月球探测器是对月球进行探测的无人航天器。月球探测器采用飞越月球、击中月球（在月球上硬着陆）、在月球上软着陆、环绕月球、对月球土壤进行取样分析或对月球土壤取样返回地球等多种方式探测月球。
20世纪50年代末至今，美国、前苏联/俄罗斯、日本、欧洲空间局、中国和印度先后进行了月球探测，90年代以来兴起了新一轮的热潮，关注重点是月球上水冰的存在。
美丽荒凉的月球
月球示意图
月亮引力小吗？半个多世纪以来，苍凉的月球一直是世界各国激烈竞争的最高领域，月宫舞台热闹非凡，美、苏两国你方唱罢我登台，从1958年到1976年的18年间，美、苏两国一共发射了65颗月球探测器，其中42颗成功。其间的月球探测活动经历了远距离飞越、硬着陆、软着陆、绕月飞行、登陆月球5个阶段。
月球因其与地球的距离，使它理所当然地成为人类探索太空的首选目标和迈出地球村的第一个落脚点。人类对月球的观测、探测与研究贯穿了整个人类文明的历史。
最早，人类是用肉眼观察月球，人们看到了月有阴晴圆缺，月有明暗斑驳。
后来，人们使用了望远镜。借助望远镜等其他仪器，月球的月海、高地、环形山结构被清晰地识别，精致的月面图绘制出来了，各种典型的月面特征有了地球人给取的名字。
牵手月球的探测器再后来，人类发明了各种各样月球探测器。20世纪50年代以来，月球空间探测器的发射，标志着人类对月球探测活动进入了有史以来的最高峰。特别是1969至1976年间，前苏联的“月球”计划、美国的“阿波罗”计划的实施，对月球正面、背面进行了详细的勘察，获取了382千克月岩，人类对月球的空间环境、地貌、地质、构造、起源与演化有了前所未有的认知。
不久的将来，人类将在月球上建设可供长期居住的基地、实验室和工厂，开发月球的能源和矿产资源，月球将成为地球的卫星城，成为地球人走进其他星球的太空码头和补给中途岛。
月海
在地球上的人类用肉眼所见月面上的阴暗部分实际上是月面上的广阔平原。由于历史上的原因，这个名不副实的名称保留下来。
已确定的月海有22个，此外还有些地形称为“月海”或“类月海”的。公认的22个绝大多数分布在月球正面。背面有3个，4个在边缘地区。在正面的月海面积略大于50%，其中最大的“风暴洋” 面积约500万平方千米，差不多9个法国的面积总和。 大多数月海大致呈圆形、椭圆形，且四周多为一些山脉封闭住，但也有一些海是连成一片的。除了“海”以外，还有5个地形与之类似的“湖”——梦湖、死湖、夏湖、秋湖、春湖，但有的湖比海还大，比如梦湖面积7万平方千米，比汽海等还大得多。 月海伸向陆地的部分称为“湾”和“沼”，都分布在正面。湾有5个：露湾、暑湾、中央湾、虹湾、眉月湾；沼有3个：腐沼、疫沼、梦沼，其实沼和湾没什么区别。
月海的地势一般较低，类似地球上的盆地，月海比月球平均水准面低1~2千米，个别最低的海如雨海的东南部甚至比周围低6000米。月面的反照率（一种量度反射太阳光本领的物理量）也比较低，因而看起来显得较黑。二十四个“月球号”
“月球1”号探测器
1959年新年刚过，1月2日在前苏联一个秘密的航天发射场，一枚由洲际导弹改装的运载火箭呼啸着直上九霄，把一个月球探测器送入太空。第二天，前苏联政府宣布其成功发射的人类首枚月球探测器“月球1”号已从月球近旁飞过。这一消息震惊了世界，成为全球媒体的头版头条，前苏联在美、苏月球竞赛中成功地打响了第一枪。
“月球1”号是3次发射失败之后的第四颗月球探测器，这颗361千克的探测器由“月球”号火箭发射升空，它没有停泊轨道，而是直接飞向月球，奔月速度达到1117千米/秒。第二天，“月球1”号在距月球5995千米处从月球旁边一掠而过，随后这个探测器进入日心轨道，成为第一颗人造行星。“月球1”号携带了磁强计、离子腔和微流星体探测装置，飞行途中，它测量了月球和地球的磁场、宇宙射线的强度，还测量到太阳发射的等离子流“太阳风”。尽管这次飞行未能实现预定的目标，但它进入了人类以前从未到达的太空领域，完成了“投石问路”的壮举。为此，前苏联给它取了一个充满希望的名字——“梦想”号。
8个月后，前苏联的“月球2”号再次升空，它对准月球飞奔而去，随后以33千米/秒的速度撞击在月球雨海东面阿基米德环形山附近的莫多利卡环形山里。巨大的能量使月岩尘土高高飞扬，最高的竟达500千米，飞溅最远的距离达3000千米，在那里留下了一个小小的圆坑。据说，在“月球2”号接近月球的关键一刻，总设计师科罗廖夫和他的助手们都聚集在飞行控制室里，除了“月球2”号传回的清晰信号外，控制室鸦雀无声。当390千克的“月球2”号抵达月球，并与月球相撞的一瞬间，紧张的设计师们抑制不住兴奋的心情，全都跳了起来。这是人类文明史上第一次将人造物体降落在月球上，第一次在月球烙上人类社会的印迹。当距离地球11万千米时，它释放出1000克钠，形成了在太空持续了5分钟的金黄色钠气云，以方便地面人员的跟踪观察。它在撞到月面之前，向地球发回了有关月球没有强磁场和没有辐射带的重要数据。
“月球2”号带去了前苏联科学家送给月亮女神的“见面礼”，那是一大两小3块金属标牌，它们均呈正五边形，大的直径为15厘米，上面铸有前苏联国徽及“CCCP”（苏维埃社会主义共和国联盟的俄文缩写）；两块小标牌一模一样，直径均为9厘米，上面印刻着3排俄文：“苏维埃社会主义共和国联盟，1959年9月。”由于有特殊的保护装置，它们至今仍安然无恙地躺在寂静的月宫中。
1959年10月4日，是前苏联第一颗人造卫星发射2周年纪念日。这一天，前苏联人的庆祝活动再一次令世界震惊——他们发射了“月球3”号，它的目标不再是撞击月球，而是绕到月球背面揭开月球背面的神秘面纱。“月球3”号长13米，直径096米，质量约为280千克，它首次携带了2台焦距不同的照相机，使用了太阳能电池。经过数十个小时的飞行，最终它顺利地飞到月球背面，距离月球最近处达到6200千米。在进入月球背面的40分钟内，“月球3”号上的两台光学相机拍摄了29张照片，其中的17张照相底片在飞行途中完成自动冲印，然后通过电视扫描转换成电视信号，再通过无线电通信装置传送回地面。尽管最后得到的照片分辨率很低，而且只覆盖了月球背面70％的区域，但却是人类有史以来第一次看到了月球神秘的另一面。
从“月球3”号发回的图片中，可以看到月球背面北半球有一个直径大约300千米的月海，前苏联人毫不犹豫地将其命名为“莫斯科海”，还把齐奥尔科夫斯基、布鲁诺、罗蒙诺夫、居里、焦耳等一些科学家的姓名赏赐给了月球背面的环形山。
1958～1960年，前苏联发射的第一代3枚月球探测器只有一个朴实的目的：获得足够快的飞行速度和有效的定向精度，保证它们能撞击月球或近距离飞过月球，以便向地球发回探测数据。经过2年的努力，这个目的顺利达到了。
在20世纪50年代末，拍摄月球背面图像并不是件容易的事情。前苏联在发射“月球3”号时，对发射时间和飞行轨道作了精心的安排，当时月球背面正值白天，使得探测器上的光学照相机可以进行拍摄。
前苏联的第二代月球探测器要攻克的是月面软着陆技术，这是探月工程中最难解决的技术问题之一。
1963～1965年，前苏联先后进行了12次软着陆尝试，但均以失败告终，其中有5次飞临月球，前苏联依次把它们命名为“月球4”号至“月球8”号。这5颗着陆器中的3颗撞毁在月球上，2颗与月球擦肩而过。1965年5月升空的“月球5”号在准备降落的最后阶段，因制动火箭未能启动而功亏一篑，它以极大的速度灾难性地一头撞进月球，扬起的月壤形成了长225千米、宽85千米的尘云。接踵而至的是不幸的“月球6”号，它在奔向月球的途中完成轨道修正后，没有按预定程序关闭修正轨道的发动机，最终与月球失之交臂，进入了日心轨道。重蹈覆辙的“月球7”号起初准确无误地完成了所有步骤，但最后阶段因制动火箭点火过早，推进剂提前消耗殆尽，最终失去制动力撞毁在月球的“风暴洋”中。两个月后发射的“月球8”号与“月球7”号正好相反，制动火箭启动太迟，“月球8”号尚未减低到安全着陆速度就摔在月面上，再一次上演与月球相撞的悲剧。直到1966年，“月球9”号和“月球13”号才双双降落在月球，“月球9”号成为第一个在地球以外天体上实现软着陆的人造物体。
1966年1月31日，“闪电”号运载火箭将“月球9”号送上充满期盼的征程。火箭先把“月球9”号送入200千米左右的地球停泊轨道，然后第三级火箭二次点火，将158吨的“月球9”号推进奔月轨道。途中，“月球9”号要不断进行轨道修正，以保证与月球相会。3天半之后，“月球9”号临近月球，在距离月球大约8300千米时，进行了姿态调整，将制动火箭发动机对准月面，然后启动着陆系统程序。2月3日，“月球9”号在距离月面75千米时“刹车”减速，从2600米/秒的高速逐渐减低下降速度，同时从底部伸出一根用来确定关闭发动机时机的5米长探针，在探针触到月面的瞬间，“月球9”号迅速关闭发动机并抛出位于顶部的卵形着陆舱，最终以6米/秒的速度降落在月球“风暴洋”上。
着陆舱设计得非常巧妙，它带有缓冲装置，被抛出后像一个有弹性的气囊，可在月球表面“蹦蹦跳跳”。当它停稳时，由4瓣组成的外壳会像花儿一样绽开，花瓣本身就是天线，花瓣里面还有4根75厘米的鞭形天线，它们一起向地球发送信息。着陆舱携带的摄像机此时伸出镜头开始拍照，7个小时后地面控制人员收到了首张来自月球表面的黑白全景照片。接下来的3天，全世界的目光都集中在月球上，“月球9”号分7次向地球传回了8小时的信息，直到3天后电池耗尽。它的成功不仅使人类第一次得到了月球表面的全景照片和局部区域的立体照片，还告诉人们：月球表面是硬的，完全不必担心登月航天员会陷进月壤之中。而此前，科学家一直担心月表的浮尘会像地面的沼泽一样，使人陷入灭顶之灾。
“月球9”号向地面传送月面图片时使用的是明码信号，一家英国银行的电台监听了这些信号并将其转换成标准图片。几分钟之后，西方媒体抢先刊登了这些月球表面的照片，前苏联人对此十分生气。从那以后，前苏联探测器上传回的图片都加上了密码。
1966年底，前苏联第二颗软着陆器“月球13”号又踏上征程，它工作了6天，除了拍摄图片外，还携带了一种穿透器，通过测定穿进月壤的速度和深度，分析月壤的力学性质；“月球13”号还测量了月壤密度，并通过测量着陆时与月球碰撞产生的振动波的时间和强度，获得了20～30厘米厚月壤的力学性质。测量的结果表明，着陆点附近的月壤呈粒状性质，并有轻微的黏性，密度约为每立方厘米08克。
为了确切了解月球重力场的分布，避免载人登月器偏离着陆点，前苏联还发射了环月探测器，对月球重力场分布并不均匀的情况进行了详细探测。人类首颗环绕月球飞行的月球探测器是“月球10”号，它在350千米×1017千米的椭圆轨道上围绕月球飞行了460圈。此后，前苏联又发射了“月球11”号、“月球12”号和“月球14”号探测器，这些月球探测器还测量了月球附近的辐射环境，包括月球表面伽马射线的强度，太阳风离子和电子通量等，它们默默地为载人月球飞行做好了准备。
“月球10”号是一颗具有特殊使命的环月探测器。通过天体力学计算，“月球10”号进入月球轨道后，正值第23届苏共代表大会的开幕式。此时，“月球10”号奉命播放《国际歌》，当来自遥远月球的《国际歌》传到党代会现场时，5000名代表站起来狂欢胜利。
前苏联的第三代月球探测器非常了不起，它们能够自动在月面上挖土采样，并能返回地球。1970年9月24日，前苏联经历多次失败后，首次实验成功从月球上自己飞回地球的小小球形返回舱，这是“月球16”号的杰作。返回舱里带回的101克月球岩石颗粒样品，使地球人第一次真真切切地见到了“天外来客”，这为前苏联人又一次赢得了“第一”。不过，“月球16”号是第二个自动取样返回探测器，先于它一年发射的“月球15”号，不幸撞毁在月球上。“月球16”号，质量约5800千克，由“质子”号重型火箭发射。它由上下两个部分组成，上面部分称为“上升级”，负责把装有月球样品的返回舱送回地球；下面部分称为“着陆级”，主要由制动发动机、游动发动机和圆柱形推进剂箱、月球样品采集装置、导航与控制系统、温度控制系统、通信系统、化学电池和缓冲着陆架等组成。它于1970年9月12日起程，经过5天的长途跋涉在月球表面软着陆。着陆级先开始工作，它伸出钻臂，露出空芯的钻管，开始采集月球样品。钻臂可以移动以避开过硬的月岩，钻头内的传感器可以测试月岩或月壤的阻力以确定钻头的转速，只用7分钟钻头就钻进35厘米深，采集了101克样品，然后它将含有月壤的钻管送进返回舱，并进行自动密封。随后，根据地面指令上升发动机点火，返回舱踏上返程。3天后，在约距地球48000千米时，返回舱与仪器舱分离，以大约11千米/秒的速度进入地球大气层。由于是弹道式返回，在穿过大气层时它的前缘温度超过了10000℃，过载达50克。距地面145千米高度时返回舱的降落伞打开，落地前，它发出信号，帮助地面搜索人员寻找。
“月球16”号发射后，前苏联又先后公布了4个月球自动取样返回探测器，但“月球18”号和“月球23”号失败，“月球20”号因遇到坚硬的月岩只取回了05克样品，“月球24”号取回了170克样品。
1970年11月17日，当人们的目光关注于“阿波罗”登月航天员时，前苏联发射的“月球17”号携带了世界第一辆无人驾驶月球车“月球车1”号。它昼行夜伏，受了白天炽热和夜晚寒冷的严峻考验，行走了1054千米，测定了500多处月壤表层的物理力学特性，分析了25个地点的月壤化学参数，拍摄了20000多张月面照片和200多张全景照片，取得了巨大的成功。它在月球上平安度过了7230小时，它代表了当时无人月球探测技术的最高成就。“月球车1”号的外形像个婴儿车，有8个轮子，每个轮子都分别控制，车子可前后运动和转弯。它带有能插入月壤测试物理力学性质的透度计，测定月壤化学参数的X射线分析仪，专门研究月表磁场特性的磁力计，用于测量地—月距离的激光反射镜，测量可见光和紫外线强度的光度计，以及接收宇宙射线和观测太阳的高灵敏度仪器，它还携带了多个获取月表图像的摄像设备。它不但能够将一些测试数据及时送回地球，还能进行一些现场分析，并将结果送回地球。
“月球车”的电源系统设计得非常有创意。在月球车的仪器舱上有一个布满了太阳能电池的大盖子，白天，它敞开着，使太阳能电池接受强烈的太阳辐射，为蓄电池充电；夜晚，温度骤降，盖子闭合，起到保持温度的作用，并依靠放射性同位素燃料放热取暖。月球车用“放射性同位素温差发电器”作为长寿命电源，这种电源不受环境温度的影响，可以长时间放电。1971年2月9日，“月球车1”号经历了一次月食，地球挡住了太阳，3个小时内月球温度从130℃骤降到-100℃，然后又返回到136℃。
“月球车1”号走得最远的一天是第5个月球白天，即1971年3月7~20日，这一天它走了2004米；最险的是在第6个月球日，它陷入了月坑中，控制人员不得不关上太阳能电池板，让它冒险冲出那个倒霉的月坑。当它度过第11个月球之夜时，它的放射性同位素燃料耗尽了，这时它已自动考察了80000平方米的区域。
“月球车1”号之后，“月球车2”号继往开来，它在月面上生存了5个月球昼夜，行驶了37千米，发回了80000张电视图片和86张全景图片，考察的面积是“月球车1”号的4倍。前苏联准备在1977年发射更加先进的“月球车3”号，但最后终止了这项计划，“月球车3”号被永久地搁置在博物馆里。
“月行者”月球车
“月行者1”号有一辆马车那样大小，车长22米，宽16米，质量756千克。车分上下两部分：上部分是仪器舱，下部分是自动行走底盘。仪器舱是由镁合金制成的密封舱，它保证仪器仪表在月球上工作时不受外部环境影响，舱内装有无线电发送和接收设备、遥控仪器、供电系统、温控系统等，还载有4台全景摄像机。自动行走底盘下装有8个车轮，车按地面指令运动。月球车的运动有两种：一种是向预定的地点行驶，另一种是在某一固定的地段内徘徊。它在月面的一切活动由地面控制中心操纵，也就是说，“月行者1”号在月球上行驶，而它的驾驶员却坐在38万千米外的地球上。
这辆月球车设计寿命为3个月，实际上在月球上工作达11个月，一直到1971年10月4日才停止行驶。在此期间，它在月面进行了4次巡游，行程10540米，考察面积达9万平方米。它在500多个月面点上进行了土壤物理测试，在25个点上进行了土壤化学分析，并拍摄了两万多张月面照片。从“先驱”到“勘测”
与前苏联的辉煌相比，美国的起步显得更为艰难。美国探月初期发射的5颗“先驱者”探测器几乎没有一个获得成功，它失败的主要原因是，火箭没有足够的推力使之达到地球的逃逸速度并送到月球轨道，虽然“先驱者4”号勉强成功，但它飞越月球时距月球尚有近6000千米之遥，它的探测仪器基本没有发挥作用。
“徘徊者”号探测器示意图
美国的“徘徊者”系列探测器从1961年到1965年间一共发射了9次，是用“徘徊者”的身躯活生生地砸向月球，利用高速撞击月球“壮烈牺牲”前的瞬间拍摄月球表面，并将拍摄的信息传送回地球，目的是获得月球形貌近距离照片，为在月面硬着陆提供参考数据。但“徘徊者”计划就像它不太吉祥的名字一样，在最初阶段遭受了巨大的挫折，前6次发射它们总在地月间徘徊不前均告失败，直到1964年7月“徘徊者7”号才首次圆满完成了任务，并在撞击月球前向地面发送了4316幅高质量的月球面照片。其中，它的最后一幅面是在距月面仅426米高时拍摄的，揭示了不到1米大小的细节。“徘徊者8”号飞向了静海内一个平坦的区域。它发现那里的地形虽然是坡势平缓的平原，但到处都是月坑。看来，要为“阿波罗”飞船选择又开阔又没有月坑的区域是十分困难的。“徘徊者7、8、9”号后来工作得比较顺利，它们共发回了上万幅照片。
“勘察者”计划是继“徘徊者”之后的一项大胆的月球软着陆计划。但“勘察者”的研制工作遇到了许多技术难题，造成了严重的进度延误。面对计划严重受阻，美国不得不将初步工作指标降低到“勘察者”飞行任务所需的最低水平——把975千克有效载荷送入月球轨道，并使科学有效载荷减少到45千克左右。该系列探测器共发射了7个，其中5个在月球上实现了软着陆，一个在修正航线时发生了滚转而失败，另一个在着陆时神秘失踪。
1966年是月球探测好戏连台的一年。在前苏联的“月球9”号率先实现月球软着陆后不到4个月，美国的“勘察者1”号探测器便以第二名的身份于6月2日轻柔地着陆在“风暴洋”内一块平坦地带，随后成功传回了11240幅图片。“勘察者1”号发现了一片点缀着无数个月坑并散布着大大小小、形状各异的岩石的地带。它没有发现很深的软土层，分析人员据此推断月面的硬度足以支撑探测器和人体。此后的一年半时间里，美国又连续发射了6个“勘察者”探测器，其中4个取得了成功。
在为“阿波罗12”号飞船寻找着陆地点的时候，美国亚利桑那大学发现了“勘察者3”号的准确降落点，借助月球图片作“向导”，1969年11月“阿波罗12”号降落到离“勘察者3”号仅180米的地方。
1967年9月，“勘察者5”号在静海一个月坑的陡峭内坡上着陆。它携带了一台阿尔法后向散射仪，该仪器对月面物质的化学成分进行了相当精确的分析，指出着陆区月表的化学成分类似于地球上的玄武岩。“勘察者5”号和“勘察者6”号在月球软着陆并完成考察任务后，还进行了发动机的瞬间点火，以试验火箭发动机会对月面产生什么影响。发动机点火后，“勘察者”飞到了距最初着陆点几米的新地点，从月面受到的侵蚀量不大这一点可以看出，发动机点火将不会给“阿波罗”飞船带来严重问题。1968年1月发射的“勘察者7”号是这项计划的最后一个探测器，它成功着陆在第谷月坑正北的一片高地上。
在“勘察者1”号升空后的2个月，美国无人月球探测器家族的第三个成员——“月球轨道器”开始了它的环月飞行旅程。“轨道器”的任务是对“阿波罗”飞船所有可能的着陆场进行拍照，测量月球周围的流星体通量，并通过对探测器的精确跟踪来确定月球的引力场。轨道器不仅完成了所有这些任务，而且取得了其他成果。“月球轨道器1”号于1966年8月发射，它对“阿波罗”飞船的9个主候选着陆场和7个次候选着陆场进行了大量拍摄，获得了质量甚佳的中等分辨率照片，此外还获得了一些月球背面的照片以及地球和月球的斜视照片。接下来的两颗“月球轨道器”分别于1966年11月和1967年2月发射，它们拍摄了20个候选着陆场的优质照片，再次拍摄了月球背面和其他具有科研价值的月球特征照片，另外还获得了月球地形的斜视景象。在“月球轨道器3”号所拍摄的“阿波罗”飞船候选着陆场中，还从无数个月坑之间找到了闪闪发光的“勘察者1”号。由于针对“阿波罗”计划的几项主要目标在第3次任务结束时就已基本实现，所以“月球轨道器”第4次和第5次飞行主要都用于实现更广泛的科学目标：第4次飞行期间对整个月球正面进行了拍摄，而第5次飞行则拍摄了月球正面36个有特殊科学意义的区域。此外，“轨道器”还拍摄了月球背面99％的区域，而且清晰度比此前利用地面望远镜拍摄的正面照片要好得多。
“阿波罗”飞船着陆场勘察工作取得了令人意外的结果，似乎月面上没有一处很平坦无月坑的地方，找不到符合“阿波罗”飞船着陆场最初规定的地点。因此，美国宇航局对登月训练设施进行了改造，以使航天员练习如何避开月坑，在相对平坦的地方降落。
根据“月球轨道器”获得的信息，月球附近没有对航天员安全构成威胁的辐射或流星体。通过对探测器轨道进行详细分析发现，这些轨道有轻微的摄动，表明月球的引力场是不均匀的，由此推断月球内部隐藏着一些质量密集区——“质量瘤”。这提醒“阿波罗”计划的规划人员在精确计算“阿波罗”飞船飞行轨迹时，要相应地考虑“质量瘤”引起的轨道摄动，发现和确定这些“质量瘤”，为登月舱高精度地着陆和准确交会提供了可靠性。
“徘徊者”、“勘察者”和“月球轨道器”是值得信赖的先遣队，它们为“阿波罗”飞船的载人飞行打下了良好的基础，美国人从此有了足够的信心，“阿波罗”出风头的时机终于来临了。
20世纪80年代，美国第一个踏上月面的航天员阿姆斯特朗应邀访问中国，在谈话中，他说了一句玩笑话：“第一个住进月宫的是一位中国的美女，她叫嫦娥；而第一个踏上月球的却是一个美国男人，那就是我。”他对“嫦娥”的发音有些搞不准，但他知道，在古老的东方国度里，嫦娥的地位如同西方人尊崇的月神阿尔忒斯，她是世界上最早住进月宫里的仙女，并从远古一直“活”到了今天。
软着陆
人造卫星、宇宙飞船等在降落过程中，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，从而实现安全着陆的技术。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。
“嫦娥”奔月
嫦娥奔月的传说，最早见于战国初期的《归藏》一书：“昔嫦娥以西王母不死之药服之，遂奔月为月精。”到了汉代刘安编的《淮南子览冥训》，又把它演绎了，嫦娥的故事便更富有了波澜跌宕的情节。故事大意是，远古时代天上出现了10个太阳，烤得大地冒烟、河水断流、大海枯干，百姓眼看无法生活。这件事激了一位名叫后羿的英雄，他登上昆仑山顶，打开神箭，一气射下了9个太阳。后羿成了一位盖世英雄，受到了百姓的拥戴。一位聪颖美丽的姑娘名叫嫦娥，她嫁给了射日英雄后羿为妻。一天，因后羿射日有功，王母娘娘奖给他2颗仙丹，说是两人分吃可长生不老，一人独吃会升天漫游。嫦娥按捺不住遨游天庭的好奇之情，偷吞了全部仙丹。结果，药性发作，身体变轻，不由自主飘飘悠悠进了月宫。嫦娥因此被罚，变成了蟾蜍，并被罚捣药。这个神话有悖于月亮美好的形象，也不符合人们对美好事物的追求，后来民间又把这个版本进行了升级。升级后的故事说，嫦娥“性巧而贞静好洁”，为了反抗无道的夏王太康，毅然抛弃薄情的丈夫，飞奔月宫，成为月宫之神。她居住的宫殿名叫广寒宫，但广寒宫里非常寂寞，常年做伴的只有捣药的玉兔和被罚去砍桂树的吴刚。为此，嫦娥非常后悔，怀念人间纯真质朴的生活，但为时已晚。后来唐代大诗人李商隐作诗叹道：“云母屏风烛影深，长河渐落晓星沉。嫦娥应悔偷灵药，碧海青天夜夜心。”嫦娥奔月不仅是中华民族，也是人类最早的登月幻想。除了各种文献，20世纪70年代初在长沙马王堆一号汉墓出土的帛上，也绘有嫦娥奔月图，可见这个神话至少在公元前200多年就已在民间广为流传。
从神话到现实，中国老百姓的感情世界受到了2次触动。一次是1969年7月，圣洁的广寒宫里进去了2位捷足先登的洋人男士，不仅在宫门上插上了美国国旗，还挖回了一包又一包的月宫之土。另一次是1978年5月，美国总统安全事务顾问布热津斯基代表卡特总统向中国赠送了一块月岩样品和一面美国航天员带上月球的中华人民共和国国旗。
那还是1978年5月28日中美建交的前夕，美国派遣国家安全事务顾问布热津斯基来访问中国，顾问先生受到了当时中国最高领导人——党的主席和国家主席华国锋的接见，作为见面礼，布热津斯基带来了卡特总统向中国送上的一份珍贵的礼物——一块从月球上带来的石头，指尖般大小，铸在一个类似于凸透镜的有机玻璃盒内，重量仅仅1克；还有一面美国航天员带上月球的中国国旗，国旗也是小小的。
在美国华盛顿航空航天博物馆入口处的大厅内，有一块月岩切片安放在玻璃下面，旁边的一块牌子上写着：“请摸一摸月亮！”1979年，邓小平同志访问美国期间参观了博物馆，他十分好奇地摸了一下这块月岩。该博物馆馆长幽默地说：“先生，您摸到月球了！”
当年，“阿波罗”登月航天员带回月球实物样品后，美国曾邀请了20几个国家的700多名科学家开展了样品分析和研究实验，并对首度揭开的奥秘进行理论总结。那几年里，他们每年都在约翰逊航天中心举办一次会议，交流各自的新发现。然而，20世纪70年代正是中国“史无前例”的时代，与国外的交流少而又少，中国科学家没有机会参与这项世界性的科研课题。那么，卡特总统送来的这块月岩的来历如何？能读懂它？中央领导问国内科学水平最高并见多识广的中国科学院：“有人在研究月球？”中科院回答说，全国搞天体岩石的研究人员很少，但有人在搞，他叫欧阳自远，是地球化学所的，在贵阳呢。美国人没有提供这块石头的“出生证明”，也没有说明它的身世经历，好像是故意留下了一个谜。
美国航天员已到月球上去过6次了，“阿波罗11”号、“阿波罗12”号、“阿波罗14”号、“阿波罗15”号、“阿波罗16”号、“阿波罗17”号都去过，连同前苏联月球探测器带回地球的一共带回了382千克的月岩和月壤。这是哪一次采集的，采自月球的什么地点呢？
样品很快从北京安全地送到了贵阳。拿到样品，欧阳自远请来了全国大约近百名各方面研究专家，并制定了详细的研究计划。1克样品虽然很少，但对于做研究来说已足够。欧阳自远想得很周到，来自月球的石头，应该让公众亲眼看到。于是，他只取了一半的石头拿来研究，另一半他送到北京天文馆让大家观赏。北京天文馆把剩下的半克月岩镶嵌在透明的有机玻璃里，珍藏了起来。至今，在北京新落成的天文馆里，人们还能清楚地看到当年保存下来的另外半克月岩的风采。
欧阳自远列出了详细的分析鉴定清单，征集全国的研究力量，看有本事做哪项工作。当时有十几家研究所、100多名专家参加了研究，他们先对月岩做了非破坏性测试与研究，最后才做破坏性的测试与研究，包括矿物成分、结构构造、化学成分、微量元素、物理性质、产出环境，研究的内容涉及岩石学、矿物学、主量元素、微量元素、碳14中子活化分析、放射化学中子活化分析、质子激发X射线分析、火花源质谱、电子探针及电子能谱测试等，只要当时能做的测试，他们都做了。
最后，中国科学家不但证明了这块月岩属美国“阿波罗17”号飞船登月时采集的高钛月海玄武岩样品，指出了美国专家对它的具体编号，分析出其主要矿物含量为：辉石515％、斜长石257％、钛铁矿214％，还确认了这块石头所在的地方是不是有阳光的照射。在此后2年的时间里，中国科学家发表了12篇论文，详细的分析结果得到了美国专家学者的确认和钦佩。
“美国人赠送月岩样品，其实也是在探测我们的测试能力和研究水平，虽然这话没有明说，但我们的研究结果还是让美国人很信服。”欧阳自远说。
事实上，中国学者自20世纪60年代中期开始，就对月球的空间环境、地形地貌、矿物类型、地层划分、火山与岩浆活动、大地构造、撞击坑的分布与年龄、月球与地月系统的起源与演化历史进行了系统的综合分析研究，并一直跟踪国际月球探测的研究进展，编写了《月质学研究进展》、《天体化学》等专著。
20世纪70年代，国内有些单位曾提出过要不要搞深空探测，要不要搞载人航天。当时，政府考虑到中国是一个经济还不富裕的发展中国家，没有能力也没有必要花费巨资到月球上去，最重要的还是解决目前老百姓的生计问题，发展航天高技术造福人民应当是很长一段时间里的发展宗旨。所以周恩来总理提出，头脑不要发热，“先把地球上的事办好”。从这一宗旨出发，中国根据自己的国情，坚持有所为有所不为，集中力量解决国民经济和社会发展面临的难点、热点问题，把工作的重点放在了通信卫星、气象卫星等应用卫星的研制和发射上，以加快振兴经济、造福人民的步伐。
但是作为站在科学前沿的科学家们并没有闲下来，探月的技术论证工作也一直没有偃旗息鼓。
“长征3”号甲运载火箭的研制，给中国探月方案孕育了最初的机遇。为了发射我国新型广播通信卫星，“长征3”号甲运载火箭的研制提上了日程。1986年2月，这项任务作为“新三星一箭”（“东方红3”号通信卫星、“风云1”号气象卫星、“资源1”号卫星和“长征3”号甲运载火箭）国家重大项目之一，列入了国家“七五”计划。在向国务院申报立项的报告中，火箭被正式命名为“长征3号甲运载火箭”。3月31日，国务院批准立项，“长征3”号甲运载火箭的研制工作自此拉开了帷幕。
1990年1月，日本发射了一颗小小的“飞天号”月球探测器，一跃而成世界上第三个发射月球探测器的国家。时任国家科委主任的宋健同志给中国空间技术研究院的院长打电话，关切地询问：“研究院是否可以组织一下探月的论证。”随后，研究院安排了研究。不久，航空航天部也召开了探月专题讨论会，部署从技术上探讨探月的可行性。此时，发射通信卫星的“长征3”号甲运载火箭正在研制中，首枚火箭的试验性发射不能直接发射用户的通信卫星，但是又不能空发一枚火箭，那么发射什么卫星呢？1991年，中国运载火箭技术研究院提出研制一颗模拟星，模拟星没有通信卫星的具体功能，但重量、接口与以后要发射的“东方红3”号通信卫星基本一致。在论证时，技术人员发现火箭飞向月球的速度要求是11千米/秒左右，最低要求是109千米/秒，而“长征3”号甲运载火箭飞向地球同步转移轨道的速度已达到了102千米/秒，速度差得不多。只要再增加一点速度，飞向月球应该没有太大的问题。火箭的技术性能清楚了，大家很兴奋，他们琢磨着设计一个有意义的金属物体，上面绘有中国国旗或地图，并取名为“探月1”号，然后用火箭送到月球上去。“探月1”号到达月面，就等于在月球上贴上了一个中国标签，并可以永远地将其“烙”在月球上，即使是一个铁疙瘩，它也毫不含糊地表示，中国人已触摸到了月球！这是多么扬国威、鼓志气的事。
火箭技术人员还找了中国空间技术研究院、北京航空航天大学、西北工业大学、南京大学等一起探讨。当时的方案是，用火箭直接把重约14吨的飞行器送到近月轨道，然后借助月球引力把它吸上月面。月球的半径为1730多千米，它对近旁的飞行器有较强的引力作用，经过计算，只要飞行器飞入距月球3000～5000千米的轨道，脱靶小于6000千米，就有可能击中月球。看来，再努把力，“长征3”号甲运载火箭的运载速度和运载能力是能胜任的，当时科技人员提出的预算费还不到500万元。
就在这批人忙碌于搞月球轨道设计时，另一批人在思考，即使技术方案做出来了，轨道精度也达标了，但是发射一个铁蛋蛋到月球上去干什么呢？这个问题的提出，给搞火箭技术研究、月球轨道研究的人涂了一点清凉油，他们只想着不叫火箭空载飞行，确实没有深入地考虑到月球上去干什么，也没有后续工作的具体计划。
毕竟一项科学工程不能光靠头脑发热的冲动，不能搞没有长期打算和规划的一锤子买卖。所以国家有关部门没有批准“长征3”号甲运载火箭发射月球卫星的计划，原因很简单：月球探测的科学目标不系统、不明确，也没有连续性。
1994年2月8日，“长征3”号甲运载火箭攻克了100多项新技术和技术关键，首次飞行试验获得圆满成功，将“实践4”号科学探测卫星和“夸父1”号模拟卫星送入预定轨道。当年11月30日再次发射，将“东方红3”号通信卫星准确地送到预定的地球同步转移轨道。1年之内，取得发射双连冠的佳绩，在当时我国航天发射中并不多见。但是，“长征3”号甲运载火箭却十分遗憾地与月球擦肩而过，没有享受拥抱月神的“艳福”。当年执笔《“长征3”号甲运载火箭首发飞行试验飞向月球方案》的余梦伦院士，十几年后回想往事，仍有遗憾之感。
载人航天工程上马后的1995年，又有一次机会来临了。发射“神舟”飞船的运载火箭是在“长二捆”火箭的基础上改进而成的。当时火箭研制、生产的进度比较快，1997年左右，火箭便可以做一次试验性发射。1997年正值香港即将回归，这枚试验火箭发射时是否搭载一颗月球卫星？不甘冷却的月球梦再度萌发并燃烧起新的激情，火箭研制人员再次提出，利用运载火箭的试飞往月球上发送一个具有简单功能的月球探测器，并提出了一个简易的月球探测方案。考虑到首次发射没有多少经验，目标定得也比较低：确保硬着陆，力争软着陆；月球探测器重量7743千克，月面着陆质量1500千克；在飞抵月球的过程中，向地球传输月球彩色图像和探测结果；在月面上留下永久的中国标记，放置激光反射器；在月面上工作3小时以上，传回周围月面图像及测量数据。
大家设想，即使第一个探测器水平达不到世界先进，但也是一个标志，表示我们中国有能力发射卫星到月球上去，这是庆贺香港回归一份多么厚重的礼物呀！如果用记忆合金在月球上展开一幅大地图，上面有大陆有台湾，要想把台湾从中国分裂出去，那月亮也不答应呀。而且中华人民共和国成立50年大庆，改革开放20年纪念日都将临近，这些都是我党和我国人民取得辉煌成就的标志，如果此时再实现月球探测，将为中华民族进入21世纪增添更加光彩的一页。这个颇带政治热情的设想，当时在科学界引起了很大的争议，不过还是得到了一批学者的支持，很快便形成文字向中央打了申请报告，并计划在香港回归前完成发射任务。据当时参与了该计划费用预算工作的航天总公司综合计划司的一位同志回忆，整个工程的费用预算大约4亿元，其中测控系统的费用为08亿元。至于费用的来源，李鹏总理有意向从总理的准备金中筹集2亿元，由国家计委筹集12亿元，所以费用问题不太大。
当时，这个方案也叫“嫦娥工程”，由于对月球探测尚未提出一个完整的发展规划，缺乏长期和有深度的科学探测目标，而且国家的航天技术基础还没有像今天这样扎实，科学研究的价值不十分明显，再加上工程开始论证后很多单位的研制费用“猛涨”，导致这个报告被国务院领导否决了。后来，宋健同志专门写信给中科院院士、仍然在做月球研究的欧阳自远，嘱咐他一定要吸取这个教训，第一要有明确的探月目标，第二不能向国家要钱太多。
航天白皮书的味道
从热情冲动到理智缜密，月球探测的论证在经历了2次反复后更加务实了。
20世纪90年代初，继美国和前苏联之后，日本也向月球送上了一份礼物，骄傲地成为了世界第三个“月球国家”。1995年，时任“863”计划航天领域首席科学家的闵桂荣院士等人有点坐不住了，他们不无忧虑地看到，在人造卫星、载人航天和深空探测这航天科技3大领域中，深空探测至今还是我国的空白点。他们的忧虑不再是出于单纯的政治竞争，更多的是想到了在未来空间资源的分享中，作为一个发展中大国的人权和利益。因为他们在研究国际航天活动的发展趋势的时候，发现了一条清晰的脉络，人类的航天活动在经历了空间技术的研究应用阶段之后，必然地要走向空间环境的研究和利用阶段。于是，他们再一次郑重地提出了“中国也要搞月球探测”的建议，并组织成立了“863月球探测课题组”，期望把月球探测作为深空探测的起点加以推动。
在给国家的报告中他们写道：“我国已掌握卫星技术、运载火箭技术、测控网技术和发射技术，我国有一支实力雄厚的卫星技术研制队伍和空间科学研究队伍。我们对月球探测器和月球科学跟踪研究了多年，因此，我国开展月球探测活动条件已完全成熟。”
这些平时富有素养、不动声色的科学家甚至有点激动：“随着科学技术的进步，月球的战略意义、政治意义、经济意义远在南极之上。”他们在论证报告中很豪迈地写道：“拿出当年进军南极的气概，探月活动不需要跨世纪，争取在中华人民共和国成立50年大庆前实现首次中国的探月活动，加入月球国家的行列。”
这一课题组的论证工作得到了“863”专家委员会首席科学家闵桂荣和王大珩、陈芳允、王永志、孙家栋、杨家墀、王希季、屠善澄及陈述彭等十几位院士的肯定。从技术上讲似乎不存在突破不了的难关了，但是国家有钱来进行这样大的投入吗？前几次探月计划的搁浅，多多少少也与国家掏不出过多的钱有关。据著名航天专家屠善澄先生回忆，在讨论探月论证报告时，国务院发展研究中心王炯研究员从政治经济学的角度对我国开展探月工程可行性的分析十分精辟，给大家增添了极大的信心。王炯拿出了一组数据，我国当年的GDP水平与美国20世纪60年代相当，美国“阿波罗”登月计划共投入了250亿美元，我们只拿不足他们1/10的经费来进行探月，国家的经济实力是完全可以支撑的。而且，就是这1/10的经费也不是1年就要全部投入，是分10年或者更长时间陆续投入的。国家在三峡工程、南水北调工程、载人航天工程等重大工程中的投入都远远超过了当时探月论证提出的费用额度。
1995年，来自中国科学院地球化学所、空间科学应用中心和中国空间技术研究院的欧阳自远、叶自立、陈康文、禇桂柏和林文祝等专家经过1年的工作，完成了第一个较完整的月球探测可行性报告。他们通过分析国外月球探测活动发展状况，研究了我国开展月球探测的必要性，提出我国月球探测的项目与任务，论述我国开展月球探测已具备的条件，提出开展月球探测发展阶段设想和第一阶段月球探测的科学目标，第一颗月球卫星的方案设想。他们在报告中写道：“我国在航天的3大领域中（卫星、载人航天、深空探测）一直到20世纪90年代还只发展了2个领域，深空探测仍属空白。开展月球探测活动不仅能壮国威，提高民族的凝聚力，了解月球，深化人类对地球、太阳系以及宇宙的起源与演化的研究和认识，而且月球上丰富的核聚变燃料氦-3将是各国未来解决能源危机必争的对象。”
1996年，中国空间技术研究院的《月球卫星技术方案可行性研究》和《月球卫星工程关键技术研究》已勾出我国未来的月球卫星的总体轮廓。
1997年4月，中国科学院院士杨嘉墀、王大珩、陈芳允以“863”计划的名义发表了《我国月球探测技术发展的建议》。
20世纪90年代末，在中国的探月历史舞台上悄悄地出现了一个重大转机。
1998年，我国实施了政府机构的重大改革，国务院成立了新的国防科学技术工业委员会（简称国防科工委），并内设国家航天局。作为航天工业的国家主管部门，国防科工委成立伊始，就出现在月球探测规划论证的前台。它以高效的管理、有力的措施，迅速组织精兵强将推进探月工程的论证，随后带来了一连串振奋人心的好消息。
著名的航天专家栾恩杰研究员被任命为国防科工委副主任兼国家航天局局长。上任伊始，他感到了巨大压力。面对制定“中国航天的发展规划”这一重大责任，一个问题始终在这位专家型官员的大脑中萦绕盘旋：中国的航天应该包括什么？今后10年、20年中国航天的发展蓝图应该怎么样？栾恩杰心中非常清楚，在中国航天的发展历程中，如果不能用发展的眼光去看问题，没有突破和创新，就不会有中国航天的辉煌，这使他陷入深深的思考之中。
许多中国航天人和栾恩杰同样，都感受到了一种无形的压力。在参加国际会议时，他们看到，各国政要、科学家关注的不再是生产多少枚火箭，而是加大航天应用的力度，填补空间科学的空白；航天大国也不再关注制造多少颗卫星，而是谈论怎样飞往火星，去探索宇宙的起源、太阳系的变化、天体现象和生命科学的关系、宇宙环境对地球的影响等等。在这样变化了的形势下，中国航天如果不抓住新的时代脉搏、提出新的任务，不改变旧的“航天”概念，我国与先进航天国家的差距将会越来越大。
中科院的“香山会议”是一个常能冒出思维火花和智慧之光的意识流聚宝盆。1998年的金秋，香山的红叶披着灿烂的阳光，迎来了又一个中科院的科学PARTY。会上有一个声音触动了国防科工委的官员。据当时任系统一司（主管航天业务）司长的郭宝柱先生回忆，科学家们问他，我们有世界上一流的空间科学专家，可是我们只能用国外科学家用剩的二手资料做研究，总是在别人领先发布研究成果后，才开始寻找研究的缝隙。这劣势造成的缘由，是中国迄今没有自己独立的空间探测计划，我们为什么不能有自己的一手资料呢？科学家们明显地感到中国已拥有了成熟的火箭技术和卫星技术，却没有独立的空间科学探测计划，与国际上方兴未艾的宇宙探索热相比，这是一个致命的空缺，他们呼吁政府以国家计划的形式，尽快对“深空探测”处女地的开发进行规划。科学家们的努力，使政府部门对月球探测给予了高度的重视，在郭宝柱的电脑里，《中国的航天》白皮书1998年第一版的草稿里，就有了“深空探测从月球起步”的提法。
任何一种新理论的建立都离不开实践的基础。
中国航天经过近40年的发展，从初创时期的白手起家到“两弹一星”，从应用卫星到卫星应用，再到载人航天，一步一个脚印，一步一次创新。航天宽阔、开放的领域早已突破了单纯“航天技术”的狭义概念，在人类即将踏入21世纪时，栾恩杰和他的同事们终于不失时机地提出了涵盖空间技术、空间科学、空间应用3大领域的“大航天”概念。他们把空间科学纳入“大航天”之中，表达了中国航天人进军月球、太阳系乃至整个宇宙的雄心，抒发了中华民族对人类发展应有所贡献的壮志。在这里，中国航天领域的战略家们，以远见卓识的目光和“大战略”思维，开始谋划中国航天飞向深空、探测月球的美好远景；开始考虑推动以月球探测为主的深空探测活动，并通过重大工程来带动技术的创新和发展。
1999年，“863”计划专家组再次组织了月球探测目标研究，中科院还作了《中国空间科学发展战略》的研究。经过长期研究和缜密思考，科学家们对我国月球探测工程的科学目标也基本形成了比较清晰、统一的认识。2000年8月，中科院组织的专家论证会顺利地评审通过了“月球探测卫星科学目标及有效载荷”这项研究成果，标志着中国探月一期工程的科学目标被正式确立。所确定的科学目标有4项，即绘制全月面的三维立体影像图；分析月球表面14种元素的含量和分布；探测月球土壤的厚度；探测地月空间环境。2001年，“发射绕月卫星”第一期科学目标和有效载荷配置通过了国家评审。
2000年11月，国务院新闻办公室以政府文告白皮书的形式向全世界公布了中国航天的发展政策和目标，这份《中国的航天》白皮书的出台，特别是“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”这句话的公开披露，立刻引起了敏感的中外媒体的猜测——中国要探月了！此后的一两个月里“中国探月”一直是媒体上出现频率最高的字眼。
与轰轰烈烈的媒体“忽悠”不同，中国航天科技集团公司组织的“我国开展月球探测的概念性研究”课题组正在做着扎扎实实的基础研究工作。课题组组长是德高望重的空气动力学专家庄逢甘院士，他带领一批科技精英根据我国的国情和现有技术力量，提出了我国探月的科学目标、开展一期工程的总体方案、实施该方案的现有能力评估、探月工程中的关键技术难点、工程研制进度和费用预算。他们研究的成果成为了后来向中央汇报的立项报告的蓝本。与正式立项的版本有所不同的是，2002年课题组提出的月球探测工程最初“版本”是分5步走（现在是3步走）：第一步，发射探月卫星；第二步，实现月球软着陆；第三步，月面巡察采样并返回；第四步，2020～2030年实现载人环月轨道飞行、载人登月；第五步，2030～2050年与有关国家共建月球基地。课题组还对第一步“发射探月卫星”做了工程预算，大约需要投资11亿元（实际立项时费用预算为14亿元）。也许是考虑到工程的可行性及方方面面的承受能力，有关部门把课题组提出的前3步作为探月工程的一、二、三期工程，即绕、落、回，写入了给国家的立项报告，至于后2步，他们认为可以留待以后根据世界科技的发展趋势再决定。
2002年金秋十月，中央专委（中央研究重大工程的专门委员会）第三次会议上朱镕基总理以他惯有的务实精神，批示道：“要抓紧探月工程的论证工作，力争赶在印度前面探月。”
2003年2月，国防科工委召开了月球探测工程筹备动员会，确定了3人筹备领导小组，正式全面启动月球探测工程前期工作。
2004年1月23日农历大年初二，是一个值得在中国历史上留下重大印记的日子，探月的轮廓在一次次缜密的描绘中一节节浮出水面，就像十月怀胎终于分娩。这一天，新一届国务院总理温家宝批准“嫦娥”绕月工程立项，而且对后续工程，总理也作了批示：“建议纳入国家科技长远规划编制工作中充分论证。”
有了国家层面的高度重视，工程的组织工作就顺畅多了。国防科工委请出德高望重的“两弹一星”功勋、中国航天科技集团公司高级顾问孙家栋院士负责协调构建工程框架。这是一位曾担任我国第一颗人造卫星技术总管、敢于讲实话的航天专家。在“文革”的“红色”年代，他向总理告状的传奇故事流传甚广：1969年，在研制“东方红1”号卫星时，他向周总理反映，“卫星的许多仪器被嵌上了毛主席像章，大家热爱毛主席的心情可以理解，可是这不仅增加了卫星的重量，影响卫星散热，而且对卫星的姿态会带来影响。”周总理说：“你看我们人民大会堂，哪儿也没有毛主席的头像，政治挂帅是要把工作做好，而不能庸俗化。你们回去把道理给大家讲清楚，搞卫星一定要讲科学性。”听完周恩来的这番话，孙家栋果断地指挥大家按科学规律办事，成功地实现了我国第一颗人造卫星“东方红1”号的顺利升空。
此时，孙院士召集了全国航天工程技术人员和月球科学家之精华，对探月一期工程——绕月探测进行了为期2年多的综合论证。这项论证是整个工程的关键，实现月球探测是一项非常复杂的系统工程，怎样在我国现有的技术水平和有限的费用条件下，实施这一复杂的多学科高技术集成的系统工程是一项巨大的挑战。只有完成科学的综合论证，才能使探月的科学目标通过可以实施的工程变成现实。这不仅包括工程的总体方案和5大系统的确定，还包括各部分系统之间的协调与组织；在综合论证中，不但要选择使用哪种运载火箭、卫星平台，还要解决怎样实现38万千米距离的精确的测控，选取怎样的奔月轨道等各种工程技术和理论问题。在1年多的综合论证中，孙家栋院士结合中国航天技术的实力，集思广益，把众多的复杂问题像剥笋一样层层剥开，然后去掉细枝末节，详细分析，直到抓住真正的技术核心问题并提出可行的技术思路。在探月一期工程的综合论证中，最令人担心的是我国的深空测控能力不足。以前，我国航天器飞行的最远距离是距地球7万千米，我国的航天测控这只“手”最远也只能抓到这么远，那么利用现有的设施能否追踪上38万千米外的月球探测器，便成为了最大的难题。经过2年多的努力，孙院士带领一批专家足迹踏遍千山万水，数据分析千遍万遍，克服了重重困难，最终落实了技术方案：用现有的载人航天测控网，再加上中国科学院北京、上海、昆明天文台组成的天文观测网——甚长基线干涉测量系统，可以完成绕月探测器的测控任务。
深入的综合论证还表明，发射绕月探测器完全可以采用我国现有的火箭和卫星平台，从而用最成熟的技术、最可靠的性能和最低的成本来发射中国的首枚月球探测器。运载火箭将利用“长征3”号甲火箭现有成熟的技术加以适应性修改，以满足绕月飞行条件。绕月探测器将使用“东方红3”号卫星平台，并安装探月专用仪器；发射场选择中国的3大发射场之一——西昌卫星发射中心；测控任务则由航天测控网和天文观测网联合承担。
有了明确的大政方针，中国的探月工程开始驶入快车道。国防科工委迅速组织各有关研究院所开展相关技术的预先研究，各单位热情高涨，中国航天人和空间科学家早就抑制不住奔月的热切心情，在国家尚未完成工程立项时，大家毫不犹豫地自筹资金“干！”有的单位想尽办法筹措费用，甚至想到用拍摄月球大战的电影大片来筹集资金；中国科学院、中国航天科技集团公司等许多单位都自筹资金开展了攻关研究，提前投入到预先研究中，为立项后顺利开展研制工作奠定了基础。
此后，国防科工委组建了探月工程中心，探月论证的领衔人物，工程总指挥栾恩杰、总设计师孙家栋、月球探测应用首席科学家欧阳自远，迅速建立了整个指挥线和总师线，各下属研究机构也成立了相应的研究部门，在统一协调下，大家“拉开架势”迅速到位展开了工作。
2007年10月，“嫦娥1”号开始了她激动人心的奔月之旅。
中国首个月球探测器——“嫦娥1”号月球探测器
“嫦娥1”号是中国自主研制并发射的首个月球探测器。该探测器以中国古代神话人物“嫦娥”命名。
“嫦娥1”号月球探测器
资料表明，“嫦娥1”号主要用于获取月球表面三维影像、分析月球表面有关物质元素的分布特点、探测月壤厚度、探测地月空间环境等。整个“奔月”过程预计需要8～9天。“嫦娥1”号发射成功，使得中国成为世界第五个发射月球探测器的国家地区。
“嫦娥1”号是中国的首颗绕月人造卫星，由中国空间技术研究院承担研制。“嫦娥1”号平台以中国已成熟的“东方红3”号卫星平台为基础进行研制，并充分继承“中国资源2号卫星”、“中巴地球资源卫星”等卫星的现有成熟技术和产品，进行适应性改造。卫星平台利用“东方红3”号卫星平台技术研制，对结构、推进、电源、测控和数传等8个分系统进行了适应性修改。数据资料显示，“嫦娥1”号星体为一个2×172×22米的长方体，两侧各有一个太阳能电池帆板，完全展开后最大跨度达181米，重2350千克。有效载荷包括CCD立体相机、成像光谱仪、太阳宇宙射线监测器和低能粒子探测器等科学探测仪器。
专家指出，“嫦娥1”号月球探测卫星由卫星平台和有效载荷两大部分组成。“嫦娥1”号卫星平台由结构分系统、热控分系统、制导，导航与控制分系统、推进分系统、数据管理分系统、测控数传分系统、定向天线分系统和有效载荷等9个分系统组成。这些分系统各司其职、协同工作，以保证月球探测任务的顺利完成。
根据中国月球探测工程的4项科学任务的需要，科学家们在“嫦娥1”号上搭载了8种24台科学探测仪器，重130千克，即微波探测仪系统、γ射线谱仪、X射线谱仪、激光高度计、太阳高能粒子探测器、太阳风离子探测器、CCD立体相机、干涉成像光谱仪。
为了保证完成月球探测工程任务，对承担卫星发射任务的“长征3”号甲火箭进行了41项可靠性的设计工作，以提高其运载可靠性。
“嫦娥1”号探月卫星发射成功在政治、经济、军事、科技乃至文化领域都具有非常重大的意义。
从政治领域来看，“嫦娥1”号发射成功体现了中国强大的综合国力以及相关的尖端科技，是中国发展软实力的又一象征，表明了中国在有效地掌握和利用太空巨大资源、实现科研创新、凝聚民心、增强国家竞争力等一系列远大目标的决心与行动。“嫦娥1”号在十七大胜利闭幕之际成功发射升空，无疑是对中共十七大献礼的最好礼物。这将极大地振奋全国人民的民族精神，提高中共的执政威信。历史已经多次证明，在事关全民族利益、指向国家改革开放深化的重大时代事件面前，民众与中央上下同欲，其产生的集中效应不但能确保“嫦娥奔月”成功，也能在以后的日常建设中起到领航灯作用，保证社会又快又好地和谐发展。“嫦娥”奔月的成功，还将意味着在国际空间开发和探测上，中国必将占有一席之地并且具有发言权。这也是中国在发射“嫦娥1”号探月卫星后，要求成为国际空间站第17个成员国的原因所在。
而从经济领域来看，“嫦娥1”号探月卫星的发射成功将带动信息、材料、能源、微机电、遥科学等其他新技术的提高，对于促进中国社会经济的发展和人类社会的可持续发展具有重要意义。同时，月球上特有的矿产资源和能源是对地球上矿产资源的补充和储备，将对人类社会的可持续发展产生深远的影响。月球表面具有极其丰富的太阳能，月壤中蕴藏的丰富的氦-3也能提供新型核聚变的材料，应用前景广阔。
从军事领域来看，“嫦娥1”号探月卫星的发射成功表明我国的导弹打卫星和激光摧毁卫星的技术已经日臻成熟。虽然这次“嫦娥1”号卫星没有携带任何与军事有关的设备，但是中国的运载火箭可以在发射出现故障时实施紧急关机，飞船和卫星可以在外太空实施数次变轨，当卫星发生故障，可以用弹道导弹或者激光予以摧毁，显示我国如果要在外太空实现军事用途也并非难事。
从科技领域来看，它将促进中国航天技术实现跨越式发展和中国基础科学的全面发展。月球探测将推进宇宙学、比较行星学、月球科学、地球行星科学、空间物理学、材料科学、环境学等学科的发展，而这些学科的发展又将带动更多学科的交叉渗透。目前中国科学家对月球的了解和认识往往依赖于他国提供的材料，这样就丧失了许多研究月球的机会。
从文化领域来看，“嫦娥1”号的发射成功具有重要的启蒙意义。探月给人类本身带来了社会发展理念的“颠覆性改变”，人类第一次将思维与身躯同时挣脱地心引力的束缚，进入到地球以外的无限宇宙空间中，实地接触了月球表面，人类之前所摸索出的各种科学理论得到部分验证或反证。人类文明编年史从国家疆域、地球视野进入到“光速世界”，堪称又一大跨越。
“嫦娥”奔月的成功带给中国人的是加快发展的坚定信心，就如当年中国爆炸原子弹之后全世界华人的欣喜。中国历来都是一个大国，可是中国却在很久以前丢掉了自己的强国地位。每一次成功带来的国家强大的希望对于中国人都是激励，这种激励又进一步刺激了新的成功，获得巨大的民族动力。“嫦娥”奔月所带来的攻坚精神、创新意识都成为了全民的宝贵精神财富。“嫦娥”奔月是举国关注的公共事件，通过媒体以各种形式传播“嫦娥”奔月的科普知识、时代意义，公众接受了氛围良好的爱国主义教育和科学启蒙。
月球三维图像
月球三维图像是中国第一个探月卫星“嫦娥1”号所描绘的月球表面照片，是由CCD立体相机获取的影像数据，经三线阵数字摄影测量处理制作而成。2009年9月28日，中国首次月球探测工程全月球三维数字地形图通过专家评审。这是目前（截至2009年9月28日）国际上精度最高的全月球三维数字地形图。
这幅全月球三维数字地形图是目前（指2009年9月）国际上覆盖全月球、平面与高程的分辨率最高、数据精度最高的月球三维地形数据，将极大地促进对月表形貌的特征、规律与成因的研究，推动月球构造与区划的科学厘定，深化对月球地质及其演化历史的认识，并为后续月球探测工程的科学目标设计、有效载荷配置、关键技术要求和工程保障条件等奠定重要基础。
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