嫦娥一號發射升空，它將如何飛向月球，怎樣進行科學探測，可能遭遇何種意外，完成任務後又該何去何從。追隨嫦娥一號的腳步，讓我們逐一揭開現代嫦娥背負的科學使命。
　　
　　2007年10月底，中國西昌衛星發射中心，乳白色的“長征三號甲”火箭靜靜地豎立在煥然一新的3號發射塔旁待命發射，即將搭乘這枚火箭直沖雲霄的，是中國第一顆深空探測衛星“嫦娥一號”。它要從這里啟程，奔赴月球，執行我國首次月球探測任務。
　　
　　奔赴月球
　　
　　倒計時歸零，轟鳴聲劃破山谷的寂靜，火箭發動機噴射出的烈焰托著箭身徐徐上升，火箭上升速度越來越快，最後帶著嫦娥一號消失在天空之中。長征三號甲火箭擁有出色的安全性能，在此次發射嫦娥之前，已經創下了連續14次成功發射的輝煌戰績，成功率高達100%，在長征系列火箭中享有“常勝將軍”的美譽。它的運載能力也同樣出色，可以把2.6噸的通訊衛星送入地球同步軌道。不過，同步軌道的高度還不到月球距離的1/10，火箭如何把重達2.35噸的嫦娥一號送到如此遙遠的繞月軌道上呢？
　　升空148秒之後，第一級和第二級火箭分離，升空243秒之後，火箭整流罩脫落，升空271秒之後，火箭第二級和第三級分離。三級火箭再經過兩次點火，進一步加速並提升高度。距離發射1442秒之後，衛星與運載火箭分離，三級火箭完成了它們的全部賽程，長征三號甲運載火箭也按要求將嫦娥一號探月衛星送入了過渡軌道。前後歷時約24分鐘，飛行距離超過8,500千米，飛行高度約320千米。
　　而後，嫦娥一號衛星依靠自身攜帶的燃料繼續飛行。首先進入距離地面600千米的高度，此時氫氧發動機點火，把衛星送入近地點600千米、遠地點51,000千米的橢圓形軌道。這條軌道的周期是16個小時。等衛星回到近地點時，氫氧發動機再次點火，給嫦娥一號加速，把它推入遠地點71,000千米的橢圓形軌道。24小時後，嫦娥一號又一次回到近地點，氫氧發動機再次點火，進一步拉長衛星的軌道，使它的遠地點達到12萬千米，軌道周期則延長為48小時。這三次加速為嫦娥一號飛向月球奠定了基礎。
　　當衛星又一次返回近地點時，氫氧發動機將最後一次點火工作，為嫦娥一號助推，把速度提升到10.8千米/秒，進入近地點600千米、遠地點384,400千米的奔月軌道。然後，嫦娥一號就會按照測控系統發出的指令，直奔月球而去。在途中，嫦娥一號還會對軌道進行三次修正，確保嫦娥能夠準確飛向月球。
　　在奔月軌道上飛行5天後，嫦娥一號抵達距離月球表面200千米的地方。衛星自帶的發動機將反向點火，使速度減慢，以便衛星被月球的引力俘獲，進入環繞月球的軌道。與在地球附近逐漸加速一樣，在進入繞月軌道時也需要進行三次減速。最終進入距離月面200千米，飛經月球的南北兩極，運行周期為127分鐘的圓形軌道。此時，距離火箭發射已經有十幾多天了，在接下來的一年時間里，嫦娥一號就要在這條軌道上執行它的繞月探測任務。
　　
　　
　　繪制月球立體地圖
　　
　　嫦娥一號在繞月軌道上要完成的第一個任務，就是為月球繪制一幅完整的三維立體地圖。月球表面沒有大氣層，幾十億年來一直經受小天體的持續撞擊，表面覆蓋了一層5米∼10米厚的塵土和角礫，真正的基岩物質出露較少。所以，月球成分、地質構造、內部結構和演化等許多信息都必須從月球的地形地貌中提取。
　　通過月球地形地貌的探測與研究，我們可以精細劃分月球表面的基本構造和地貌單元，探討月球地質構造的演化歷史；進行月球表面撞擊坑的形態、大小、分布、密度等的研究，為類地行星表面年齡的劃分和早期演化歷史研究提供基本數據；還能為月球探測的後續工程，比如著陸點和月球基地的選擇，提供基礎數據和科學依據。因此，對月球表面形貌特征的探測、辨識、劃分與研究，一直是國際月球探測的最重要內容之一。
　　為了繪制最完整的月球三維立體地圖，嫦娥一號專門配備了兩大法寶——CCD立體相機和激光高度計。
　　CCD立體相機可以在嫦娥一號繞月飛行的過程中，同時對衛星運行前側、下方和後側的三個條帶狀區域，拍攝三幅二維平面圖片。圖像傳送到地面之後，對這些二維平面圖進行處理，就可以繪制出月球表面的三維立體影像。月球南北緯70°之間的地區光照充足，CCD立體相機正好大顯身手。隨著嫦娥一號飛遍月面上的所有地區，南北緯70°之間的三維立體地圖就可以繪制完成了。不過在月球的兩極地區，太陽高度角很低，就像地球的南北極一樣，太陽光能量不足，立體相機就很難得到清晰的圖像了。
　　此時，就需要激光高度計出馬了。激光高度計的原理很簡單︰先用激光器向衛星下方發射一束大功率激光，再通過望遠鏡接收月面反射回來的激光信號，從兩者之間的時間差就可以精確計算出衛星到月球表面的距離。嫦娥一號在每一圈繞月飛行過程中，都會飛過月球的南北極區域，因此激光高度計的測量數據點在南北極區域最為密集。等數據積累到足夠的程度，就可以繪制出兩極區域的立體地圖，就連那些永遠得不到光照、處于永恆黑暗之中的盆地和撞擊坑，也逃不過激光高度計的“火眼金楮”。在立體相機能夠工作的區域，激光高度計也可以精確測量距離數據，幫助修正立體相機獲得的三維地圖，使地圖更加準確。
　　
　　
　　探測月球物質成分
　　
　　嫦娥一號要完成的第二個任務，就是分析探測月球表面14種有用元素的含量和礦物類型的分布特點。這14種元素分別是氧、　、鎂、鋁、鈣、鐵、鈦、鈉、錳、鉻、鉀、釷、鈾及稀土元素釓。
　　對月球表面的元素豐度、礦物和岩石類型的全球分布進行探測和研究，是月球資源探測的主題。月球上的斜長岩富含　、鋁、鈣、鈉等元素；克里普岩富含鉀、磷和稀土元素；玄武岩中的鈦鐵礦含量高達25%，總資源量高達100萬億噸。對月球岩石和礦物含量及分布進行的研究，將為未來開發和利用月球資源提供依據，為研究太陽系和地月系的起源與演化提供直接有效的科學證據。
　　為了在距離月面200千米的高空準確測量元素和礦物的分布，嫦娥一號配備了干涉成像光譜儀、γ射線譜儀和X射線譜儀。
　　干涉成像光譜儀是一種“圖譜合一”的光學遙感設備，既可以得到月球表面目標的二維平面圖像，也可以得到某個位置的連續光譜圖。當陽光照射在月球表面上時，光線會與土壤、岩石和礦物發生相互作用，一些光線被吸收，一些被折射，還有一些會被反射。不同的礦物反射回來的光線中，光譜也會各有特點。干涉成像光譜儀探測到月面物質反射的可見光和近紅外線，就能根據光譜的不同特點，推斷出那里存在著何種礦物。干涉成像光譜儀將對月球進行全球成像，獲取主要的造岩礦物（如橄欖石、輝石、斜長石）在月面上的含量與分布，編制相應的月球礦物分布圖。
　　γ射線譜儀則是探測元素的行家里手。有些元素（比如鈾、釷、鉀）是天然放射性元素，它們的放射性同位素可以直接釋放γ射線。其他元素（鈦、　、氧、鋁、鎂、鈣、鈉、錳、鉻、鐵和釓）本身不產生γ射線，但是太陽活動產生的質子和銀河系高能宇宙射線會轟擊它們，發生各種核反應，產生放射性核素。這些核素在衰變過程中就會釋放出γ射線。γ射線譜儀會探測這些射線，根據它們獨特的譜線特征，確定釋放這些射線的元素種類。這些數據累積起來，就能繪制出14種元素的全月面分布圖。
　　X射線譜儀則是γ射線譜儀的得力助手。月球表面的　、鋁、鎂在太陽X射線的激發下，會產生熒光X射線。探測月球表面的X射線熒光，就可以獲得它們的分布情況。再與γ射線譜儀探測到的結果相互印證，就可以提高這些元素的探測精度。

　　探測月壤厚度
　　
　　在地球表面，風化作用使岩石碎裂形成土壤。月球上雖然沒有空氣和水，但溫差、不均勻熱脹冷縮、太陽風和銀河系宇宙線轟擊、小天體和宇宙塵的撞擊等其他因素，都會使月球表面岩石碎裂，在月球表面覆蓋上一層碎屑和塵埃物質——這層覆蓋物被統稱為“月壤”。嫦娥一號的第三大任務，就是測量月球表面的微波輻射強度，從而反演月壤的厚度。
　　嫦娥一號上搭載了一台微波探測儀。微波探測儀不像雷達那樣發射微波並接收反射的回波，它只是被動接收月壤發出的微波輻射。利用微波探測儀探測全月球表面的微波輻射強度，這在國際月球探測史上還是第一次。
　　
　　自然界中的一切物體，只要溫度高于絕對零度（－273.15℃），每時每刻都在以電磁波的形式向外輻射能量，月壤也不例外。由于月球上沒有大氣，月球表面物質的熱輻射可以直接被微波探測儀接收。微波的穿透能力也很強，一定深度的月壤發出的微波輻射，照樣能夠穿透上面覆蓋的月壤，被微波探測儀接收。不同深度的微波輻射信號在強度和頻率上都存在差異。接收同一地區不同深度的微波輻射信號，再對這些輻射信息進行綜合研究，就可以推算出月球表面土壤的厚度。
　　土壤不像岩石那樣堅硬，比較松散，方便加工成各種形狀的建築材料，也容易提取其中的各種資源。因此，估算月壤的厚度，對未來選擇月球基地的建造地點十分重要。特別重要的是，月壤中含有一種十分重要的資源——氦-3。氦-3是可控核聚變發電的重要燃料，如果能夠實現商業化發電，只需100噸氦-3就能滿足全世界一年的用電量。所以，探明月球上月壤厚度的分布，不僅可以估算出月球上氦-3的總資源量，還可以知道哪些地區比較多，哪些地方比較少，為未來規劃開采提供參考。
　　
　　探測地月空間環境
　　
　　在環繞月球飛行的過程中，嫦娥一號還要關注月球周圍的空間環境。地月空間環境是人類生存發展的重要活動場所，但太陽耀斑和日冕物質拋射等劇烈活動經常造成巨大能量的突然釋放，給地球磁層、電離層、中高層大氣和月面環境帶來嚴重影響，甚至危及人造衛星的運行和人類的健康（參見《環球科學》2006年第5期《暴怒的太陽》一文）。
　　在近地空間，由于受到地球磁場的作用，來自太陽的高能粒子會被阻擋和屏蔽，在一定程度上保護了人造地球衛星的安全。但是要想研究原始的太陽風、太陽宇宙線和行星際磁場，就必須跳出地球磁層的保護。月球距離地球38萬千米，在運行到地球的向陽面時，會超出地球磁層的範圍以外。此時，嫦娥一號就有機會探測行星際空間的原始狀態，靈敏地監測太陽風的擾動和磁尾空間環境的變化。
　　嫦娥一號攜帶了一台高能粒子探測器和一台太陽風離子探測器。高能粒子探測器用來監測嫦娥一號飛行過程中遇到的高能帶電粒子（電子、質子和重離子）的成分、能譜、通量和隨時間變化的特征，這些帶電粒子大都來自于太陽。太陽風離子探測器則用來探測太陽風離子和其他低能離子的能譜，從而推算太陽風的速度、離子溫度和數密度等信息。
　　
　　遭遇月食
　　
　　執行以上四項科學任務，需要有充足的電力供應，這些電力則來自于衛星兩側的太陽能帆板。太陽能看似源源不斷，但在嫦娥一號執行任務期間，至少會遭遇兩場“能源危機”，原因很簡單，就是我們非常熟悉的月食。月食期間，月球運行到地球的陰影之中，陽光被地球遮擋，嫦娥一號的太陽能帆板自然也就發不出電了。
　　每次月食，嫦娥一號的太陽能帆板都會“罷工”大約3個小時。這段時間內，衛星只能依靠自帶的蓄電池單獨供電，但蓄電池無法滿足衛星正常運轉的用電需求。這時，嫦娥一號就會啟動一套應急預案，應對月食帶來的挑戰。
　　在月食開始之前，嫦娥一號會調整軌道姿態，讓太陽能帆板正對太陽，最大程度地采集太陽能。這些電能一部分用來給蓄電池充電，確保月食開始時蓄電池電量充足，另一部分會最大限度地給衛星加熱，確保嫦娥一號在月食期間不會“體溫過低”。對嫦娥一號上各種設備的遙控操作也會在月食開始之前全部完成，以便降低嫦娥一號上計算機的工作壓力。月食開始之後，嫦娥一號就會進入“休眠狀態”，衛星上所有的設備儀器都會設定在最小功耗下運行。一旦月食結束，已經正對太陽的太陽能帆板馬上全速開動，電力會首先用來加熱衛星，盡快讓嫦娥一號的“體溫”恢復正常。
　　經受住月食考驗的嫦娥一號將繼續繞月飛行，需要一年的時間才能完成全部四項科學任務。任務完成之後，嫦娥一號不會再返回地球，它將最後一次啟動發動機，減慢速度，像2006年歐洲空間局的“智慧一號”探測器一樣，勇敢地撞向月球，結束我國第一次探月之旅。
　　不過月宮不會寂寞太久。2012年前後，探月二期工程就會實施，我國自行研制的月球車會再訪月球，執行我國首次月球軟著陸探測任務。隨後，三期工程也開始實施，登月艙將再次拜訪月宮，在月面上采集岩石樣本送回地球。相信不久之後，中國人也將沿著嫦娥一號開闢的探月之路踏足月球，真正實現嫦娥奔月的夢想！