2024-04-25 策划 本刊编辑部 特约撰文 庞之浩
嫦娥奔月，是中国古老的神话传说，也是人类最早的登月梦想。从2004年工程立项至今，中国探月工程已经走过了二十年。
2007年10月24日18点05分，伴随着一团红色火焰腾空而起，嫦娥一号开始了中国首次“探月”之旅，流传了千年的故事终由神话变成了现实。
如果说太空是一片浩瀚的海洋，那么月球就是离人类最近的岛屿。想出海，必须先踏足这座岛屿。
在这二十年中，中国已经圆满完成了立项时制定的“绕、落、回”三步走战略发展目标。如今，中国人九天揽月的梦想仍在继续，正在逐步完成探月工程四期任务。
地月合影 本刊资料
中国探月工程
【绕、落、回】三步走计划
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绕
嫦娥一号（2007年10月24日成功发射）
首次绕月，在国际上首次获得120米分辨率的三维立体全月图。
落
嫦娥二号（2010年10月1日成功发射)
首次获得7米分辨率的世界最清晰全月图，
突破落月探测的关键任务。
嫦娥三号（2013年12月2日成功发射）
首次落月，在国际上首次实现自主避障和高精度软着陆。
回
嫦娥五号T1（2014年10月24日成功发射）
掌握超高速再入返回大气层技术。
嫦娥五号（2020年11月24日成功发射）
首次实现地外天体采样、起飞，
首次实现月球轨道交会对接。
中国探月工程四期于2021年12月获批实施，由嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号四次任务组成。其中嫦娥四号已于2018年12月发射，实现了世界首次月球背面软着陆巡视探测；嫦娥六号将于2024年上半年择机发射；嫦娥七号和嫦娥八号将构建月球科研站基本型，开展月球环境探测等任务。
嫦娥四号着陆器与月球车以及 “鹊桥”月球中继星示意图。 神舟传媒 供图
深空探测正式启程
嫦娥一号：拍下真正的“全月球影像图”
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中国的探月之旅，始于一个梦想，成于一份坚持。 2004年1月23日，中国探月工程正式立项。这一工程的启动，标志着中国航天向深空探测迈出了坚定的步伐。
根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》，中国探月工程分“绕月探测、落月探测、采样返回探测”（简称“绕、落、回”）三个阶段，每一步都是对前一步的深化，并为下一步奠定基础，它们有明显的递进关系。
探月工程一期的任务是通过发射绕月探测器完成的。从立项到发射成功，嫦娥一号仅用了三年多的时间，创造了世界上绕月探测卫星研制的最短纪录。
2007年10月24日，长征三号甲火箭将中国首个月球探测器—嫦娥一号绕月探测器送入太空。11月7日，嫦娥一号进入最终的环月轨道。根据飞行计划，嫦娥一号在奔月途中，应该安排三次中途修正。由于卫星轨道控制“非常精准”，嫦娥一号只实施了一次中途修正。
嫦娥一号传回的第一幅月面图像，使它成为中国航天事业继东方红一号人造地球卫星、神舟五号载人飞船之后的第三个里程碑。
进入环月轨道后，嫦娥一号拍摄的月球照片不断地传回地球，让我们得以一窥那神秘的世界。2008年7月1日，嫦娥一号完成了全月球影像数据的获取。随后，嫦娥一号又开展了变轨等十余项验证试验，为后续的探月任务积累了宝贵的经验。2008年11月12日15时05分，由嫦娥一号拍摄数据制作完成的“中国第一幅全月球影像图”公布，成为当时世界上已公布的月球影像图中最完整的一幅。
在飞行的494天里，嫦娥一号环月飞行了482天，比原计划多飞了117天。在这段时间里，它经历了三次月食，传回了1.37TB的有效科学探测数据。这些数据为我们揭示了月球的奥秘，填补了中国在月球探测领域的空白。
为了给后续的探月任务积累经验，2009年3月1日，嫦娥一号受控撞击了月球丰富海区域，成功完成了硬着陆，月球之旅圆满结束。
国家航天局 供图
中国首次月球探测工程全月球影像图。2007年10月24日18时05分，中国首颗绕月人造卫星“嫦娥一号”在西昌卫星发射中心，由长征三号甲运载火箭顺利发射升空，11月20日16时49分，成功进入环月飞行轨道后，其搭载的CCD立体相机开机工作，至2008年7月1日，完整获取70度以上南北极区全部影像数据，补充制作月球极区影像图，并完整传回数据。地面应用系统对月球表面图像数据和其他科学探测数据进行处理后，制成图像清晰、层次分明、定位精准、数据翔实的全月球影像图。国家航天局 供图
落月之旅突破关键技术
嫦娥三号：首次登陆一举成功
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嫦娥三号，这个充满传奇色彩的探测器，首次实现了中国在月球表面的软着陆，开启了全新的探月篇章。软着陆探测和巡视勘察的方式，能够直接且丰富地获取探测数据，是其他探测形式无法比拟的，因此落月探测显得尤为重要。
2008年2月15日，中央正式批准了以“落月探测”为目标的探月工程二期。相比一期绕月探测，二期落月探测要实现月面软着陆和月面巡察，任务更为艰巨，技术难度和风险也更高。
嫦娥二号与嫦娥三号，作为探月二期工程的主力，肩负起了落月探测的重任。为了确保落月探测的成功，在发射嫦娥三号落月探测器之前，我国决定先通过嫦娥二号突破关键技术，对预选着陆区进行了高分辨率成像，减少落月探测的风险，并获得了更丰富的探测数据，深化了对月球的认知。
2010年10月1日发射的嫦娥二号的表现令人瞩目。2011年4月1日，在半年设计寿命期满后，嫦娥二号仍继续开展多项拓展试验，其中包括获得了世界首幅分辨率为7米的全月图，验证了嫦娥三号的多项关键技术，并首次从月球轨道飞往日地拉格朗日2点进行科学探测，然后又在距离地球约700万千米处，飞跃图塔蒂斯小行星。
如果说，嫦娥一号、二号卫星绕月飞行揭开了中国探月的序幕，那么嫦娥三号落月，“玉兔”漫步虹湾，则让中国探月攀上新高度。有了嫦娥二号这个成功的开路先锋，探月工程二期的主任务嫦娥三号的月球之旅就顺利多了。
2013年12月2日，嫦娥三号升空后直接进入了地月转移轨道，并于12月14日在月面实现了软着陆，这是中国首次实现对地球以外天体的软着陆。12月15日，嫦娥三号着陆器与玉兔号月球车互相拍照。中国成为世界上第三个掌握落月探测技术的国家。
嫦娥三号由着陆器和玉兔号月球车组成，实现了同时发射两个月球探测器，分别进行原位探测和巡视探测，这在国际航天领域尚属首次。
“嫦娥”落下去、“玉兔”走起来、度过长月夜是嫦娥三号任务最大的难点。在着陆月面的过程中，嫦娥三号搭载的玉兔号月球车运用了具有国际先进水平的关键技术，如悬停、避障的智能着陆等，成功解决了反推减速、自主控制和着陆缓冲三大技术难题，稳稳降落在月球虹湾以东区域。
嫦娥三号着陆器和玉兔号月球车各自携带了4种科学载荷。着陆器携带了地形地貌相机、降落相机、极紫外相机、月基光学望远镜；玉兔号月球车携带了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪。其中极紫外相机、月基光学望远镜和测月雷达更是世界首次在月球表面探测中使用，展现了中国在月球探测领域的重大突破。
落月探测是航天领域的一项高难度技术挑战，至今仅有美国、苏联、中国、印度和日本成功实现。嫦娥三号凭借出色的技术表现，成功完成了落月探测任务，为后续嫦娥四号和嫦娥五号的着陆奠定了坚实基础。
如今，嫦娥三号已开展“测月”“巡天”“观地”科学探测，取得了大量科学数据，且其着陆器仍在月面工作，是目前世界上在月面工作时间最长的着陆器，为中国探月工程书写了新的辉煌篇章。
嫦娥三号两器互拍，由月球车上全景相机拍摄的嫦娥三号着陆器及器载五星红旗。 国家航天局 供图
月面高分辨率照片。自2013年12月14日月面软着陆以来，中国嫦娥三号月球探测器创造了全世界在月工作最长纪录。 新华社 供图
嫦娥二号任务
2010年10月1日，中国用长征三号丙运载火箭从西昌发射第二颗月球探测卫星嫦娥二号。嫦娥二号验证了探月工程二期部分关键技术，深化了月球科学探测，详细勘察了嫦娥三号预选着陆区虹湾，并在完成任务后继续探测宇宙，由探月卫星变为中国首颗太阳系人造小行星。
嫦娥二号任务示意图。
嫦娥三号任务
2013年12月2日，中国用长征三号乙加强型火箭，成功将嫦娥三号探测器发射升空。12月14日嫦娥三号着陆月面，着陆器和巡视器（玉兔号月球车）实现分离，中国首次实现月面软着陆和巡视勘察；12月15日，着陆器和巡视器互拍成像。嫦娥三号任务圆满成功。
嫦娥三号着陆器携带了地形地貌相机、降落相机、月基光学望远镜、极紫外相机4种科学载荷；巡视器(玉兔号月球车）携带了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪、粒子激发X射线谱仪4种科学载荷。
嫦娥三号月球探测器搭载的巡视器（玉兔号月球车）。 国家航天局 供图
采样返回创造历史
嫦娥五号：四个“首次”大大提高航天技术
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在璀璨的星空下，嫦娥五号如同一颗闪耀的明星，为中国探月工程谱写了辉煌的篇章。
中国探月工程三期的主任务是通过嫦娥五号完成无人月球采样返回任务，这有利于进一步了解月球的状态、物质含量等重要信息，深化对月壤、月壳和月球形成演化的认识。这些宝贵的数据，将为未来载人登月和月球基地选址提供重要的参考。
这次无人月球采样返回任务，不仅是中国航天领域迄今为止最复杂、难度最大的任务之一，更是中国探月工程“绕、落、回”三步走中的收官之战。
“回”是嫦娥五号的重点任务，也是需要突破的难点。在返回过程中，嫦娥五号的返回器会以接近第二宇宙速度返回再入大气层，技术十分复杂。因为返回器再入速度提高了一倍，再入热量将提高8—9倍，如果以11千米/秒左右的速度直接再入大气层返回地面，返回器很容易被烧毁。为了降低工程风险，中国于2014年10月24日先发射了探月工程三期再入返回飞行试验器（也叫嫦娥五号T1），以掌握超高速再入返回大气层技术。嫦娥五号T1由服务舱和返回器两部分组成，其返回器与嫦娥五号的返回器基本一致。它们升空后先飞抵月球附近，然后自动返回地球，最终，其返回器于同年11月1日采用半弹道跳跃式以接近第二宇宙速度再入大气层，在内蒙古预定区域顺利着陆。
这是中国航天器第一次在绕月飞行后再入返回地球，表明中国突破和掌握了航天器超高速再入返回技术，也使得中国成为了世界上第三个成功回收绕月航天器的国家。
2020年11月24日，由上升器、着陆器、轨道器、返回器四个部分组成的嫦娥五号采样返回器升空。在闯过一系列难关后，嫦娥五号的返回器于当年12月17日携带1731克月球样品顺利返回地球，使中国成为世界上第三个在月球采样返回地球的国家，同时，也为探月工程“绕、落、回”三个发展阶段的战略规划画上了圆满句号。
在嫦娥五号的任务中，有四个“首次”格外引人注目，它们不
仅刷新了航天技术的纪录，更彰显了中国航天事业的蓬勃发展。
首次在月面自动采样。在月球的低重力环境下，着陆器上的采样装置需要精准地执行钻孔、铲土和输送等任务，确保样品在封装过程中不受任何污染。由于准备充分，原本需要耗时两天的任务仅用时19个小时就完成了。
首次从月面起飞。当采集的样品被封装到上升器后，上升器需要从着陆器上起飞，这是中国空间飞行器首次在地外天体起飞。在这一过程中，上升器需要克服众多技术难题，确保起飞过程的安全与稳定。由于有充足的前期准备和技术保障，月面起飞完成得很顺利。
首次在38万千米外的月球轨道上进行无人交会对接。携带月球样品的上升器起飞后，要进入月球轨道，与在那里飞行的轨道器-返回器组合体进行无人交会对接，并把采集的样品转移到返回器中，这在世界上是第一次。为此，我国研制了一种被称为抱爪式的空间轻小型弱撞击对接机构，装在轨道器上，从而完成了这一任务。
首次带着月壤以接近第二宇宙速度返回地球。在返回过程中，嫦娥五号携带月球样品的返回器以大约11千米/秒的速度再入大气层，这对返回器的设计和制造都提出了极高的要求，虽然中国已用嫦娥五号T1试验过，但嫦娥五号返回是一次实战考验，结果圆满。
值得一提的是，嫦娥五号任务的成功并非仅是中国航天事业的突破，它在全球航天领域也引起了广泛关注。在此之前，仅有苏联在20世纪70年代尝试过3次无人月球采样返回，但因苏联当时并未掌握月球轨道无人交会对接技术，上升器直接返回地球，就需要克服返回器与大量燃料产生的死重，所以只带回330克样品。
中国科学家对自取月球样品进行存储、分析和研究，已经取得许多科研成果，如揭示了20亿年前月球仍存在岩浆活动，发现了月球新矿物并命名为“嫦娥石”等。这些成果不仅丰富了人类对月球的认识，也为未来的深空探测任务提供了重要的科学依据。
嫦娥五号探测器着陆器和上升器组合体着陆后全景相机环拍成像。 国家航天局 供图
嫦娥五号任务
四个“首次”
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首次月面自动采样
首次地外天体起飞
首次月球轨道交会对接
首次携带样品高速再入地球
科学目标
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开展着陆点区域形貌探测和地质背景勘察，获取与月球样品相关的现场分析数据，建立现场探测数据与实验室分析数据之间的联系
对月球样品进行系统、长期的实验室研究，分析月壤结构、物理特性、物质组成，深化对月球成因和演化历史的科学认知
三大工程目标
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突破窄窗口多轨道装订发射、月面自动采样与封装、月面起飞、月球轨道交会对接、月球样品储存等关键技术，提升中国航天技术水平
实现中国首次地外天体自动采样返回，推动中国科学技术重大进步
完善探月工程体系，为中国未来开展载人登月与深空探测积累重要的人才、技术和物质基础
嫦娥五号探测器
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月面工作示意图
重量8.2吨，是中国目前发射的重量最重的探测器
由轨道器、返回器、着陆器、上升器4器共包含15个分系统组成
嫦娥四号着陆器地形地貌相机对玉兔二号巡视器成像。
探月四期开门红
嫦娥四号：探秘月球背面，追溯星球历史
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嫦娥四号着陆器地形地貌相机对玉兔二号巡视器成像。 国家航天局 供图
从“绕、落、回”三个阶段来看，中国的探月工程如同一个精心设计的阶梯，每一步都有条不紊且富有深意。
绕月探测就像是对月球进行了一次全球性的“体检”，用各类仪器对其进行了详尽的综合普查；落月探测则更进一步，仿佛是在月球上选定了一个特定区域，进行了深入的区域性详查，这个过程包括原位探测和巡视探测，复杂程度不言而喻；采样返回探测可以说是对月球的“深度挖掘”，主要是对月球进行区域性精查，因为科学家可在实验室里对采集到的月球样品进行详细研究，这无疑是最为复杂，难度也最大的一个阶段。
如今，中国已经开始实施探月四期工程，而嫦娥四号作为这一阶段的首次任务，肩负着在月球背面进行软着陆和巡视探测的重任。因为月球背面比正面保留着更为原始的状态，对研究月球和地球的早期历史具有重要的价值。同时，由于在地球上永远无法直接看到月球的背面，所以在月球背面能够监测到因干扰而在地球和地球轨道上无法分辨的宇宙低频射电信号。这无疑为我们打开了一个探索宇宙的新窗口，有望取得重大的天文学成果。
不过，挑战也随之而来。由于无法直接和地球站进行无线电通信，如何使在月球背面着陆的探测器与地球保持联系，就成为一个亟待解决的问题。为此，中国在2018年5月21日发射了世界首颗运行在地月拉格朗日2点晕轨道的月球中继星“鹊桥”。这颗卫星就像一座桥梁，连接了地球和月球背面，为嫦娥四号提供了与地球站之间的通信链路，确保了测控通信信号和科学数据的顺利传输。
2018年12月8日，中国成功发射了嫦娥四号落月探测器。经过一段时间的飞行，它于2019年1月3日在月球背面冯·卡门撞击坑完成了软着陆，这在世界上尚属首次。
作为嫦娥三号的备份，嫦娥四号同样由着陆器和巡视器（玉兔二号月球车）组成。但由于两者的科学目标有所不同，它们所装载的科学载荷也进行了相应的调整。嫦娥四号着陆器上新增了国内新研发的低频射电频谱仪，以及德国的月表中子与辐射剂量探测仪，而嫦娥三号着陆器上的月基光学望远镜和极紫外相机则被移除。玉兔二号月球车也进行了类似的调整，增加了瑞典的中性原子探测仪，同时去掉了粒子激发X射线谱仪。
在性能上，嫦娥四号也有了显著的提升。由于着陆区的地形差异，嫦娥四号采取了近乎垂直的着陆方式，相较于嫦娥三号的弧形轨迹着陆，这无疑更加考验技术的精准度。此外，嫦娥四号还采用了新的能源供给方式—同位素温差发电与热电综合利用技术，这使得它能够在长月夜-180℃的极端环境中也能进行部分工作，为月球探测工作提供了更加稳定可靠的能源保障。
如今，嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车仍在“超期服役”，继续为中国的探月工程贡献力量。特别是玉兔二号，它已经成为目前世界上在月面工作时间最长的月球车。
嫦娥四号任务
鹊桥号中继星
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2018年5月21日，嫦娥四号任务鹊桥号中继星成功发射，是世界首颗运行于地月拉格朗日2点晕轨道的通信卫星，为嫦娥四号月球探测任务提供地月间的中继通信。
嫦娥四号
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2018年12月8日，由长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，实现人类首次月球背面软着陆和巡视探测，探索月球背面的奥秘。
2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器成功着陆在月球背面南极艾特肯盆地冯·卡门撞击坑的预选着陆区。
2019年1月11日，在“鹊桥”中继星支持下，着陆器与玉兔二号巡视器在月背实现相互拍照，嫦娥四号工程任务获得圆满成功。
工程目标
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研制发射月球中继通信卫星，实现国际首次地月拉格朗日2点的测控及中继通信
研制发射月球着陆器和巡视器，实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测
主要科学任务
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开展月球背面低频射电天文观测与研究
开展月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究
试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究
嫦娥四号着陆器地形地貌相机环拍全景图（方位投影）。 国家航天局 供图
玉兔二号巡视器在月背留下第一道痕迹的影像图。 国家航天局 供图
嫦娥四号巡视器车轮。 国家航天局 供图
嫦娥四号着陆器地形地貌相机环拍全景图（圆柱投影）。国家航天局 供图
2021年，“月球样品001号”月壤在国家博物馆对公众开放，吸引人们前来观看。 视觉中国 供图
携手共建国际月球科研站
载人登月：从千年望月梦，到今朝揽月行
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探月工程四期鹊桥二号中继星和长征八号遥三运载火箭在中国文昌航天发射场完成技术区相关工作，星箭组合体垂直转运至发射区。 中新社 供图
鹊桥二号中继星示意图。 国家航天局 供图
想象一下，站在月球的土地上，那会是怎样的体验？在不久的将来，这一梦想将成为现实。中国航天人正一步一个脚印，向着载人登月的目标迈进。
2024年3月20日8时31分，长征八号遥三运载火箭在文昌航天发射场，将探月工程四期的鹊桥二号中继星，以及天都一号、天都二号通导技术试验星送入太空。经过几天长途奔月后，鹊桥二号中继星于2024年3月25日零时46分成功进入环月轨道。这颗中继星，就像是地球与月球之间的新“鹊桥”，将为未来的探月任务提供稳定的通信支持。
在接下来的规划中，中国还将陆续发射嫦娥六号、七号和八号等探测器，它们将共同构成月球科研站的基础，为载人登月铺平道路。
嫦娥六号计划在今年上半年挑战月球背面的采样返回任务，为此将要突破月球逆行轨道设计与控制、月背智能采样和月背起飞上升等关键技术，开展着陆区科学探测，同时还将搭载国际载荷，开展国际合作。而嫦娥七号则瞄准了月球南极，计划在那里开展详细的环境与资源探测。
嫦娥八号则计划在2028年前后发射，它由着陆器、飞跃器、巡视器、月面作业机器人组成，将着陆在嫦娥七号附近，与其构成基本型月球科研站，试验验证一些月球资源利用的关键技术。预计在2040年前，中国还将与俄罗斯等国合作建成完善型国际月球科研站，之后再建设应用型月球科研站。
最令世人瞩目的，莫过于2030年前我国的载人登月计划。为此，航天专家正在开展一系列科研攻坚，研制新一代载人运载火箭长征十号、新一代载人飞船“梦舟”、“揽月”月面着陆器、载人月球车和登月服等，并选拔、训练登月航天员。这不仅是中国航天的荣耀，更是全人类对未知的探索与挑战。
回望过去，从环绕月球拍照，到着陆月球背面，再到成功带回月球样品，中国探月工程已经走过了不平凡的历程。如今，我们站在新的起点，望向那遥远的月球，心中充满了期待与憧憬。望月千年的中国人，终于要用现代航天科技，实现那九天揽月的梦想。
（本文作者系全国空间探测技术首席科学传播专家）
中国探月二十年大事记
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2024年3月20日8时31分，鹊桥二号中继星在中国文昌航天发射场成功发射升空。 视觉中国 供图
