探测工程原计划是按照“一星一箭”的思路来安排的 ， 考虑到月球探测工程本身在科学上的风险性和不确定性 ， 果断决定：再增加一颗“备份星” 。 一次不行 ， 我们再来二次 。 “绕、落、回”三大目标 ， 嫦娥一号、二号完成了“绕” ， 嫦娥三号、四号完成了“落”和“巡” ， 而嫦娥五号正式拉开“回”的序幕 。
2007年10月24日 ， 我国第1个月球探测器 —— 嫦娥一号绕月探测器由长征－3A火箭送入太空 。 嫦娥一号累计飞行494天 ， 其中环月482天 ， 比原计划多飞117天；飞行期间经历3次月食；传回1.37TB有效科学探测数据；获取了全月球影像图、月表化学元素分布、月表矿物含量、月壤分布和近月空间环境等一批科学研究成果 ， 填补了中国在月球探测领域的空白 。 2009年3月1日 ， 嫦娥一号完成了历史使命 ， 撞击月球丰富海区域 ， 完成硬着陆 。
嫦娥二号是嫦娥一号的备份 。 由于一号成功完成了绕月目标 ， 嫦娥二号卫星改作为探月第二阶段的技术先导星 ， 于2010年10月1日发射 ， 运行在距月面100千米高的极轨道上 。 2011年4月1日 ， 嫦娥二号半年设计寿命期满后 ， 进行了拓展试验 。 2012年6月1日 ， 嫦娥二号又成功变轨 ， 进入飞往小行星的轨道 。
嫦娥三号 ， 探测器由着陆器和巡回器（玉兔号月球车）组成 。 2013年12月2日 ， 我国成功把嫦娥三号直接送入地月转移轨道 。 12月14日 ， 嫦娥三号在月面软着陆 ， 首次实现了我国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 ， 使我国成为世界第三个掌握落月探测技术的国家 。
嫦娥四号是嫦娥三号的备份星 ， 由中继星（又称鹊桥）、着陆器和巡视器（又称玉兔二号）组成 。 嫦娥四号该干什么 ， 刚开始专家意见并不一致 ， 为此争吵了2年 。 分歧的核心是落在月球正面还是背面 。
2019年获 “国家荣誉称号” 的叶培建院士当时则主张落到月球背面 。 “我服从上级决定 ， 只要定了我一定努力做好 。 但我不同意落在正面 ， 我们已经落到过正面了 ， 再去落一次有多大意思？” 经过多次讨论 ， 最后意见统一了 ， 落到月球背面 。 成功了 ， 自然是一大亮点；不成功 ， 人类第一次也可以原谅 。
由于在地球上永远看不到月球的背面 ， 在月球背面着陆的探测器不能直接和地球站进行无线电通信 ， 必须设置一个信号连接的中转站 ， 这就是后来的“鹊桥”中继星 。
2018年5月21日 ， 中国发射首颗月球中继星“鹊桥” ， 6月14日进入使命轨道 。 同年12月8日 ， 我国发射首次在月球背面着陆的探测器嫦娥四号 。 2019年1月3日 ， 嫦娥四号探测器在月球背面的冯·卡门撞击坑完成软着陆 ， 这在世界上也是第一次 。
嫦娥三号的着陆区相当于在华北平原着陆 ， 而嫦娥四号的着陆区相当于在崇山峻岭的云贵川地区着陆 ， 所以嫦娥三号是以弧形轨迹缓慢着陆 ， 而嫦娥四号采取近乎垂直的着陆方式 。 工作方式也不同 ， 嫦娥三号在长月夜-180℃的环境中是不能工作的 ， 但嫦娥四号则采用了同位素温差发电与热电综合利用技术 ， 在晚上依然可以加班 。
嫦娥五号2011年5月立项 ， 11月24日04时30分 ， 由长征五号运载火箭在中国文昌航天发射场成功发射 。 嫦娥五号由上升器、着陆器、返回器、轨道器4部分组成 ， 计划实现月面自动采样返回 ，并带回2千克月球样品 。
从发射到返回的23天时间里 ， 总共有发射入轨、地月转移、近月制动、环月飞行、着陆下降、月面工作、月面上升、交会对接与样品转移、环月等待、月地转移、再入回收共11个重大飞行阶段 ， 其中包括23次重大的轨道控制和6次重大分离控制 ， 以及动力下降和月面起飞、交会对接等很多风险比较高的项目 。
进入月球轨道后 ， 嫦娥五号两两分离 ， 轨道器－返回器组合体留在轨道 ， 着陆器－上升器组合体在月面上降落 。
着陆器上的采样装置要在1/6地球重力环境中在月面打钻 ， 打出2米深的洞 ， 并把采集到的月球样品无污染封装到上升器内的容器里 。
接着 ， 携带月球样品的上升器从月面起飞 ， 与轨返组合体交会对接 ， 把样品转移到返回器后上升器与轨返组合体分离 。 轨返组合体踏上归途 ， 二者在以接近每秒11公里的第二宇宙速度飞到距地球几千千米时分离 。
返回器采用半弹道跳跃再入方式再入地球大气层 。 2020年12月17日01时59分 ， 嫦娥五号返回器携带2千克月壤样品成功在内蒙古中部四子王旗着陆场着陆 ， 这是人类时隔44年后再次从月球取回土壤和岩石样品 。
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