基本信息
月球探測器月球是離地球最近一個天體，相距有38.4萬千米。天文學家早已用望遠鏡詳細地觀察了月球，對月球地形幾乎是了如指掌。月球上有山脈和平原，有累累坑穴和縱橫溝壑，但沒有水和空氣，晝夜之間溫差懸珠，一片死寂和荒涼。儘管巨型望遠鏡能分辨出月球上50米左右的目標，但仍不如實地考察那樣清楚。因此，人類派出使者最先探訪的地外天體仍選擇了月球。月球是遠離地球的星球，人們從地球上可以看到月球，但是對於月球上的具體情況和地貌、地質結構是一無所知的。月球表面的地質是否可以承受登月艙的壓力？登月艙應該在什麼地方著陸？著陸後航天員能在月面上行走嗎？人在月球上安全嗎？，這些問題都是未知數。為了解答這些問題，美國和蘇聯發射了很多月球探測器作為載人登月的先行者。
月球探測器1號美國最早於1958年8月18日發射月球探測器，但由於第一級火箭升空爆炸，半途夭折了。隨後又相繼發射3個先鋒號探測器，均告失敗。1959年1月2日，前蘇聯發射月球1號探測器，途中飛行順利，1月4日從距月球表面7500千米的地方通過，遺憾的是未能命中月球。這個探測器重361.3千克，上面裝有當時最先進的通信，探測設備。它在9個月後成為第一顆人造行星飛往太空深處。月球1號發射兩個月後的3月3日，美國發射的先鋒4號探測器，從距月面59000千米的地方飛過，也未擊中月球。
從1958年至1976年，前蘇聯發射24個月球號探測器，其中18個完成探測月球的任務。1959年9月12日發射的月球2號，兩天后飛抵月球，在月球表面的澄海硬著陸，成為到達月球的第一位使者，首次實現了從地球到另一個天體的飛行。它載的科學儀器艙內的無線電通信裝置，在撞擊月球後便停止了工作。同年10月4日月球3號探測器飛往月球，3天后環繞到月球背面，拍攝了第一張月球背面的照片，讓人們首次看全了月球的面貌。世界上率先在月球軟著陸的探測器，是1966年1月31日發射的月球9號。它經過79小時的長途飛行之後，在月球的風暴洋附近著陸，用攝像機拍攝了月面照片。
月球探測器這個探測器重1583千克，在到達距月面75千米時，重100千克的著陸艙與探測器本體分離，靠裝在外面的自動充氣氣球緩慢著陸成功。1970年9月12日發射的月球16號，9月20日在月面豐富海軟著陸，第一次使用鑽頭採集了120克月岩樣口 ，裝入回收艙的密封容器里，於24日帶回地球。1970年11月10日，月球17號載著世界上第一輛自動月球車上天。17日在月面雨海著陸後，月球車1號下到月面進行了10個半月的科學考察。這輛月球車重756千克，長2.2米，寬1.6米，裝有電視攝像機和核能源裝置。它在月球上行程10540米，考察了8千平方米月面地域，拍攝了200幅月球全景照片和20000多張月面照片，直到1971年10月4日核能耗盡才停止工作。1973年1月8日發射月球21號，把月球車2號送上月面考察取得更多成果。最後一個月球24號探測器於1976年8月9日發射，8月18日在月面危海軟著陸，鑽采並帶回170克月岩樣品。至此，前蘇聯對月球的無人探測宣告完成，人們對月球的認識更加豐富和完整了。
美國繼前蘇聯之後，先後發射了9個徘徊者號和7個勘測者號月球探測器。徘徊者探測器樣子像個大蜻蜓，長3米，兩翼太陽能電池板展開4.75米。探測儀器裝在前部，電視攝像機放在尾部。勘測者探測器有3隻腳，總重達1噸，裝有當時最先進的探測設備。最初5個徘徊者探測器均無建樹，直到1964年1月30日發射的徘徊者6號才在月面靜海地區著陸。但由於電視攝像機出現故障，沒有能夠拍回照片。同年7月28日徘徊者7號發射成功，在月面雲海著陸，拍攝到4308張月面特寫照片。隨後1965年2月17日發射的徘徊者8號和3月24日發射的徘徊者9號，都在月球上著陸成功，並分別拍回7137張和5814張月面近景照片。1966年5月30日發射勘測者1號新型探測器，經過64小時的飛行，在月面風暴洋軟著陸，向地面發回11150張月面照片。到1968年1月1日發射的7個勘測者探測器中，有2個失敗，5個成功。後來，美國又發射了5個月球軌道環行器，為阿波羅載人登月選擇著陸地點提供探測數據。經過這一系列的無人探測之後，月球的廬山真面目顯露出來了。
工作原理
月球探測器工作軌道第一步是飛越月球。1959年1月2日蘇聯發射了月球1號探測器，兩天后它從距月球6000千米處飛過，首次探訪了月球。同年10月7日，月球3號探測器在飛過月球時，拍攝了月球背面的第一張照片。隨後，美國相繼發射了數個月球探測器飛近月球或圍繞月球飛行，拍攝了一批高清晰的月面照片。
第二步是用探測器擊中月球。1959年9月12日，蘇聯發射的月球2號探測器擊中月面，成為第一個到達月面的人造物體。它得探測表明，月球沒有磁場，月球周圍沒有輻射帶。1964年7月28日，美國徘徊者7號在月球雲霧海地區硬著陸，用6台電視攝像機向地面傳回4308幅月面照片。
第三步是用探測器在月面軟著陸。1966年2月3日，蘇聯發射的月球9號首次在月球上的風暴洋軟著陸成功，從月球發回一批月球全景照片。美國在1966年5月至1968年1月期間發射了17個勘測者號探測器，其中有5個在月面軟著陸成功。
第四步是環月飛行。1966年3月，蘇聯發射的月球10號成為第一個繞月飛行的月球衛星，測量了月球周圍輻射和微流星環境。後來發射的月球11號、12號、14號、19號和22號探測器，也都成功地進入繞月球的軌道飛行，對月面進行了電視攝像探測。美國1966年8月至1967年8月發射的5個“月球軌道環行器”，共拍攝了2800多幅高清晰度的月球照片，繪製了98%的月面圖，選擇了載人登月5個著陸地點。
探測發現
月球探測器1、月球具有自己的引力場。探測器在從地球飛往月球的過程中會經歷從地球引力為主到以月球引力為主的轉變過程。太空飛行器的飛行軌道是由其所受到的引力作用決定的。對於飛行在環繞地球軌道的太空飛行器，只需考慮地球與太空飛行器的引力作用即可，採用二體模型；而對於月球探測器，其大部分飛行時間中是受到地球和月球兩個引力場的作用，是三體問題。因此，在進行其飛行軌道設計時所使用的是三體模型。由於地球、月球和衛星都在高速運動，其相對位置不斷變化，月球衛星的飛行軌道比地球衛星的飛行軌道要複雜得多。
2、月球的重力加速度為地球的1/6, 同時其重力場分布不均勻，存在一些質量聚集的“質量瘤”。在這些質量密集的地方，其重力加速度會加大。因此環繞月球運行的探測器的軌道會在引力場的作用下發生變化。為了保證探測任務的實現，需要對探測器的運行軌道進行控制，由於引力特性的不同，因此軌道控制與地球太空飛行器也有較大不同；同時，月球引力加速度與地球不同，也造成在月面著陸的衝擊作用力與地球不同，著陸緩衝的設計思路與地球著陸器也不盡相同。
3、月球沒有穩定的紅外輻射。太空飛行器在太空飛行，必須選定一定天體作為參照物，來確定太空飛行器在空間的方向。對於地球軌道太空飛行器，地球是最好的參照物。一般通過觀測地球大氣層的紅外輻射可以很好地確定太空飛行器相對地球的姿態。而月球沒有可供參考的穩定紅外輻射，飛到月球附近的探測器又遠離地球，無法再以地球為參照物，因此確定探測器相對月球的姿態是新的問題。
4、月球沒有大氣層。地球太空飛行器在返回地球表面時，利用與大氣層的摩擦作用，迅速降低太空飛行器的飛行速度，保證在著陸撞擊地面時不會破損。而月球沒有大氣層，因此無法利用氣動減速的方法在其表面著陸。需依靠探測器自身的發動機，提供與速度方向相反的推力，來降低其相對月球的速度，保證最終的安全著陸速度。因此，對地球返回器來說非常重要的、決定與大氣作用力大小和方向的氣動外形對月球表面著陸探測器並不重要，不需考慮著陸過程中的大氣對著陸落點的影響。
月球探測器5、月表覆蓋著主要由塵埃和岩石碎屑組成的 月球表面有平均厚度5-10米的月壤，平均密度1500kg-2500kg/m3；這樣的條件可保證探測器不陷落，但較鬆軟；月球表面地形複雜，遍布月海、月陸和環形坑等。探測器需具備一定的落點調整能力，以選擇適合的著陸位置，保證著陸後不傾倒，並可以獲得足夠的探測視野空間。
6、月球自轉與公轉周期均為約27天，即月球的一個晝夜也是約27個地球日。這意味這在月面的一個地區，總是經歷14天的白天后進入約14天暗無天日的黑夜。這對於主要靠太陽能來發電供儀器使用的太空飛行器來說是非常困難的。由於沒有大氣層的保溫和對流作用，因此月球表面隨光照條件的變化，溫差變化非常大。晝夜溫度從零上130°C到零下上170°C。即使在臨近的地點，由於受照或者處於陰影中，溫度也會有很大差別。探測器的能源和溫控系統需在這樣惡劣的情況下保證探測器的正常工作，與地球太空飛行器有很大的不同。
7、地月距離38萬公里，月球在自轉的同時圍繞月球公轉。為把探測器在月表探測獲得數據傳輸回地球，必須首先保證探測器能“看見”地面上的天線。地球也在不停自轉，因此地面上的一個地面站在一天內最多只能有8小時看到月面上的探測器。其次，無線電信號經過38萬公里的傳播會有很大衰減，以至於很難被地面站接收到。為保證把更多更好質量的信息傳輸到地球，必須提高探測器及地面的通信能力。
8、對於從月面取樣返回的探測器，它需要在月面上實現起飛。這和地面的發射條件不同，不可能有地面這樣完備的發射場做支持。返回器回到地球的大氣層時，它會有非常高的飛行速度，與大氣摩擦產生的氣動加熱使探測器表面溫度高達1萬多度。這些與地球軌道返回探測器有很大不同。
各國對比
歐洲“智慧型1號”探測器成功撞擊月球 20世紀人類的月球探測活動，實際上是一部美蘇兩國的太空競爭史。在1958年至1976年間，蘇美共發射了83個無人月球探測器，其中蘇聯發射的47個包括“月球號”、“宇宙號”和“探測器”3個系列，而美國的36個包括“先驅者”、“徘徊者”、“月球軌道器”和“勘測者”4個系列。從簡單進行月球拍照到自動採集月球樣品返回地球，再到月球巡視車考察，探測器一代比一代先進，重量也越來越大。不過在1976年蘇聯發射了“月球24號”後，月球就不再是太空探索的最前沿目標，金星、火星、木星以及更遠的地方則吸引了探測器的不斷光顧。
進入21世紀後，新一輪“探月熱”開始在全球蔓延，那些技術先進、各具特色的探測器已經迫不及待地要飛赴月球一試身手。小巧輕便的歐洲“智慧型1號”、裝備精良的日本“月亮女神”、成本低廉的印度“月球初航1號”……月球正成為新一代探測器的試驗場。
1、歐洲“智慧型1號”(Smart-1)，(已發射)2003年9月，特色標籤：高效——燃料利用效率是以往10倍。
作為歐洲航天局發射的第一個月球探測器，“智慧型1號”是個長寬高1米多的立方體，它的太陽能帆板展開為14米，提供的電力為1.9千瓦，其有效載荷量雖然僅為19公斤，但卻包括用於完成10多項技術試驗和科學研究的儀器設備。探測器的造價約為1.08億美元，而整個項目的花費僅1.4億美元。
雖然俄美日在探月活動上走在了前面，但是其探測器的動力裝置都是採用化學火箭，而歐洲的“智慧型1號”(SMART-1)則是世界上第一個利用太陽能“電火箭”作為主要推進系統進行遠距離飛行的太空飛行器，燃料的效率比普通化學燃料發動機高10倍，因此“智慧型1號”在太空中遨遊近3年只消耗了50多升燃料。2006年9月，“智慧型1號”以7000公里的時速完成了撞擊月球的最後任務，科學家將從它激起的塵埃中尋找月球起源之謎的答案。
2、日本“月亮女神”(SELENE)，(已發射)2007年9月，特色標籤：精密——精度是以往的100倍。
在1990年以“飛天號”月球探測器成為世界第三大探月國家之後，日本的“月亮女神”(又名“輝夜姬”)探測器也在9月14日成功發射並於10月5日進入了環月軌道。這是日本宇宙航空研究開發機構為未來登入月球邁出的第一步，也是繼美國“阿波羅”計畫之後最大的月球探測項目，總耗資約550億日元(4.8億美元)。
“月亮女神”共攜帶螢光X射線分光計、月球雷達測深器等14台觀測儀器，這在探月衛星中可謂“全身披掛”，其中有些儀器的精度是以往同類儀器的10倍乃至100倍。這些儀器可探測月球表面元素和岩石的分布、月球重力場分布以及到達月球表面的宇宙射線等，幫助專家揭示月球的誕生和演化之謎。
中國“嫦娥一號”月球探測器3、中國Chang'e-1)，(發射時間)2007年10月24日，特色標籤：創新——多個儀器世界首創。
作為中國繞月探測工程的第一步，10月下旬，“嫦娥一號”繞月衛星在西昌衛星發射中心升空。“嫦娥一號”衛星的外形與東方紅三號衛星相似，為一個2.22米×1.72米×2.2米六面的立方體，衛星兩側各裝有一個大型展開式太陽電池翼，當兩側太陽翼完全展開後，最大跨度可以達到18米。起飛重量為2350公斤，設計壽命為一年。
“嫦娥一號”選用的科學探測儀器有8套24件，包括CCD立體相機、雷射高度計、伽馬/X射線譜儀、微波探測儀、太陽高能粒子探測器和低能離子探測器等，這些設備在中國都屬首次使用，有的是世界首創。同時，這次探月任務的很多科學目標都是世界首次，如測繪月球三維立體影像、探測14種有用元素含量和分布、土壤厚度等。
在距離月球200公里的圓形軌道上，“嫦娥一號”的探測視野能全面覆蓋月球，並獲取較高解析度的圖像。目前國外立體的月球地圖只有兩三幅，且做得不完整。如果在一年內圓滿實現所有預定科學目標，“嫦娥一號”可能以撞月謝幕。而撞月時，“嫦娥一號”也將近距離拍攝月球的高解析度照片供地面分析。
4、印度“月球初航1號” (Chandrayaan-1)，(預計發射時間) 2008年4月，特色標籤：省錢——計畫耗資最少。
“月球初航1號”重590公斤，並攜帶“衝擊者”登月艙。除此之外，“月球初航1號”將攜帶NASA的兩個科學裝置：一個是微型合成孔徑雷達，負責探測月球極地的冰質沉積；另一個是月球礦物測繪儀，負責評估月球上的礦物資源。
作為印度第一個小型無人繞月探測器，“月球初航1號”將在兩年的繞月飛行中製作高清晰的月球地圖，並對月球兩極是否存在水進行初步探索。完成任務後，它將撞擊月球，以便激起月球土壤，獲取礦物質和水的科學數據。根據印度的預算，“月球初航1號”探月計畫耗資僅為8860萬美元，是各國探月計畫中預算最少的。
5、英國無人駕駛探測器，(預計發射時間)2010年，特色標籤：兇狠——“射釘”入月球2米。
在世界航天強國紛紛推出雄心勃勃的探月計畫的同時，保守的英國也坐不住了。英國國家航天中心希望在2010年前向月球發射兩個無人駕駛探測器。第一個探測器的名字叫“月球耙子”。 它將以軟著陸的方式降落到月球表面，對月球的塵土和岩石進行分析，尋找水和有機物存在的痕跡。第二個探測器叫“月球萊特”。該探測器在接近月球後將沿月球軌道飛行，然後向月球發射出4枚“射釘”，深深地射入月球表面。“射釘”的任務是通過對月球地震信息和溫度信息的收集，分析月球的表面構造。
俄羅斯“滲透者”月球探測器6、俄羅斯“滲透者”月球探測器，(預計發射時間)2012年前後，特色標籤：龐大——一次發射13個探測器。
俄羅斯聯邦航天署計畫在2012年進行蘇聯解體後的首次探月發射，將名為“滲透者”的探測器送上月球，以獲得關於月球地質的第一手資料。
在該計畫中，俄羅斯採用了一種無人飛船，由母船及其攜帶的三種型號的13個“滲透者”探測器組成，其中包括10個高速探測器，2個低速探測器和1個極地站探測器。它們將飛抵月球的不同區域，構成一個探測網路。高速探測器和低速探測器上攜帶有地震監測儀，它們採集到的數據對於了解月球的起源有著重要的意義。而極地站上裝有質量光譜儀和中子光譜儀，用於尋找水的痕跡。母船將始終駐留在月球的極軌道上，探測器發出的信號將傳送回地球。
7、德國月球軌道探測器，(預計發射時間)2013年，特色標籤：輕巧——主衛星重500公斤。
航空技術曾領先全球的德國也將從月球起步重拾太空強國夢。德國宇航中心探月項目負責人今年3月表示，德國計畫“繞開”歐洲航天局，獨自在2013年前後發射一個攜帶高解析度攝像頭的月球軌道探測器。它將環繞月球運行4年，為製作世界上第一張詳細的月球地圖收集資料。
這個月球軌道探測器主衛星重500公斤，次衛星只有150公斤重。主衛星攜帶一個微波雷達，可“窺探”月球表面下幾百米的深度，這就可以協助科學家搞清楚月球上的岩石和微粒分布。完成這一項目後，德國還計畫在2020年前發射能夠對月球土壤取樣的無人探測器。
化學火箭是靠化學燃料工作的，即火箭發動機把推進劑的化學能轉變為熱能，經過噴管的氣動熱力加速，再轉化為噴射燃氣流的動能產生推力。而電火箭利用新型太陽能離子發動機將太陽能轉化為電能，再通過電能電離惰性氣體原子，產生高速的離子流作為推動力。它利用燃料的效率比普通化學燃料發動機高10倍。
美國GRAIL探測器將撞擊月球搜尋水冰前者的優點是可按需要及時提供推力和加速度，探測器飛行時間較短。缺點是推進劑耗量大，要帶足夠的量，效率不如太陽能電火箭高。如果追求速度和縮短時間，宜用化學火箭，如果想減小重量和長時間飛行，宜用太陽能電火箭。在歐洲“智慧型1號”之前的月球探測器和中國即將發射的“嫦娥一號”都依靠化學火箭推進。“智慧型1號”是世界上第一個利用太陽能“電火箭”作為主要推進系統進行遠距離飛行的太空飛行器。
探索太空：人類永不止步
| 對於浩瀚的星空，人類絕不會局限自己的知識。他們會用自己的智慧探索未知，用自己的力量征服恐懼。所以那些宇宙間代表著人類精神的探測器，一架架的騰空飛起。歷史也為人類唱響了騰飛的音符。 | |||
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