测，它们分别是多光谱微型照相机、高分辨率的红外光谱仪和小型X射线光谱仪。
多光谱微型照相机平均分辨率为80米，在300千米近月点的分辨率为30米（美国月球“勘测者”号的空间分辨率为200米）。通过对极区高分辨率成像，可辨别阴影区，进而寻找陨石坑中的水冰。此外，微型照相机还与地球上的光学地面站相配合，进行激光通信试验。
红外光谱仪在093～24微米范围内划分256个谱段。利用这些数据，可精确地确定各种矿物的成分。例如，可将月壤中的辉石与橄榄石辨别出来，这对了解月球外壳物质的演变是很重要的。这种红外光谱仪是由欧空局第一次研制和使用的，如果在探月中获得成功，将在未来的火星探测、水星探测、小行星和彗星探测中进一步应用。
小型X射线光谱仪用来测量X射线荧光，从而绘制月球表面的元素成分图。利用这些数据，可准确地计算月球外壳的成分，研究南极的陨石坑结构特征，绘制月球资源分布图。这种小型X射线光谱仪也是今后水星和太阳系其他行星探测的必备仪器。
“智慧1”号还是世界上第一个利用太阳能电火箭作为推进装置进行远距离飞行的航天器。
按照预定计划，“智慧1”号的整个飞行过程分为发射与早期入轨、地球逃逸、月球俘获和月球观测4个阶段。除了发射采用化学火箭外，包括早期入轨在内的其他阶段的飞行都依靠太阳能电火箭提供推力来完成。这是它最为突出的特色和亮点。但是，由于电火箭产生的推力很小，加速很慢，故而进入最终飞行状态需要的时间要比采用化学火箭所用的时间长得多。
为“智慧1”号提供飞行动力的太阳能电火箭发动机，严格说来是太阳能等离子体发动机。它使用氙气作为工作介质，并采用高效的砷化镓太阳能帆板将太阳光能转换成电能进而产生电磁场，利用电能电离氙气原子，形成等离子体，再通过电磁场的作用，使氙离子流高速喷出，从而为“智慧1”号提供推力。这种太阳能电火箭比通常使用的化学火箭效率要高10倍，所需推进剂即工作介质较少，可使航天器有更多的空间装载有效载荷。由于它利用的是取之不尽的太阳能，故而能在太空无重力状态下连续运转几年时间。它的缺点是推力和加速度都很小，要使航天器达到预定的飞行速度，用时很长。它的重要意义在于，假若这次飞行试验成功，今后就会在更远距离航行的航天器上采用这种推进系统。
为了掌握太阳能等离子体发动机的实际技术性能，“智慧1”号上装置了电推进诊断组件，用来监测推进系统的工作情况及其对航天器的作用效果。同时，它还携有航天器电势、电子与尘埃实验件，用以监测推进系统对电子通量、电场和航天器电势的影响，并研究地月空间的带电环境。此外，它还载有用来试验地球与遥远航天器之间的激光通信技术、实验航天器自主导航计算机技术等先进设备。
在“智慧1”号上所试验的太阳能等离子体发动机等新技术和它采用的多项探测技术，如被证明达到了预期的效果，将会对未来欧洲乃至世界航天技术的发展产生深远影响和重要作用。
欧洲“智慧1”号携带的主要科学仪器及其任务
仪器名称目的主要任务电推进诊断组件新技术实验监测推进系统的工作及其对航天器的影响航天器电势、电子与尘埃实验件新技术实验监测推进系统对电子通量、电场和航天器电势的影响，研究地月空间的带电环境深空X/Ka波段测控试验件新技术实验试验地球与高速飞行的航天器之间的下一代无线电通信技术，由深空转发器在X波段接收指令，并在X和Ka波段发射遥测数据
不甘示弱的日本
1996年，日本提出了建造永久月球基地的计划，预计投资260多亿美元，在2030年建成月球基地，包括居住舱、氧和能源生产厂以及月球天文台。
日本于1970年发射了第一颗人造卫星，此后的很长一段时间内，日本都处于国际航天业的前列。在“飞天”号科学卫星绕月成功后，日本航天界信心大增，1991年又制定了别出心裁的月球探测计划，其中包括研制和发射“月球A”号和“月女神”等探测器。1994年，日本制定了一个更加雄伟的计划：投资260多亿美元，在2024年建成一个6人的月球基地，包括居住地、氧和能源生产厂以及月球天文台等。
“月球A”号由日本空间和宇宙科学研究所研制，重540千克，计划在上面搭载两个各高80厘米、直径16厘米的“矛型”钻探装置，卫星到达月球表面以后，两个钻探装置将插入月球地表，装置上携带的地震测量仪、热流量计等科学仪器将探测到的数据向卫星传送，再传回地球。
“缪斯A”月球探测器
日本“飞天”号探测器1990年1月24日，日本宇航研究开发机构，用M—3S2—5型火箭成功发射了“缪斯A”月球探测器（又名“飞天”号探测器），同时还搭载有“羽衣”环器，由于星箭分离时速度太低，探测器的远地点只有290000千米，后经多次变轨才达到远地点为476000千米的正常探测轨道。“飞天”探测器共绕月飞行了10圈，离月球最近的探测距离为16472千米，它于1993年4月10日在结束其使命后撞向月球。
子卫星“羽衣”重12千克，外形是一个26面体，上面装有一个4千克的固体发动机，用于环月探测，其太阳翼可以提供10瓦的电力，在“羽衣”的顶部安装有转发器和全向天线，用于数据传输和测控。原计划在1990年3月18日“飞天”探测器首次到达近月点时被释放，但由于转发器发生了故障，“羽衣”未能被释放，无法开展探测工作。
“月女神”
2007年9月14日，日本用H—2A火箭成功发射了“月女神”环月探测器，并搭载有“中继星”和“甚长基线干涉测量星”两个子探测器。两个子探测器均分离成功。“月女神”重量为3000千克，设计寿命1年，环月高度为100千米，共载有X射线光谱仪、γ射线光谱仪、多波段成像仪、光谱剖面仪、地形相机、月球雷达探测器、激光高度计月球磁强计、带电粒子光谱仪、等离子体分析仪等15种探测仪器。两个子探测器各重50千克，分别负责从探测器到地球的通信传输和精确测量月球的位置及运动情况。
“月女神”探月计划是自美国“阿波罗”计划以后规模最大，同时也是最复杂的探月计划。日本科学家希望通过随身所带的仪器了解月球表面成分和矿物组成、月球表面的结构、重力场、磁力场、高能粒子环境以及月球的等离子区等。通过上述研究活动，希望进一步揭开月球的起源及演进的秘密。
“月女神”探测器计划由日本宇宙开发事业团与日本空间和宇宙科学研究所共同实施。该计划的主要目标是解决探索太阳系所必需的关键问题，特别是软着陆和数据中继技术。日本称“月女神”是日本未来月球探索计划的第一步，将为2024年日本建立有人月球基地奠定基础。
目前，日本已在月球机器人上技高一筹，积累了丰富的技术经验。日本宇宙科学研究所和东京大学开发成功了一种月球探测鼹鼠机器人，它的外形是一个直径10厘米、长20厘米的圆筒，可以像鼹鼠一样钻入月球地下11米，采集矿物质加以分析，弄清月球地表的结构。它有排沙和掘进两种装置，排沙装置有两根旋转的滚柱，能把挖出的沙石碾轧结实，掘进装置则把活塞顶在碾轧后的沙石上，用活塞推动身体前进。研究人员下一步的任务是制作月球地面配合设备，设计中的地面设备直径为20～30厘米，内装有太阳能电池。月球地面设备除了向机器人供应电力之外，还负责接收机器人的探测数据，向地球发送信号。
印度：后生可畏
印度将在俄罗斯的帮助下，在2011～2012年间，实现“钱德拉扬2”号探测器登月计划，在月球表面进行探测。
印度的航天事业从1962年起步，经过40多年的发展，如今在世界航天国家中占据重要的一席。在月球探测中，印度同样不甘落后。
2003年年底，印度设计制造的一台使用液氢、液氧为燃料的低温火箭发动机在地面试验中成功燃烧了1000秒，超过了太空飞行所需的721秒的最低要求。这次试验的成功使得印度成为继美、俄、法、中、日之后世界上第6个有能力自行制造低温火箭发动机的国家。随着印度研制的低温发动机取得巨大进展，加上已有的卫星遥感技术走在世界前列，印度实施月球探测计划的技术已经成熟。
印度极轨卫星运载火箭发射情景也是在这一年，印度启动了月球探测计划。该计划代号为“钱德拉扬”（即“月球初航1”号），准备耗资8500万美元，在2007年发射一颗重1050千克的绕月卫星。
印度绕月卫星将由印度极轨卫星运载火箭发射，最终进入距离月球100千米的月球极地轨道运行，对月球表面进行两年的探测，主要任务是测绘地貌、分析化学成分和调查矿物分布。
印度科学家目前正在加紧研制32通道的频谱仪、低能和高能X射线频谱仪、太阳X射线频谱仪和激光测高计。另外，用来测量极地水冰的合成孔径雷达将由美国约约翰霍普金斯大学的应用物理实验室研制。为了接收月球探测器的信号，印度正在建设34米直径的天线，印度卫星测控中心的专家认为，对于印度的探月任务来说，25米直径的天线就足够了，但为了今后的深空探测任务，必须留有余地。
2004年11月22日～26日，第6届月球探测与应用国际会议在印度召开，印度不但以自己的月球计划吸引了全世界的眼球，也以辉煌的航天成就向世界证明了，印度正在成为具有全球影响力的航天大国。
美国与八国合作探月
2008年7月29日，美国宇航局在华盛顿总部宣布，美国与印度、韩国、日本、加拿大、英国、法国、德国、意大利署一份合作协议，将共同开展探月活动。
聚合中文网 阅读好时光 www.juhezwn.com
小提示:漏章、缺章、错字过多试试导航栏右上角的源