嫦娥三號探測器

2008年2月，嫦娥三號工程正式立項。

2011年1月20日，嫦娥三號著陸器推進分系統產品全系統方案熱試車成功。

2012年3月13日，嫦娥三號任務正式由初樣研製轉入正樣研製階段。

2012年8月，嫦娥三號著陸器正式開始正樣階段測試。

2012年11月，嫦娥三號著陸器熱試車力學試驗工作完成。

2012年11月13日，嫦娥三號著陸器實物模型在珠海航展完成首秀。

2013年5月，嫦娥三號開始“登月”前的最後一項大型系統試驗—熱試驗。

2013年8月24日，嫦娥三號探測器順利通過出廠評審。

2013年8月28日，嫦娥三號任務由研製建設階段轉入發射實施階段。

2013年9月11日凌晨5點，嫦娥三號探測器抵達北京首都國際機場。

2013年9月12日凌晨，嫦娥三號探測器搭載專用貨機前往西昌青山機場西昌衛星發射中心。

2013年9月25日，嫦娥三號月球車全球征名活動啟動。

2013年11月1日，長征三號乙遙二十三運載火箭抵達發射場。

2013年11月26日，嫦娥三號巡視器月球車命名“玉兔號” 。

運行軌道

2013年12月2日1時30分，嫦娥三號發射火箭——長征三號乙運載火箭點火。

2013年12月2日1時30分00秒344毫秒，嫦娥三號發射火箭起飛。

第140秒，嫦娥三號發射火箭助推器分離。

第150秒，嫦娥三號發射火箭一二級分離。

第230秒，嫦娥三號發射火箭整流罩分離。

第340秒，嫦娥三號發射火箭二三級分離。

第590秒，嫦娥三號發射火箭三級一次關機。

第830秒，嫦娥三號發射火箭三級二次點火。

第1140秒，嫦娥三號探測器和火箭實現分離。

約47分鐘，嫦娥三號探測器太陽能翻板展開。

2013年12月6日17時47分，在北京飛控中心工作人員的精密控制下，嫦娥三號開始實施近月制動。17時53分，發動機關機，嫦娥三號順利進入100千米環月軌道。

2013年12月10日18時00分，北京航天飛行控制中心向嫦娥三號注入調姿和變軌參數。20時37分，嫦娥三號進入月球背面區域。21時20分，嫦娥三號發動機成功點火，開始實施變軌控制。21時24分，嫦娥三號重新回到月球正面，根據地面測控站監視數據分析判斷，嫦娥三號已由距月面平均高度約100千米的環月軌道，成功進入近月點高度約15千米、遠月點高度約100千米的橢圓軌道。

發射軌跡示意圖

2013年12月14日20時59分，7500牛變推力發動機開機，嫦娥三號開始動力下降。嫦娥三號以1.7千米/秒的速度向月球降落。隨後降落相機開機。經過主減速段，嫦娥三號的速度降到只有約600米/秒。隨後嫦娥三號迅速通過快速調整段，開始躲避障礙。隨後經過接近段。在100米處，嫦娥三號懸停，三維成像相機工作，避開障礙。30秒后，嫦娥三號緩速下降。21時11分，離月面4米時，7500牛變推力發動機關機，嫦娥三號從速度為零起做自由落體遠動降落在月球虹灣以東地區（19.51W，44.12N）。隨後，太陽能翻版成功展開。標誌著嫦娥三號軟著陸任務取得圓滿成功，中國成為世界上第三個掌握這一技術的國家。

嫦娥三號的預選著陸區有5個，分別是虹灣、酒海、濕海、開普勒和阿里斯基撞擊坑。但綜合各方面情況，虹灣地區的地勢相對平緩，最適合飛行器著陸。為給“嫦娥三號”落月選址，嫦娥二號衛星對虹灣地區拍攝了解析度達1米的“特寫”圖片。虹灣影像圖上看到，該地區並不像人們想象中的那樣平坦，地形坑坑窪窪，遍布米級甚至幾十米直徑的環形坑，同時還有許多，分佈在環形坑底部、坑壁及坑緣地區的約米級零散石塊。

2013年12月14日23時45分，地面發出著陸器與巡視器分離的指示。15日1時許，巡視器（即月球車）開始分離前各項測試。3時許，巡視器解鎖，向轉移機構前進。5時許，轉移機構解鎖並下降。5時17分，巡視器緩緩駛離轉移機構踏上月球。

2013年12月15日晚，嫦娥三號著陸器和巡視器進行互拍，嫦娥三號著陸器拍下玉兔月球車上五星紅旗畫面。隨後，“玉兔”進入“午休” 。

2013年12月23日，“玉兔”提前結束午休，完成最後一次兩器互拍，隨後開始勘測工作。

2013年12月26日，月球虹灣地區進入夜晚，由於無法得到能源，保持溫度，嫦娥三號進入月夜休眠模式，開始“睡覺”。

2014年12月15日凌晨，嫦娥三號著陸器圓滿完成第十三個月晝的全部預定工作，順利進入月夜休眠。

嫦娥三號著陸器於2016年7月28日按時進入第33月夜休眠期，刷新國際上探測器月面工作時間最長紀錄。

截至2020年9月1日，嫦娥三號已落月2453天，現處於“退役”狀態即長期管理階段，著陸器部分科學載荷仍在工作。

一、突破月面軟著陸、月面巡視勘察、深空測控通信與遙操作、深空探測運載火箭發射等關鍵技術，提升航天技術水平。

二、研製月面軟著陸探測器和巡視探測器，建立地面深空站，獲得包括運載火箭、月球探測器、發射場、深空測控站、地面應用等在內的功能模塊，具備月面軟著陸探測的基本能力。

三、建立月球探測航天工程基本體系，形成重大項目實施的科學有效的工程方法。

一、月表形貌與地質構造調查。

二、月表物質成分和可利用資源調查。

三、地球等離子體層探測和月基光學天文觀測。

著陸減速

月球表面無大氣，因此，嫦娥三號無法利用氣動減速的方法著陸，只能靠自身推進系統減小約1.7公里每秒的速度，在此過程中探測器還要進行姿態的精確調整，不斷減速以便在預定區域安全著陸。為了保證著陸過程可控，研製團隊經過反覆論證，提出“變推力推進系統”的設計方案，研製出推力可調的7500N變推力發動機，經過多次點火試車和相關試驗驗證，破解著陸減速的難題。

7500N發動機主要技術指標

真空推力：8250N至1200N

真空比沖：3028N s/kg(309S)

混合比：1.65% ±2%

起動次數：大於30次

工作時間：累計工作時間大於4000S，單次最長工作時間：大於2000S

起動和關機響應：<400ms和<200ms

外形尺寸：830mm*1460mm

結構質量：39kg

GNC系統

中國空間技術研究院著陸器GNC（制導導航與控制）系統主任設計師介紹，探測器動力下降過程是一個時間較短、速度變化很大的過程，無法依靠地面實時控制。對此，GNC系統設計了專門的敏感器，進行對月測速、測距和地形識別，確保探測器在著陸段自主制導、導航與控制。

所用設備：自主導航的慣性測量單元(IMU)、激光測距敏感器、微波測距敏感器、微波測速敏感器、光學成像敏感器、激光三維成像敏感器、圖像數據處理計算機、水平機動推力器。

避障程序：接近段、懸停段、避障段、緩速下降段。

結論：著陸器自主避障精度優於1.5m。

著陸緩衝

研製團隊充分考慮了月壤物理力學特性對著陸衝擊、穩定性的影響以及月塵的理化特性等，採用特殊的材料、設計和工藝，研製出全新的著陸緩衝系統，解決上述難題，確保探測器實施軟著陸過程中，在一定姿態範圍內不翻倒、不陷落，並為探測器工作提供牢固的支撐。

月面生存

月球表面光照條件變化大，晝夜溫差超過300℃，白晝時溫度高達150℃，黑夜時溫度急劇下降到－180℃。在長達地球14天的晝、夜裡，探測器面臨著月晝高溫下的熱排散問題和月夜沒有太陽能可利用情況下如何保證溫度環境的問題。為了能夠應付極端溫度條件下的惡劣環境，嫦娥三號採用了全球首創的熱控兩相流體迴路以及此前從未在星上用過的可變熱導熱管，攻克月面生存的難題。

探測器系統由中國航天科技集團公司負責，主要任務是研製嫦娥三號 月球探測器。嫦娥三號探測器由著陸器和巡視器（俗稱月球車）兩器組成。著陸月面后，在測控系統和地面應用系統支持下，探測器攜帶的有效載荷開展科學探測。

運載火箭系統的主要任務是研製長征三號乙改進型運載火箭，在西昌衛星發射中心，將嫦娥三號探測器直接發射至近地點高度200公里、遠地點高度約38萬公里的地月轉移軌道。

編號：長征三號乙增強型遙23號

級數：三級火箭

助推器：4個

高度：54.8米

直徑：3.25米

起飛重量：459噸

有效載荷：3780公斤（地月轉移軌道）

可靠性：0.942

總設計師：姜傑

西昌衛星發射中心承擔嫦娥三號發射任務。發射場系統通過 適應性改造，具備長征三號乙改進型火箭的測試發射能力。

自2013年12月14日月面軟著陸以來，我國嫦娥三號月球探測器創造了全世界在月工作最長紀錄。其拍攝的月面照片不久前首次公布。據悉，這些照片是人類時隔40多年首獲最清晰月面照片，其中包含大量科學信息，照片和數據向全球免費開放共享。

測控系統的主要任務是運載火箭、探測器在各飛行階段及 探測器在月面工作階段的測控、軌道測量與確定、月面目標定位以及落月後著陸器和月面巡視器的控制。該系統主要由運載火箭測控網，S頻段航天測控網、深空測控網、甚長基線干涉VLBI測軌分系統和國際聯網測控站組成。測控系統新建喀什35m、佳木斯66m深空測控站及遙操作系統，首次主用X頻段對探測器進行測控。

嫦娥三號地月轉移軌道

2013年12月2日01:49:00

半長軸：191038 km

偏心率：0.965512

傾角：28.5 deg

升交點赤經：335.289 deg

近地點幅角：146.92 deg

真近點角：17.6508 deg

地面應用系統的主要任務是：根據科學探測任務，研究提出有效載荷配置需求；制定科學探測計劃和有效載荷運行計劃，監視著陸器和巡視器有效載荷的運行狀態，編製有效載荷控制指令和注入數據，完成有效載荷運行管理；使用北京密雲50m和雲南昆明40m口徑兩個地面站并行工作，同時接收著陸器和巡視器的下行探測數據，進行本地儲存和備份；對科學探測數據進行處理、解譯，組織開展科學應用研究；受探月與航天工程中心委託，管理科學探測數據並按規定分發數據產品。

● 尋天

尋天主要是月基光學望遠鏡，在月基上開展天文觀測有兩個優勢和一個特點。第一個優勢是月球上沒有大氣，因為沒有大氣吸收，可以不間斷進行觀測，這在地球上是辦不到的；第二個優勢是觀測時間很長，這是它的兩個優勢。一個特點是可以白天看星星，地球上大氣把太陽光反射之後天空會特別亮，把星星的亮度都給掩蓋了，地球上白天是看不到星星的。

● 觀地

嫦娥三號上面配了極紫外相機，它是人類第一次在月球上對整個地球等離子體層進行觀測，能夠實時記錄太陽光、磁層、大氣層的相互作用，為中國空間科學研究和研究自然災害預報提供科學的基礎數據。

● 測月

嫦娥三號有兩個載荷，一個是粒子激發X射線譜儀，還有紅外成像光譜議，測量月球上的礦物和成分，相當於“玉兔”走到一個地方，它就可以停下來對月壤和岩石進行觀測。巡視器上一個重要的載荷是叫測月雷達，是人類第一次在月球上的雷達就位探測，以前國際上都是把雷達設備放在月球的環繞器上，中國是第一次對局部區域進行精密的探測。

2017年1月9日，中共中央、國務院舉行2016年度國家科學技術獎勵大會，嫦娥三號工程獲國家科學技術進步獎一等獎。

嫦娥-3的整個探測過程中，包括地月轉移、環月、軟著陸、巡視勘察幾個階段，需要攻克多項關鍵技術。它與嫦娥－1、2都不一樣，是一次性進入距月球100km高的圓軌道。因為能源受到限制，嫦娥－3運行一段時間后變成100km×15km的橢圓軌道。與發射、近月制動、變軌等階段相比，落月更為關鍵。著陸是從距月面15km時開始下降，要在短短的幾百秒內安全降落到月面預選著陸區，這是一個全新的、也是一個最重要的考驗。

這當中的主要技術成就是研製了很多新的敏感器：微波測距、測速敏感器、激光測距敏感器、激光三維成像 敏感器和光學成像敏感器，都是為了確保探測器實現安全區著陸。一開始我們在全國招標，有的設備很多的單位想做卻做不下來，只好由中國空間技術研究院自己兜底，最後都成功研製出來了，由此也帶動了我國很多敏感器的研製工作。

因為月球沒有大氣層，不能使用降落傘減速，只能是一邊降落，一邊用變推力發動機把速度降下來。由於在落月過程中嫦娥－3發動機推力變化很大，傳統發動機無法達到所需的深度節流能力，所以相關單位專門研製了1500～7500N的變推力發動機，嫦娥－1、2是用490N發動機。7500N是國內最大的變推力發動機，除了用於軟著陸，它還用於奔月過程中的軌道修正和進入月球軌道的軌道制動。由於月球表面凹凸不平，為避開大石頭和大坑，在距月面約100m時，嫦娥－3能像直升機一樣懸停，實現自主避障，這是世界第一。另外，著陸器的4條著陸腿的設計也很重要，每條腿上有2根拉杆緩衝器，沒有液壓裝置，衝擊能量全部靠材料吸收，研製中也曾經歷了多次斷裂，現在成功了，看起來都很簡單，過程卻是艱辛的，這是完成“落”的問題。

月球的1天約相當於地球的28天，月夜和月晝各佔1/2。在月球上，受光部位的極限溫度可達150℃，夜間溫度會降到－180℃，有些地區甚至低至－200℃。為解決月球晝夜極端溫差的考驗，嫦娥－3首次採用了同位素熱源以及兩相流體迴路、可變熱導熱管、隔熱組件、散熱面設計、電加熱器、低重力環境下機構的重複展開與收攏技術、月塵環境下機構的潤滑與密封技術等，以確保探測器系統順利度過月夜：月夜時斷電，同位素熱源使溫度保持在－20℃以上；月晝時，通過光照自主喚醒工作。這是全球首創的重力驅動熱控兩相流體迴路以及此前從未在星上用過的可變熱導熱管，需要時將熱量導入艙內，不需要時切斷傳熱途徑。

嫦娥－3著陸器和玉兔號巡視器的設計壽命分別是1年和3個月。到目前為止，著陸器上的月基天文望遠鏡等有效載荷及工程參數測量設備工作正常。嫦娥－3月球著陸器已經創造了全世界在月工作的最長紀錄，到目前還在工作。

簡單說起來，嫦娥－3解決了“落得下去”、“走得起來”，而且壽命很長。

2014年3月14日6時42分，“玉兔號”月球車收到了正常遙測信號，成功地自主喚醒。此前，嫦娥三號著陸器於2014年3月12日15時21分已實現自主喚醒。進入第四月晝工作期后，著陸器和月球車搭載的載荷重新開機，按計劃開展有效探測工作。

在此前三個月晝工作期，著陸器工作正常。著陸器上搭載的有效載荷月基天文望遠鏡、極紫外相機以及工程載荷月塵測量儀完成了既定的探測任務，獲得了大量的科學和工程數據。進入新的月晝工作期后，這些載荷將進行長期的有效探測，以獲得更多科學數據和探測成果。著陸器已轉入長期管理模式。

自2013年12月14日實現月面軟著陸以來，“玉兔號”月球車經歷了三個月夜極低溫度考驗，迎來了第四個月 晝。按照工作計劃和相關程序，月球車將轉入長期管理模式。月球車此前出現的機構控制異常問題仍未排除，有關方面仍在繼續進行故障排查工作。月球車其它功能正常，車上的全景相機、測月雷達等四台有效載荷按計劃開展了科學探測。在此後的月晝工作期間，月球車搭載的設備將根據需要在地面控制中心的指揮控制下開展後續探測工作。

嫦娥三號著陸器和“玉兔號”月球車在三個月晝工作期間，圓滿完成了工程任務，獲取了大量工程數據和科學數據，為今後月球探測和科學研究打下了堅實基礎。

2014年1月25日凌晨，嫦娥三號月球車進入第二次月夜休眠。但在休眠前，受複雜月面環境的影響，月球車的機構控制出現異常。2014年2月10日，第一次玉兔號喚醒失敗。2014年2月12日夜，玉兔號月球車已全面蘇醒，狀態趨於好轉，但是出現問題的“機構”仍然有待進一步恢復。

2014年12月14日21時14分，嫦娥三號登陸月球已滿一周年，北京航天飛控中心也實現了精心護航嫦娥三號著陸器月面安全工作一年的預定工程目標。

2016年1月5日上午，國防科工局正式發布國際天文學聯合會批准的嫦娥三號探測器著陸點周邊區域命名為“廣寒宮”，附近三個撞擊坑分別命名為“紫微”、“天市”、“太微” 。此次成功命名，是以中國元素命名的月球地理實體達到22個。

2016年2月，國家天文台對外發布了“嫦娥3號”在月面拍攝的全部圖像數據，其中包括數以千計此前從未被公開過的高清真彩色月面圖像。

2016年2月18日14時32分，設計壽命1年的嫦娥三號著陸器成功自主喚醒，已在月面運行管理797天，超期服役14個月，月基天文望遠鏡等有效載荷及工程參數測量設備工作正常。

2016年4月，嫦娥三號和玉兔月球車拍攝的迄今為止最清晰的月面高解析度全彩照片首次公布，讓全世界看到了一個真實的月球，也給全世界科學家研究月球提供了第一手資料。

2016年8月4日，在超負荷工作19個月之後，嫦娥三號探測器正式退役，停止了長達31個月的工作。

2017年1月9日，嫦娥三號工程獲國家科學技術進步獎一等獎。

完成首幅月球地質剖面圖

為了更好了解月球，“嫦娥三號”首次使用了一台新研製的測月雷達，利用它“嫦娥三號”完成了首幅月球地質剖面圖，展現了月球表面以下330米深度的地質結構特徵和演化過程，並發現了一種全新的岩石——月球玄武岩。通過這些數據，可以了解月球從形成到現在的演變歷史。

完成首次天體普查

在觀測太空方面，“嫦娥三號”上首次使用了一台光學望遠鏡，它就像是“嫦娥三號”著陸器的一雙眼睛。由於月球沒有大氣層，相當於一個沒有雲層的“透明”球體，所以在抬頭仰望太空的時候，就不會受到雲層的干擾。這樣一來，就可以把“目光”投向任何一片天空。

此外，由於月球轉動周期相對較慢，為觀測同一個天體的變化情況提供了便利。於是科學家利用月基光學望遠鏡，給月球北極上方區域的天體做了一次科學普查。

中科院國家天文台研究員魏建彥表示，這相當於人類的人口普查一樣，它是人類歷史上在紫外波段的第一次“巡天”。以後，天文學家在歷史上可以不斷用它做對比研究。

首次證明月球沒有水

長期以來，人們一直好奇月球上到底有沒有水。對於這個問題，月基光學望遠鏡給出的答案是：沒有。

中科院國家天文台研究員魏建彥稱：“我們測量了月球地表層以上水的含量，得到了有史以來最低的一個測量值，這個測量值符合預期。”這是首次明確證明月球上沒有水。

首次獲得地球等離子體層圖像

“嫦娥三號”的另一個重要任務，就是觀察它的故鄉——地球。在地球周圍有幾道天然屏障，其中第一個就是等離子體層，它可以延伸到地球表面以外四萬公里左右。著陸器上安裝的全球首個極紫外相機，就是專門用來觀測等離子體層變化的設備。

太陽風暴形成的巨大脈衝，會對圍繞地球運轉的人造天體，比如導航衛星、通信衛星等的通信功能造成嚴重破壞。將等離子體層變化作為監測太陽風暴的風向標，這是“嫦娥三號”獨有的本領。目前極紫外相機已獲取了1300多幅地球等離子體層圖像數據。為空間天氣預報提供了大量依據，保障了地面通訊，以及地面與航天器之間的通訊安全。

北部具有多期年輕熔岩流

2020年9月1日，中國國家航天局探月與航天工程中心消息，中國嫦娥三號探測數據再獲新成果，分析推測月球雨海北部具有多期年輕熔岩流。

日本的《讀賣新聞》報道稱：若著陸成功，則標誌中國將成為繼前蘇聯、美國之後第三個實現月球軟著陸的國家。這是中國向航天大國邁進的重要一步。

日本的《日本經濟新聞》認為：中國的本次月球探測將進行核能資源的探測，以確保中國未來在月球上獲取能源的權益。

英國的路透社稱：中國周一凌晨將肩負首次登月任務的探測器嫦娥三號送入軌道，為中國太空計劃的一大重要里程碑。消息稱，此次登月任務激發了民眾對中國科技實力日益增強的自豪感。若任務成功，中國將成為繼美國、蘇聯之後第三個“登月”的國家。

印度的NDTV稱：此次嫦娥三號探測器將對月球表面和自然資源進行探測。嫦娥三號的成功發射成為了中國空間探索計劃的重要里程碑。太空計劃的成功進行體現了中國國際地位的日益提高和不斷取得的科技進步。

美國的CNN以《嫦娥飛月中國空間探索十年大發展》為題報道了嫦娥三號探測器的發射。消息稱中國將成為繼美蘇后，第三個將探測器著陸在月球表面的國家，這一新的空間探索成就距離中國將宇航員送上太空僅有十年的時間。當前，全球只有美國、蘇聯成功實施了無人月球表面軟著陸；只有美國實現了載人登月，蘇聯開展了兩次月面無人巡視探測任務。

自2013年12月成功落月並開展巡視勘察以來，嫦娥三號探測器搭載的8台科學載荷陸續開展了“測月、巡天、觀地”的科學探測和其它探測任務。獲得各類數據共計7TB。地面應用系統及時向包括港、澳在內的全國上千家高校和科研單位發布了這些科學探測數據及最新的探測圖片和相關視頻，極大地推動了國內外認識月球、研究月球和利用月球的探索熱情，並取得了大量創新成果。（國家航天局 評）

2014年6月19日，在北京中心的精心組織下，嫦娥三號著陸器圓滿完成了第二屆夏季青年奧林匹克運動會網路火炬太空傳遞活動，這也是我國促進航天技術服務社會的一次全新嘗試。