1 總體概覽

1958—1968年，美國發射了8個“先驅者”系列月球探測器，其中只有“先驅者4號”在距離月球60500千米處飛過，然后進入太陽軌道，取得部分成功。

1961—1965年，美國發射了9個“徘徊者”系列月球探測器，其中后4個獲得成功，在月球上進行了硬著陸，并發回了大量的高分辨率圖像。

1966—1968年，美國發射了7個“勘測者”系列月球著陸器，其中5個成功，在月球上進行了不載人的軟著陸和月球承重試驗、月球化學分析試驗，并拍攝了月面圖像。

1966—1967年，美國發射了5個“月球軌道器”系列月球探測器，它們都成功地拍攝了月面地形圖像，為載人登月選擇著陸地點，還積累了流星和輻射環境資料，利用地面站進行跟蹤，得到了月球重力場的詳圖。

1966—1973年，美國發射了探險者33號、35號和49號月球軌道器，其中“探險者33號”發射失敗，“探險者35號”向地球發回了月球粒子和磁場資料，“探險者49號”進行了射電天文研究，探測結果證明月球沒有強磁場、沒有輻射帶和電離層。

1967—1972年，美國發射了18艘“阿波羅”飛船，其中1968年12月發射的“阿波羅8號”首次進行了載人月球軌道飛行，1969年7月發射的“阿波羅11號”實現了首次人類載人登月，“阿波羅”計劃一共進行過6次載人登月，將12名航天員送上月球表面，帶回了382千克月球樣品和大量科學數據。

2 “先驅者”系列

“先驅者”系列月球探測器是美國1958—1973年發射的行星和行星際空間探測器，共12個（先驅者0號～11號），探測目標包括月球、行星際空間、內行星（水星、金星）和外行星（木星和土星）。其中先驅者0號～4號為月球探測器，于1958年8月—1959年3月發射，任務目標是使探測器達到地球逃逸速度，以證明“先驅者”項目的可行性。其中，先驅者0號～3號因運載火箭故障導致探測器損毀或因未達到地球逃逸速度而墜入地球大氣層。“先驅者4號”達到了地球逃逸速度，卻因為飛行軌跡偏差，在距離月球約60500千米處飛過（原計劃是在3.2×104千米處飛越月球），由于距離太遠，未能拍到月球圖像，探測器最終進入太陽軌道。

“先驅者4號”質量為6.1千克，圓錐體結構，外部為涂有黃金層的纖維玻璃，錐體結構本身作為天線，黃金層為導體。圓錐體中央是電壓管和2個蓋革彌勒計數器。質量0.5千克的發射機以960.05兆赫茲頻率發出0.1瓦的相位調制信號，調制載波功率為0.08瓦，總有效輻射功率為0.18瓦。

3 “徘徊者”系列

1961年8月—1965年3月，美國使用宇宙神-阿金納B運載火箭從卡納維拉爾角陸續發射了9個“徘徊者”系列月球探測器，以在不同的距離上拍攝月球表面的圖像，獲取月球表面特性；評估月球環境對載人登月飛船著陸任務的影響，以了解“阿波羅”載人登月飛船在月球表面著陸的可能性。其中的徘徊者1號～6號均因故障而失敗；后3次取得完全成功，獲得了高質量月面圖像。

徘徊者1號和2號是兩次試驗飛行，分別于1961年8月23日和1961年11月18日發射，主要進行科學實驗和驗證各項工程技術，包括驗證壓縮氮噴氣的三軸穩定系統、消除發射誤差的航向校正系統等。

徘徊者3號、4號和5號裝有月球撞擊艙，主要任務目標是觀測月球，測量月球輻射強度和試驗月球硬著陸技術，并向月球表面放置月震儀。這3個探測器于1962年1月—10月期間發射。

徘徊者6號、7號、8號和9號由攝像設備取代了原來的月球撞擊艙，用以獲取月面圖像。

1964年1月30日發射的“徘徊者6號”是美國第一個在月面硬著陸的月球探測器，著陸地點在月球靜海地區，但未能拍攝月面圖像。

1964年7月28日發射的“徘徊者7號”在硬著陸前逼近月球的過程中，用6臺電視攝像機拍攝，并在撞擊月面前傳回了4308幅月面圖像。

1965年2月17日發射的“徘徊者8號”在撞擊月面前傳回了7137幅月面圖像。

1965年3月21日發射的“徘徊者9號”在撞擊月面前傳回了1.2萬張（5815幅）清晰的月球近景圖像。

徘徊者8號和9號最后分別于1965年2月20日和1965年3月24日在月球的靜海和云海地面硬著陸。

徘徊者3號～5號的質量均為330千克，高約3.1米，裝備有直徑65厘米的外層包有軟木的月球撞擊艙。其推進系統采用了推力22.6千牛的單元肼發動機。姿態信息由太陽敏感器、星敏感器和陀螺儀提供，并通過俯仰/滾動噴管實現姿態控制。由計算機、音序器及地面控制的指令系統實現探測器的控制。電源系統采用太陽能電池翼，并為1000瓦時的銀鋅電池充電。通信系統包括2個960兆赫茲發射機、1副高增益天線和1副全向天線。熱控制系統采用白色涂層、金鉻涂層和鍍銀塑膠。其有效載荷包括成像系統、γ射線光譜儀、單軸地震檢波儀及無線電實驗裝置。

徘徊者6號～9號的質量均為366千克，主結構是外接圓直徑為1.5米的六邊形鋁框架基座，框架上部的截錐塔上安裝有攝像機。電源系統包括功率200瓦的太陽能電池翼、1個1000瓦時的銀鋅電池組和2個1200瓦時的銀鋅電池組。其通信采用高增益拋物面天線和準全向低增益天線，發射機包括1個頻率959.52兆赫茲、功率60瓦的電視信道，1個頻率960.05兆赫茲、功率60瓦的電視信道和1個頻率為960.58兆赫茲、功率3瓦的轉發器信道。其有效載荷包括由6臺相機組成的成像系統，其中2臺為全掃描相機，4臺為區域掃描相機。

4 “勘測者”系列

1966年5月—1968年1月，美國先后發射7個“勘測者”月球著陸器，主要用于月面軟著陸試驗，其中2個失敗（勘測者2號和4號），5個成功，并向地球發回了8.6萬張月面圖像，為“阿波羅”計劃提供了支持。

它們用于開發和驗證月面軟著陸技術，獲取月球表面的近距離圖像，勘測月面地質地貌，了解月球土壤的理化特性，為“阿波羅”載人登月飛船在月球表面著陸提供數據。

1966年5月30日發射的“勘測者1號”是美國第一個實現月球軟著陸的探測器，著陸地點在風暴洋地區。它向地球發回了黑白月面圖像。

1967年4月17日發射的“勘測者3號”是美國第一個裝備月球取樣設備的探測器，它按地面指令在月面掘出巖樣，供月壤分析器分析，同時發回了6300余張圖像。

1967年9月8日發射的“勘測者5號”為美國首次測定了月壤的化學成分，獲得了月壤化學性質的電視圖像。

1967年11月7日發射的“勘測者6號”于11月10日在月面軟著陸，最終發回29952張月球圖像。它在完成月面軟著陸、圖像拍攝及土壤測量任務后，還試驗了月面起飛技術。11月17日，該探測器的3個游標發動機點火2.5秒，從月面起飛了3～4米的高度，隨后降落在原著陸地點以西2.4米處。

“勘測者1號”質量為995千克，為三角形構架結構，總高度約3米，中央是大推力主制動發動機。支架末端的3個著陸墊裝有減震吸能裝置和應力測量系統。1個中央支桿從三角形構架頂點向上延伸1米，太陽能電池翼安裝在中央支桿頂部。“勘測者”系列月球著陸器裝有兩種制動火箭，一種是推力40千牛的大推力反推制動火箭，用于在登月時降低著陸器速度，實現軟著陸；另一種是安裝在主制動火箭周圍的3個小型游標發動機，每個推力為130～460牛，用于中途軌道修正和控制著陸器著陸。

“勘測者1號”采用了直接登月軌道。進入著陸程序后，反推制動火箭在距月面75千米高度時點火38秒，將著陸器速度降到70米/秒，隨后拋掉反推制動火箭，3個小型游標發動機繼續工作使著陸器進一步減速，最后著陸器以“自由落體”方式降落到月面。

其他“勘測者”月球著陸器的主結構、著陸過程基本與“勘測者1號”相同，但是攜帶的有效載荷不同。例如，勘測者1號和2號僅攜帶了相機系統，而“勘測者3號”不但攜帶了相機系統，還攜帶了固體樣品采樣器，能夠從著陸器向外伸出1.5米，并從月球表面下0.5米深度處采樣。“勘測者4號”增加了土壤磁性測量儀，可測量月面土壤的含鐵量。勘測者5號～7號增加了α散射儀，可測量月球土壤特性。

5 “月球軌道器”系列

1966年8月—1967年8月，美國用宇宙神-阿金納D運載火箭從卡納維拉爾角相繼發射5個“月球軌道器”系列月球探測器，任務目標是對月球表面進行全面、詳細的觀測，為“阿波羅”載人登月飛船選擇著陸地點。它們對40多個預選著陸地點進行了詳細觀測。

這5個“月球軌道器”系列月球探測器全部成功進入月球軌道，共發回1654幅月球圖像，其中840幅是圍繞月球赤道飛行的月球軌道器1號～3號拍攝的“阿波羅”載人登月飛船計劃登月區域的圖像；其他814幅是運行于月球極軌道的月球軌道器4號、5號拍攝的8個登月點的圖像。它們拍攝了高分辨率的月球表面圖像。人們根據它們拍攝的圖像資料繪制了1:4800的月球地形圖。

它們拍攝的月球圖像約占月球表面總面積的99%，分辨率優于60米。其中，“月球軌道器2號”進入近月點39千米的繞月軌道，拍攝到月球赤道以北枯海地區的清晰圖像412張，其中幾幅近景圖像有較高的科學價值；“月球軌道器5號”完成了月球背面的覆蓋觀測，獲得了預選區域的中分辨率（20米）和高分辨率（2米）圖像。

5個“月球軌道器”系列月球探測器的構型基本相同，質量約385千克，主結構為底部直徑1.5米、高1.65米的截錐形結構，包括3個艙段，并由桁架支撐。巡航機動采用推力445牛的速度控制發動機，4個4牛的氮氣噴管用于姿態控制。探測器采用三軸穩定模式，由太陽敏感器、老人星跟蹤器及慣性基準單元（IRU）提供姿態信息。電源系統包括功率375瓦的太陽能電池翼和12安時的鎘鎳蓄電池組。通信采用S頻段（2295兆赫茲），其中1瓦功率的發射機和定向高增益天線用于發送圖像信息，0.5瓦功率的發射機和全向低增益天線用于其他通信。熱控制系統采用多層隔熱材料、專用涂層、輻射器和小型加熱器。

6 “探險者”系列

“探險者”系列月球軌道器中的探險者33號、35號和49號是執行月球軌道任務的，目的是協助人類研究太陽系的各種空間現象。

“探險者33號”于1966年7月1日由德爾塔運載火箭發射。由于火箭第二級加速過快，探測器未能飛往月球軌道，而是圍繞地球大橢圓軌道飛行。其質量為93千克，自旋穩定，自旋速率為（16.7轉～27.3轉）/分鐘。攜帶的有效載荷包括磁強計、熱離子探測儀和“法拉第”探測儀等。

“探險者35號”于1967年7月19日由德爾塔運載火箭發射，于7月21日進入近月點800千米、遠月點7692千米、傾角147°的月球橢圓軌道。其質量為104千克，自旋穩定，自旋速率為25.6轉/分鐘。攜帶的有效載荷包括磁強計、熱離子探測儀、“法拉第”探測儀和微流星體探測儀等。探測器在月球軌道成功運行了6年，進行了太陽風、太陽系磁場、近月塵埃環境、月球輻射等的探測。

“探險者49號”于1973年6月10日由德爾塔運載火箭發射，6月15日進入月球軌道。它的任務目標是探測銀河系和銀河系外的射電噪聲，研究來自行星、太陽和銀河系25千赫茲～13.1兆赫茲范圍的射電噪聲猝發。該任務采用月球軌道是為了避免受到地球無線電波的干擾，人們最后一次與探測器聯系發生在1977年8月。其質量為330千克，主結構為直徑92厘米的鎂鋁蜂窩圓柱體。控制系統包括1個肼燃料速度校正單元、1個冷氣姿控系統和1個固態燃料月球進入發動機。

7 “阿波羅”計劃

“阿波羅”計劃始于1961年5月。1969年7月21日首次實現了人類登月的夢想，航天員阿姆斯特朗和奧爾德林駕駛“阿波羅11號”飛船的登月艙降落在月球赤道附近的靜海區，并相繼走出艙外，在月球上邁出了人類的第一步，引起全球震動。此后，美國又相繼發射了6艘“阿波羅”飛船，其中5次成功登陸月球。“阿波羅”計劃使12名航天員先后登上了月球。

1966—1968年，美國進行了6次“阿波羅”飛船不載人的試驗飛行，在近地軌道上驗證了“阿波羅”飛船的3個艙，尤其是登月艙的動力裝置。1968—1969年，美國使用阿波羅7號～9號飛船先后進行了環繞地球、月球飛行等載人飛行試驗，驗證了飛船的可靠性。1969年5月，美國使用“阿波羅10號”飛船進行了登月全過程的演習，有2名航天員駕駛登月艙降到了距離月面15.2千米的高度。

首次載人登月是由“阿波羅11號”飛船于1969年7月完成的。此后，在1969年11月至1972年12月期間，美國又陸續發射了阿波羅12號～17號飛船，其中，阿波羅15號、16號和17號的登月艙中還各自帶有1輛質量約200千克的月球車。

“阿波羅”飛船由指揮艙、服務艙和登月艙組成。其中，指揮艙是航天員生活和工作的地方，也是全飛船的控制中心；服務艙裝有主發動機、姿控和電氣等系統；登月艙由下降級和上升級組成。

6艘“阿波羅”飛船的航天員在月球上一共停留了約280小時，足跡達100千米，帶回巖土樣品約385千克。這些成就均大大充實了人類對月球的認知。尤其是航天員在月球上鉆取了3米深的月球巖芯，發現土壤多達57層，每層代表一次隕石沖擊，還測量了月球內部發出的熱流，從而結束了100多年來關于月球是冷還是熱的爭論……另外，1985年科學家們通過對“阿波羅”飛船帶回的月球巖土樣品的分析，證實了月球上存在一種非常有價值的核能源氦3，這一發現給月球的研究和探測工作注入了巨大動力。