發展背景
21世紀，月球探測的新一輪熱潮在世界主要航天國家再次興起，目標以探測月球資源，試驗探測技術，為月球能源與資源的開發作準備為主。2004年1月，美國總統布希宣布了“太空探索新構想”。2005年9月19日，美國航空航天局(NASA)局長麥可·格里芬在華盛頓公布了1040億美元預算的重返月球計畫，預計在2020年之前使用新型載人飛船將人類再度送上月球。LRO任務是上述計畫的一部分，其重點是進行套用科學/工程評估，主要目標包括：選取未來機器人和人類探測月球的著陸點；確認潛在的月球資源。
探測器概況
美國計畫在十年內重返月球，向月球發射機器人月球登錄器，並再次實現載人登月。為了給這一宏偉計畫做準備，NASA在2009年發射“月球勘測軌道器”（LRO）探測器。
LRO任務的目的有三個：勘測可能的著陸點；評估月球上的水和其他資源，包括可以用來發電的太陽光照情況；描述將來太空人可能面對的輻射環境。
在進入最終的環月球勘測軌道後，LRO將在30到50米高的極軌道上執行為期一年的勘測任務。之後可能進入低維持軌道執行長達五年的延長任務，繼續勘測工作或作為月球通訊中繼衛星使用。
LRO是一個三軸穩定平台，擁有存儲和實時傳送數據的能力。據估計，LRO的數據傳送速度約為100兆比特每秒，每天可以向地球傳回900吉比特的觀測數據。
主要任務
月球勘測軌道器探測器2009年6月23日，探測器進入月球軌道；9月15日，探測器進入距離月球表面50km的軌道，進行高解析度月面測繪；探測器在該軌道上進行了1年多的觀測後，於2010年10月進入較高軌道執行擴展科學任務，預計擴展任務將持續5年。
探測器還攜帶了次要有效載荷——“月球坑觀測與感知衛星”(lunar Crater Observation and Sensing Satellite，LCROSS)。LCROSS由“守望太空飛行器”和“半人馬座”上面級2個部分組成。“半人馬座”上面級實際上是一個撞擊器，其任務是撞擊月球南極。除了在”半人馬座”上面級撞擊月球時對撞擊過程進行詳細觀測外，“守望太空飛行器”的任務還包括充當另一個撞擊器，對月球進行第2次撞擊，在發射1h後，LCROSS就與探測器分開，沿各自的預定軌道飛往月球。2009年10月9日，LCROSS到達月球南極上空，“半人馬座”上面級與“守望太空飛行器”分離。數小時後，“半人馬座”上面級以2.5km/s的速度、與月面成75°角撞擊月球南極的一個隕坑，撞擊產生的煙塵不斷向外擴散。這時，“守望太空飛行器”飛過煙塵，其攜帶的儀器對煙塵進行測量分析，搜尋水的信息。在“半人馬座”上面級撞擊月球15min後，“守望太空飛行器”也撞擊月球，並在撞毀之前將收集的數據傳回地球。
主要性能參數
探測器的發射質量為1846kg，乾質量為949kg。主平台為長方體結構，尺寸為3.8m×2.6m×2.7m。探測器採用模組化結構，主要包括推進系統模組、電子系統模組和有效載荷模組，主推進採用雙組元推進系統，單元肼推力器用於姿態控制。採用三軸穩定，姿控系統包括2個星敏感器、1個慣性測量單元、4個反作用動量輪和單元肼推力器。電源系統採用功率1850W太陽翼(面積10.7m)和80A·h鋰離子蓄電池通信採用S和Ka頻段，其中S頻段低速上/下行數據率為2.186Mbit/s，Ka頻段高速下行數據率為100～300Mbit/s有效載荷包括宇宙射線望遠鏡、月球探測中子探測儀、占卜者月球輻射計、軌道器雷射光度計、萊曼-阿爾法測繪儀、軌道器相機、小型S和X頻段合成孔徑雷達。
LCROSS的“半人馬座”上面級質量2000kg，“守望太空飛行器”質量534kg，肼燃料300kg推進系統包括2組8個單元肼推力器。電源系統採用功率420W的體裝式太陽電池陣和40A·h鋰離子蓄電池組。通信採用S頻段系統，包括2副全向天線和2副喇叭天線。有效載荷包括2台可見光相機、3台紅外相機、3台光譜儀和1台光度計。
有效載荷
LRO上攜帶了六種主要的儀器設備。
月球軌道器雷射測高儀（LOLA） 該儀器由位於馬里蘭州戈達德空間飛行中心研製，可以提供月球的高精度數字的標高地圖，這些地圖可以用於機器人月球登錄器在2010年至2011年在月球著陸時著陸點的定位。
LOLA可以將單束雷射脈衝分成五束，然後通過測量被月球表面發射的不同波束間的時間差以確定距離。LOLA還可以通過雷射波束對月球表面進行覆蓋以測量月球表面的起伏程度，通過發射能量的強度測量月球表面發射率，以及通過雷射波束的不同返回時間測量月球表面的斜度。
獲得了月球表面的數字標高地圖後，就可以確定月球表面上永久陰影區和永久光照區的分布。
月球勘測軌道器照相機（LROC） 該儀器於LOLA配合使用，由一部窄角照相機和一部廣角照相機組成。窄角照相機可以獲得解析度為50厘米的全色圖像，在這些圖像上足以看到“阿波羅”飛船的著陸點和停在月球表面上的飛船。當LRO在環月球軌道上飛行時，窄角照相機在每圈軌道中只會使用5至10次。而廣角照相機可以提供解析度100米的七種波長的月球全景圖像，用來描述月球表面的礦物成分。
LRO的軌道可以使其每天在50千米的高度上穿越月球兩極上空10次，以獲得科學家和太空人最為感興趣的地區的圖像。高解析度的數字地圖可以指引機器人登錄器和之後的載人登錄器前往最有希望同時存在冰和太陽能的地區。例如，月球兩極地區的運動圖像，以幫助了解某一特定季節的光照模式。
月球勘測中子探測器（LEND） 該儀器與探測月球表面成分的多光譜廣角照相機配合使用，用來測量月球表面物質在宇宙射線照射下釋放出的中子。氫可以吸收中子，所以可以通過測量“中子反射率”以確定月球表面的某些成分是否存在某種狀態的氫。
月球兩極地區富含氫物質——可能是在月球的早期歷史中由於彗星衝撞留下的冰。LEND的解析度為10千米，可以查明月球表面永久陰影區域中的最有可能性的位置上是否存在水。
多通道太陽發射率和紅外濾波輻射儀（DIVINER） 該儀器與LEND配合使用，用來測量月球表面的溫度。它可以幫助定位被陰影區覆蓋的寒冷低陷地區，這些地區可能存在冰。通常溫度低於50K的地區最可能存在冰。
萊曼-阿爾法項目儀器（LAMP）該儀器也被用來尋找冰，實際上這是一個與安裝在於2004年發射的歐空局“羅塞塔”彗星探測器上的同類設備相同的儀器。通過利用來自恆星的紫外光，LAMP可以尋找月球兩極地區深坑中黑暗表面之上的冰。
輻射效應宇宙射線望遠鏡（CRaTER） 該儀器是LRO上最後一個主要儀器，它可以測量未來登月的太空人將要面對的輻射環境，並描述太空人出於安全考慮而需要的輻射防護。
