月球探測促進了月球科學特別是月球地質學的發展。人類第壹次對我們居住的地球以外的天體有了系統的了解，包括物理特征、軌道參數、空間環境、表面結構和狀態、礦物巖石和化學成分、內部物質成分等等。
月球探測還催生了壹些新的學科，如比較行星學。大量的探測數據和樣本分析結果，使得對地球和月球進行細致的對比研究成為可能，並將其擴展到對其他星球有限探測數據的對比研究，極大地加深了人類對其他類地行星的認識。同時，由於在地球上研究地球必然會導致“近視”，需要研究其他星球，比較它們的異同，才能全面了解我們所居住的星球，所以月球探測的科學研究也促進了地球科學的發展。
21世紀，探月將進入新的高潮。在此期間，除了發射月球探測器進壹步探索月球，開發利用月球資源、建立月球基地將成為新壹輪探月熱潮的重要目標。
美國:重返月球計劃在20世紀90年代，美國發射了兩個月球探測器，克萊曼婷和月球探測器。
克萊曼婷探測器1994 65438+10月25日，“克萊曼婷”月球探測器由大力神火箭從範登堡空軍基地發射升空，21年2月25日進入月球軌道。探頭重424公斤，三軸穩定。它配備了紫外/可見光相機、近紅外相機、高分辨率相機和激光雷達。其主要目標是確定美國國防部下壹代健康所需的光成像遙感器和組件技術。它獲得的654.38+80萬張張越圖像證明月球極地可能有水。
月球探勘者1998 65438+10月7日，月球探勘者由雅典娜2號火箭從卡納維拉爾角46號站發射升空。這是繼阿波羅計劃之後，美國發射的第二顆繞月探測器。它使用自旋穩定模式，質量為295公斤，軌道高度為65，438+000公裏。它的主要載荷是γ射線探測器、α粒子探測器、磁場儀和多普勒重力儀。該項目將耗資5900萬美元。它的主要任務是測量月球環形山寒冷和極地地區的冰含量，為將來建立月球基地獲取信息。它還將完成月球表面化學成分的確定和月球全球磁場和重力場的測繪。“月球探測器”發回的數據比“克萊曼婷”號詳細得多，對了解月球的起源和整體結構有很大的參考價值。
2004年6月6日+10月6日+4月6日，美國總統布希在美國國家航空航天局總部發表演說，宣布新的太空計劃，其中重返月球是最重要的任務。美國宇航員最早將於2015年、最晚不晚於2020年重返月球，並將在月球建立永久基地，以月球為跳板，為把人送上火星甚至更遙遠的星球做準備。為了實施這壹宏偉計劃，美國將投資2000多億美元，研制新型運載火箭、載人飛船和月球工作艙。
具體來說，前總統布什的太空計劃包括完成空間站建設、停飛航天飛機、宇航員重返月球、人類登陸火星。這個太空計劃雄心勃勃，就像布什自己說的:“我不知道這次旅行會在哪裏結束。”
長期以來，美國航天界壹直在爭論美國載人航天的下壹個目標是登陸火星還是重返月球。雖然美國很多人對火星情有獨鐘，但是去火星有很大的技術和資金困難。顯然，在月球上建立太空基地要比登陸火星容易得多。首先，月球和地球的距離很近。事實證明，利用現有的火箭技術，可以把人和貨物送上月球，月球和地球之間的通信沒有問題。其次，月球沒有火星上的那種沙塵暴，更容易在月球表面著陸。當然，月球上豐富的資源也很吸引人。
為了實現重返月球的目標，美國必須重新設計登陸月球的太空運輸系統。1969 ~ 1972年，美國在登月任務中使用的阿波羅飛船系統，只設計了壹次著陸和短暫停留。指令艙只能容納三個人，而月球著陸器只能容納兩個人。因此，美國必須設計被布什稱為“乘員探索飛行器”的新壹代航天器。這種航天器可以向月球運送壹批宇航員和大量物資設備。顯然，它將不同於最初的阿波羅飛船和美國現有的航天飛機。另壹個技術問題是能源。要在月球上建立太空基地，就要建太陽能電站或者核反應堆。如果美國計劃在2030年後將宇航員送上火星，似乎有必要開發使用新能源的火箭，如核動力火箭，以縮短宇航員的飛行時間。
在通過水星飛船和雙子座飛船掌握了載人航天的基本技術後，美國在1961 ~ 1972年花費240億美元研制了土星系列運載火箭和阿波羅飛船，完成了6次登月任務，將65438+。然而，由於缺乏應用目標，這壹耗資巨大的計劃無法繼續，美國不得不轉向開發近地空間，發展航天飛機和空間站。這樣，“土星”系列火箭(“土星5”的低軌道運載能力為126噸)和登月計劃中發展的相對成熟的航天器技術至今沒有進壹步應用。在發展航天飛機和國際空間站的過程中，盡管美國在技術上取得了許多重大突破，在空間科學實驗方面取得了大量成果，但許多人認為其成本遠遠大於其科學目的和實際用途。2003年2月1日，美國“哥倫比亞”號航天飛機失事遇難，再次引起了關於國際空間站的廣泛爭議。在這種背景下，布什的新航天計劃既能激發民族自豪感，又能修正美國航天的發展方向。
2005年9月19日，美國正式公布了新的登月計劃，耗資104億美元，將使用新壹代航天飛行器，包括新型運載火箭、類阿波羅飛船和著陸器。如果壹切順利，美國宇航員將於2018年(最晚2020年)再次登陸月球。
新的載人飛船將結合航天飛機和阿波羅登月工程中安全可靠的設計和技術，性能更好。新型運載火箭將使用航天飛機的主要部件，如外部燃料箱、固體燃料助推火箭和主發動機，並分為較小的載人火箭和較大的貨運火箭兩種類型，其中貨運火箭靠近109米高的土星5號運載火箭，用於將貨物運送到月球表面並作為儲備保存。宇航員的宇宙飛船被命名為“載人探索飛船”，將被放置在運載火箭的頂部。它看起來像放大的阿波羅，但它的質量增加了65，438+0/2，可以搭載6名宇航員，在月球軌道上運行6個月，並將4名宇航員送上月球並在那裏停留4到7天。
俄羅斯註重國際合作20世紀60年代，美國和蘇聯這兩個航天大國之間的登月競賽給俄羅斯人留下了失敗的痛苦記憶。
1958年，前蘇聯完成了發射人造地球衛星的火箭的改造，使其能夠發射月球探測器。當時有科學家建議把壹顆原子彈送上月球，在月球上引爆，讓全世界的天文學家拍下爆炸的照片，以顯示前蘇聯的技術實力。但物理學家認為，由於月球上沒有大氣層，核爆的時間可能很短，地面的天文學家很難拍攝到爆炸的場景。因此，前蘇聯當局拒絕了這壹建議。後來，前蘇聯政府將目光轉向了載人登月，從此開始了與美國長達10年的競賽。
和美國壹樣，前蘇聯的登月任務也是打算用大型運載火箭和軌道綜合體來完成。登月的運載火箭代號為“N1”。1964年，前蘇聯政府決定在美國之前率先將宇航員送上月球。為了完成這壹任務，從1962到1966，對“N1”方案進行了多次修改，有效載荷質量從最初的50噸增加到近98噸，壹級發動機數量也從26個增加到30個。為了趕進度，這些發動機都是在首次發射前組裝發射，導致了重大發射事故。由於技術問題和復雜的設計，“N1”火箭在隨後的幾次發射中也以慘敗告終，導致前蘇聯登月計劃破產。後來俄羅斯航天專家總結經驗說:“這是壹場不公平的競爭。當時的美國比我們富裕得多，尤其是在蘇聯國力被與德國法西斯的戰爭和軍備競賽大大削弱的情況下。從登月競賽壹開始，我們就知道我們贏不了。”
現在，在新壹輪的月球開發熱潮中，俄羅斯人開始以低調務實的態度研究月球，發揮所長，重點發展月球車和人類長期太空航行的生命保障系統研究，積極尋求各項航天事業的國際合作。
除了準備參與印度的探月計劃，俄羅斯與歐洲航天局在太空開發和商業衛星發射領域的合作已經進入重要階段。通過俄羅斯獨特的航天技術與歐洲航天局的技術和資金相結合，全新的六座飛船“克利伯”有可能在2010年前取代“聯盟”號載人飛船。新的航天器可以將人和貨物送到軌道站，必要時可以將宇航員和設備緊急撤回地球。可用於長達10晝夜的自動在軌飛行，也可用於科研目的。此外，俄羅斯加強了與德國的合作，研究宇航員如何防止太空輻射，這是當代航天工業中最復雜和最緊迫的任務。
俄羅斯在載人航天方面經驗豐富，因此也有可能參與美國的新太空計劃，包括火星探險者的培訓。
俄羅斯的探月計劃大致可分為三個階段:第壹階段為2010至2015，利用聯盟號系列飛船進行月球探測；第二階段，2015年至2020年，實現宇航員登月，建立常規的月球運輸系統，即用新型宇宙飛船“快船”將氦-3從月球運送到停靠在國際空間站上的太空拖船上，再用這艘可運載25噸貨物的太空拖船將氦-3運回地球。第三階段將是2020年至2025年，屆時將在月球上建立永久性基地，開發氦-3能源。
早在1994年，歐洲航天局就提出了重返月球和建立月球基地的詳細計劃。1994年5月，歐洲航天局召開月球國際研討會，壹致認為人類在機器人、電子和信息技術方面取得的巨大發展，使人類低成本探索和研究月球成為可能。在此基礎上，歐洲航天局成立了月球研究指導小組，提出未來應加強月球探測和研究，包括:發射月球極地衛星，研究並獲取高分辨率的月球地貌、化學和地質圖像；建立了壹個月球站和機器人系統，以測量月球巖石的化學和礦物成分，並采集月球樣本進行地面研究。2020-2035年，在月球上裝載，建立月球基地。
2003年9月27日格林尼治時間23時，歐洲航天局從法屬圭亞那庫魯航天發射中心成功發射“智慧1”月球探測器，這是20世紀人類發射的第壹顆探月衛星。雖然“智慧1”只是壹顆小衛星，其主要目的是通過探月實踐檢驗壹系列將用於未來深空探測的高新技術，但它已經拉開了新壹輪探月高潮的序幕。
“智慧1”月球探測器的英文名是Smart-1，是技術先進研究小型任務(small missions for advanced research in technology)的縮寫，意為研究先進技術的小型航天器。作為歐洲探月的深水炸彈，“智慧1”就像壹個飛向月球的精靈。它的形狀幾乎是立方體，尺寸為1570×150×1040毫米。發射時質量370kg，太陽翼翼展65430。由於總資金較少，“智慧1”采用了大量的模塊化、通用化設計，結構緊湊，很多零配件直接從商店購買，是小型化的代表作。它承載的10多項技術試驗和科學研究的有效載荷只有19 kg。
“智慧1”攜帶6種科學儀器，其中3套遙感儀器用於月球探測。它們是多光譜微型相機、高分辨率紅外光譜儀和小型X射線光譜儀。
多光譜微型相機的平均分辨率為80米，在月球附近300公裏處的分辨率為30米(美國月球探測器的空間分辨率為200米)。通過對極地的高分辨率成像，可以識別陰影區域，進而發現隕石坑內的水冰。此外，微型相機還與地球上的光學地面站合作，進行激光通信實驗。
紅外光譜儀在0.93 ~ 2.4微米範圍內劃分了256個光譜帶。利用這些數據，可以準確地確定各種礦物的成分。比如可以區分月壤中的輝石和橄欖石，這對了解月殼物質的演化非常重要。這臺紅外光譜儀是歐空局首次研制和使用的。如果它在月球探測中獲得成功，它將進壹步用於未來對火星、水星、小行星和彗星的探測。
使用小型X射線光譜儀測量X射線熒光，從而繪制月球表面的元素組成圖。利用這些數據，可以精確計算月球地殼的組成，研究南極環形山的結構特征，繪制月球資源分布圖。這種小型X射線光譜儀也是未來探索水星和太陽系其他行星的必要儀器。
“智慧1”也是世界上第壹個使用太陽能電動火箭作為推進裝置進行遠距離飛行的航天器。
按照預定計劃，“智慧1”整個飛行過程分為發射及早期入軌、地球逃逸、月球捕獲、月球觀測四個階段。除了發射化學火箭，其他階段的飛行，包括早期軌道，都依靠太陽能電動火箭提供推力。這是它最突出的特點和亮點。但由於電火箭產生的推力很小，加速很慢，所以進入最終飛行狀態的時間要比化學火箭用的時間長得多。
為“智慧1”提供飛行動力的太陽能電動火箭發動機，嚴格來說是太陽能等離子發動機。以氙氣為工作介質，利用高效的砷化鎵太陽能電池板將太陽光能轉化為電能，進而產生電磁場。氙原子被電能電離形成等離子體，氙離子流通過電磁場的作用高速噴出，從而為“智慧1”提供推力。這種太陽能電動火箭比常用的化學火箭效率高10倍，而且需要的推進劑也就是工質更少，可以讓飛船有更多的空間裝載有效載荷。因為它使用取之不盡的太陽能，可以在太空中無重力連續運行數年。它的缺點是推力和加速度很小，需要很長時間才能使飛船達到預定的飛行速度。它的意義在於，如果這次飛行試驗成功，這種推進系統將用於未來航程更長的航天器上。
為了掌握太陽等離子體發動機的實際技術性能，在“智慧1”上安裝了電推進診斷模塊，以監測推進系統的工作狀況及其對航天器的影響。同時還攜帶航天器電位、電子和塵埃實驗，監測推進系統對電子通量、電場和航天器電位的影響，研究地月空間帶電環境。此外，它還包含地球與遙遠航天器之間的激光通信技術、實驗航天器的自主導航計算機技術等先進設備。
“智慧1”上試驗的太陽等離子體發動機等新技術及其多項探測技術，如果被證明達到了預期效果，將對歐洲乃至世界未來航天技術發展產生深遠影響和重要作用。歐洲“智慧1”目標攜帶的主要科學儀器及其任務儀器主要任務是電推進診斷部件、新技術、推進系統的實驗監測及其對航天器的影響、推進系統對電子通量、電場和航天器電勢的影響的實驗監測新技術、地月空間帶電環境的研究、深空X/Ka波段測控試驗件新技術、高速飛行的地球與航天器之間的下壹代無線電通信技術的實驗測試以及X波段深空轉發器接收的指令
日本不甘示弱，在1996提出了建設永久月球基地的計劃。預計2030年將投入超過260億美元建設月球基地，包括生活區、氧氣和能源生產廠以及壹個月球天文臺。
日本在1970年發射了第壹顆人造衛星，此後很長壹段時間，日本都處於國際航天工業的前列。科學衛星天妃繞月飛行成功後，日本航天界的信心大增。1991年，制定了別出心裁的探月計劃，包括“月亮A”、“月亮女神”等探測器的研制和發射。從65438年到0994年，日本制定了壹個更加雄心勃勃的計劃:在2024年投資260多億美元建造壹個6人月球基地，包括居住、氧氣和能源生產工廠以及壹個月球天文臺。
“月球A”由日本宇宙科學研究所開發，重540公斤。計劃在上面搭載兩個高80 cm，直徑16cm的“矛狀”鉆孔裝置。衛星到達月球表面後，這兩個鉆探裝置將插入月球表面，裝置上攜帶的科學儀器將探測到的數據傳輸到衛星，然後傳回地球。
設計壹個月球探測器
1990 65438+10月24日，日本宇宙航空研究開發機構用M-3S2-5火箭成功發射了“繆斯A”月球探測器(又稱“天妃”探測器)，還搭載了“羽服”循環器。由於星箭分離速度較低，探測器的遠地點只有29萬公裏。“天妃”號探測器* * *繞月飛行10圈，對月球的最近探測距離為16472公裏。它在任務結束後於438+09，993年4月65日墜入月球。
衛星“羽毛”重12kg，外形為六面體。它配備了壹個4kg的固體發動機用於月球探測，它的太陽能翼可以提供10W的功率。“羽毛”頂部裝有轉發器和全向天線，用於數據傳輸和測控。原計劃在3月1990，18，也就是“天妃”探測器第壹次到達月球附近的時候釋放。但由於應答機出現故障，“羽毛”無法釋放，探測工作無法進行。
《月亮女神》
2007年9月14日，日本用H-2A火箭成功發射了月球女神探測器，並搭載了中繼星和甚長基線幹涉星兩個子探測器。兩個子探測器成功分離。“月亮女神”重3000公斤，設計壽命1年，繞月高度100公裏。* * *攜帶65，438+05探測儀器，如X射線光譜儀、伽馬射線光譜儀、多波段成像儀、光譜剖面儀、地形相機、月球雷達探測器、激光高度計、月球磁力儀、帶電粒子光譜儀和等離子體分析儀。兩個子探測器各重50公斤，負責探測器與地球的通信傳輸，以及對月球位置和運動的精確測量。
“月亮女神”探月計劃是自美國“阿波羅”計劃以來規模最大、最復雜的壹次。日本科學家希望通過隨身攜帶的儀器，了解月球表面的成分和礦物組成、月球表面的結構、重力場、磁場、月球的高能粒子環境和等離子體區。通過以上研究活動，希望進壹步揭開月球起源和演化的秘密。
“月亮女神”探測器計劃由日本宇宙開發廳和日本宇宙空間科學研究所共同實施。該計劃的主要目標是解決探索太陽系所必需的關鍵問題，特別是軟著陸和數據中繼技術。日本稱“月亮女神”是日本未來探月計劃的第壹步，將為日本2024年建立載人月球基地奠定基礎。
目前日本在月球機器人方面做得比較好，積累了豐富的技術經驗。日本宇宙學研究所和東京大學成功開發了月球鼴鼠探測機器人。其形狀為直徑10 cm，長20 cm的圓柱體。它像鼴鼠壹樣，可以鉆入月球地下11 m，采集礦物並進行分析，找出月球表面的結構。它有兩個裝置，即排沙裝置和隧道裝置。排沙裝置有兩個旋轉的滾筒，可以將挖出的沙子卷得很牢。挖掘裝置將活塞推靠在滾動的沙子上，並隨著活塞向前推動車身。研究人員的下壹個任務是制造月球地面配套設備。設計的地面設備直徑20 ~ 30厘米，裝有太陽能電池。月球地面設備除了給機器人供電，還負責接收機器人的探測數據，向地球發送信號。
印度:可怕的來世
在俄羅斯的幫助下，印度將於2011至2012年實現“月船2號”登月計劃，開展月球表面探測。
印度航天事業從1962起步，經過40多年的發展，如今在世界航天國家中占有重要地位。在探月方面，印度也不甘落後。
2003年底，印度設計制造的以液氫和液氧為燃料的低溫火箭發動機在地面試驗中成功燃燒了1，000秒，超過了航天飛行所需的最低要求721秒。此次試驗的成功使印度成為繼美國、俄羅斯、法國、中國和日本之後，世界上第六個有能力自行制造低溫火箭發動機的國家。隨著印度研制的低溫發動機和世界先進的衛星遙感技術的巨大進步，印度實施探月計劃的技術已經成熟。
也是在這壹年，印度啟動了探月計劃。代號為“月船”(即“月球初航1”)，計劃於2007年發射壹顆重1050公斤的繞月衛星，耗資8500萬美元。
印度的繞月衛星將由印度的極軌衛星運載火箭發射，最終運行在距離月球100公裏的極軌上，對月球表面進行為期兩年的探測。主要任務是繪制地形圖、分析化學成分和調查礦物分布。
印度科學家現在正在加緊開發32通道光譜儀、低能和高能X射線光譜儀、太陽X射線光譜儀和激光高度計。此外，用於測量極地水冰的合成孔徑雷達將由美國約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室研制。為了接收月球探測器的信號，印度正在建造壹個直徑34米的天線。印度衛星TT&C中心的專家認為，25米直徑的天線足以滿足印度的探月任務，但必須為未來的深空探測任務留有余地。
2004年10月22日至26日，第六屆月球探測與應用國際會議在印度召開。印度不僅用自己的探月計劃吸引了世界的目光，也用輝煌的航天成就向世界證明，印度正在成為具有全球影響力的航天大國。
2008年7月29日，美國國家航空航天局在華府總部宣布，美國已與印、韓、日、加、英、法、德、意簽署合作協議，共同開展探月活動。