接受挑战的中国人
关于中国载人登月的未来，有人曾做出了如下生动的描述：“20年后，我们大家坐着‘快船’型宇宙飞船来到了月球基地……由于月球上的引力比地球上的引力小很多，我们在种植园里见到了西瓜般大小的西红柿，微型轿车般大小的西瓜，棒球棍长短的黄瓜，一粒粒如足球大小的葡萄……”
中国将如何实现载人登月呢？根据中国科学家的计划设计，采用的方式是先用运载火箭将飞船送上地球轨道，随后，飞船自行移动至月球轨道，释放出登陆舱，降落在月球表面，宇航员登陆月球。活动完成后，宇航员返回登陆舱，飞离月球，与在月球轨道上等待的飞船重新对接，至此登月过程结束。
中国过去发射过各种地球轨道卫星，其中飞行最远的是“双星探测”卫星，飞行距离地球8万千米，而月球距离地球约38万千米，是地球同步轨道卫星距离地球的10倍，是“双星探测”卫星距离地球的5倍。发射月球探测卫星不仅要跨过这样远的距离，而且月球探测卫星飞往月球所面临的环境，也和地球卫星有着明显的不同，是更加复杂和严酷。从地球到月球之间和在环月球轨道上的环境十分恶劣，对航天器的影响极大。卫星在这样的环境里运行，充满着未知数。对实施探月工程中国航天是一个巨大的挑战。中国的科研人员能否突破关键技术和难题，确保“嫦娥1”号卫星研制质量和可靠性，事关“嫦娥工程”的成败。
2004年“嫦娥”绕月探测工程正式立项，随即便开始了试制和工程研制，到2007年4月发射，在短短3年多的时间里，整个工程队伍坚持自主创新，刻苦攻关，先后突破了绕月探测工程各项技术难关，取得了全面的胜利。
无畏的攻关战
突破轨道设计与飞行程序控制关
“嫦娥1”号探月卫星飞行轨道与地球卫星飞行轨道不同，地球卫星飞行轨道只有椭圆轨道或圆轨道2种，而“嫦娥1”号月球探测卫星在飞向月球的过程中要经过调相轨道段、地月转移轨道段、月球捕获轨道，最终到达环月轨道，即要飞经4个不同轨道段。由于地球、月球和卫星都在运动，在地、月、卫星三体运动条件下及月球引力场的异常复杂性，使得“嫦娥1”号卫星的轨道设计，较以往的地球卫星轨道设计更为复杂。为了保证“嫦娥1”号顺利到达月球，在调相轨道阶段，要进行4次轨道调整，使“嫦娥1”号在预定的时间到达地月转移轨道的入口。在地月转移轨道飞行过程中，计划要进行1～2次轨道修正，消除误差，确保“嫦娥1”号能够准确到达月球附近，到达月球近旁后，还要经历3次轨道调整，使“嫦娥1”号从最初的双曲线轨道变为椭圆轨道，然后进一步缩小椭圆轨道的扁率，最终使“嫦娥1”号在一条高度为200千米、倾角为90°的圆形轨道上绕月飞行，并开展探测活动。在环绕月球运行过程中，还要考虑月球对“嫦娥1”号的遮挡，运行期间的光照条件及月食对“嫦娥1”号日常工作的影响等，此外，在轨道设计时还要考虑运载火箭、发射场、地面测控系统等方面的要求。
综合上述各约束条件，经过大量计算分析，并对其中的一些不利的结果加以甄别和排除，最终突破了轨道设计与飞行程序控制技术，使轨道设计达到了最优化，使“嫦娥1”号奔月飞行所需能量最少。
攻克三体定向关
地球卫星在轨道运行时只需同时完成对地和对日的二体定向，即卫星上的太阳翼对准太阳，保证获得足够的光照并产生足够的电能，“嫦娥1”号进入绕月轨道而星上的通信或遥感装置对准地球表面，以便执行任务。“嫦娥1”号在环绕月球飞行过程中，要始终保持对日、地和月三体定向，即月球探测卫星太阳帆板对日，以保证获得足够的光照并产生足够的电能；“嫦娥1”号的探测目标是月球，因此卫星必须保证科学探测仪器对准月球表面；为了将获取的科学数据送回地球，“嫦娥1”号在环绕月球飞行的过程中还应将定向天线对准地球，在限定的时间内将“嫦娥1”号自身工作状态信息和科学载荷的输出结果发回地球。上述条件只要有一个对不上就很难工作。由于地球、太阳和月球的空间关系随时都在发生变化，而且比较复杂，给三体定向带来很多困难。
卫星上的太阳能帆板必须对着太阳为使“嫦娥1”号上的科学探测仪器始终对准月球表面进行连续探测，首先要解决观察月球的“眼睛”，即采用什么样的敏感器。地球卫星对地球的定向，采用技术成熟的红外地球敏感器，但这种敏感器并不能应用月球探测上，因为月球没有大气层，也就没有稳定的红外辐射带，因此红外敏感器虽然技术成熟，但在月球探测上派不上用场。月球有稳定的紫外辐射，我国经过攻关自主研发了紫外月球敏感器作为“眼睛”观察月球，同时采取三轴稳定的姿态控制方式，保证了星体上安装的科学探测仪器的一面，始终朝向月球。为保证太阳能帆板对日，采用了一种特制的驱动机构，它能带动太阳帆板实现360度的转动，利用太阳帆板上的敏感器来捕获太阳的方位，然后不断控制驱动机构一直保持太阳能帆板获得最佳的太阳光入射角，从而为“嫦娥1”号提供充足的能源。为了使“嫦娥1”号的定向天线一直对准地球，我国研制的定向天线双轴驱动机构，它可在半球空间内实现高精度指向定位要求，从而使定向天线始终对准地球。同时还采取提高卫星控制、制导与导航分系统可靠性等手段，确保了三体定向及精度要求。
突破空间环境关
“嫦娥1”号卫星在奔月飞行中，面临着严酷的空间辐射和冷热环境的考验。
太阳耀斑爆发喷出的高能粒子流空间辐射环境主要有4个因素：①地球辐射带中俘获的电子和质子。②银河宇宙射线，即指来自太阳系以外的银河系的高能粒子。③太阳宇宙线，是指太阳表面的活动区喷射出来的高能粒子流。太阳宇宙线发生是随机的，一般持续几天时间，在太阳活动峰年出现频繁会更高。④太阳风的低能带电粒子。这样的空间辐射环境会对“嫦娥1”号飞行和工作造成不利影响，尤其是月球又无磁场屏蔽作用，银河宇宙射线、太阳耀斑爆发产生的太阳宇宙射线，会直接作用到环月飞行的卫星上，银河宇宙射线和太阳宇宙射线都可能会引发高能单粒子的破坏事件，使星内电子设备发生故障。我国科研人员经过在防护方面的攻关取得成果，保证了“嫦娥1”号能够在复杂的空间辐射环境下正常工作。
月球环境温差特别大，白天太阳光直射的地方，最高温度可达130摄氏度左右，而背向太阳的一面则为-150摄氏度以下左右，卫星127分钟绕月球飞行一圈，一半时间有阳光照射，一半时间笼罩在黑暗中，并不断地重复，而所有探测仪器必须保持在±40摄氏度范围内工作，否则会有损坏的危险。因此，“嫦娥1”号对温度控制要求特别高，这个难题通过采用新材料和新技术得到了很好的解决。
突破深空测控通信关
深空测控，一般来讲是指地面通过无线电手段对飞往月球以远的卫星进行跟踪、遥测和遥控的简称。
上海天文台佘山站我国现有的航天测控网只适应36000千米以下的各类地球卫星和载人航天任务，而地球与月球间平均距离达38万千米，这对我国的探月测控系统提出了挑战：①通信距离远，信号衰减大，比同样发射功率的地球同步轨道卫星信号减弱了127倍；②通信单程时延大大增加，无法实时通信，因为电磁波的传输速度为30万千米／秒，从地球至月球单程需要13秒，相当于我们说完话13秒后，对方才能听见，这种时延造成了在探月过程中，很难做到实时响应；③无法对绕月探测器进行连续观测，这是因为在我国国土上最多只能连续观测10小时，不能实现全天时的观测；④提高测量精度有极大难度，对航天器的轨道测量包括测角、测距和测速，最终确定航天器的准确位置，但依靠一个测控站来测量轨道时，很难提高测角的精度，而且随目标距离增大，引起的位置误差也增大等。
当时测控系统成了制约整个探月工程的瓶颈。我国航天科学家经过充分论证，提出了在采用我国航天测控网的基础上，利用上海天文台佘山站、国家天文台北京密云站和云南昆明天文台射电望远镜的观测能力，让天文台甚长基线干涉天文测量网系统进行辅助测量，以提高测量精度的方案。与此同时我国一线的航天科研人员通过技术攻关和加强国际合作等措施，在很短的时间就解决了所有技术难题，从而满足了“嫦娥1”号月球探测器的深空测控要求。
应对月食
“嫦娥1”号环绕月球飞行的1年时间里，要遇到2次月食。一次全月食，时间约5小时；另一次半月食，时间约35小时。月食期间地球挡住太阳光，如果没有阳光，太阳电池帆板不能供电，然而卫星里为了保证足够的温度需要继续供电，为此科研人员对“嫦娥1”号在遇到月食时如何保证卫星仪器正常工作，进行了深入研究，想了很多对策。
月食示意图
月食是月球进入地球影子时发生的现象，地球的影子有本影、半影之分。当月球的一部分进入本影时，发生月偏食，当月球全部进入本影时，就是月全食。
在半影区域内，太阳辐射强度变渐变弱，当太阳辐射强度还比较大时，太阳能电池仍能部分供电。这时星上各系统仪器、设备采取设置为最小功耗模式；当卫星进入本影区时。也就是在月全食阶段，太阳能电池停止供电，这时卫星转为由蓄电池组单独供电；在月食阶段，为消除月食阴影和正常轨道阴影的叠加效应，缩短月食阴影时间，“嫦娥1”号在进入月食前需进行调整其在轨道上的相位，使其不产生阴影的叠加；月食期间环境温度会骤然下降，当“嫦娥1”号离开月食本影后，及时调高热控制分系统的补偿加热功率，以保证卫星各部位尽快回温。经过采取上述一系列措施，保证了“嫦娥1”号安全地渡过了月食的影响。
“嫦娥”升空
凉山州首府西昌位于四川省西南部，自古人们在西昌就能经常观赏到分外明亮皎洁的月亮，故西昌又称“月城”，而今它又亲送“嫦娥1”号奔向遥远的月球。
驰名中外的西昌卫星发射中心
西昌卫星发射中心，它组建于1970年，是中国三大卫星发射中心之一。主要用于发射地球同步轨道卫星，是我国对外开放最早、承担外星发射最多、综合发射能力较强的卫星发射中心，也是我国实施探月工程的首选航天发射场。经过30多年不断发展建设，建成了自成体系、配套完善的测试发射、测量控制、通信、气象和勤务保障等5大系统。目前，该中心能发射中国自行研制的“长征3”号甲、我国西昌卫星发射中心“长征3”号乙等5种大型运载火箭。是探月工程一期、二期的发射场。西昌卫星发射中心具有独特的地理优势，坐落在东经102度、北纬28度，所处纬度低，可以充分利用地球自转的附加速度，节省运载工具的能量消耗。
发射中心由6个分系统组成，它们分别是测试发射、指挥、测量控制、通信、气象和技术勤务分系统。发射部分由发射塔架、发射台、发射控制室、电源间、瞄准间、污水处理系统等组成。为发射“嫦娥1”号新建的3号发射工位，设备与功能先进，发射塔架雄伟壮观，共13层，高855米。
发射前的准备
卫星发射是一项复杂的系统工程，需要各系统密切配合、协同工作。从火箭、卫星运抵发射场到发射升空，一般需要40天左右的时间。经过一系列复杂流程，对星箭进行测试直至发射。考虑到探月丁程是我国首次将航天器送人38万千米的外太空，为确保成功，“嫦娥1”号卫星的发射准备时间相对更长一些。
2007年8月19日，“嫦娥1”号卫星运抵发射场区，拉开了奔月的序幕。
发射场区由技术区和发射区两部分组成。技术区包括火箭测试大厅、卫星测试大厅。火箭测试大厅和卫星测试大厅装有大功率空气调节器和净化器，可根据测试的需要随意调节温度和湿度。良好的测试环境和先进的技术设备可以同时对2颗不同型号的火箭、卫星进行装配和测试。
“嫦娥1”号卫星运到中心后，先在技术区进行严格的测试，确保星上设备与地面设备匹配，同时解决测试中出现的问题。经测试合格后，对卫星实施推进剂加注，以满足卫星上天后的轨道、姿态控制和卫星正常运行的动力需要。
“长征3”号运载火箭“长征3”号甲火箭经铁路运抵西昌卫星发射中心后，为确保火箭上单元仪器的可靠性，首先在技术区进行单元测试，经测试合格后转往发射区进行起竖、吊装、对接，并经过分系统匹配测试、四次总检查，以检验箭上设备与地面设备的匹配性，保障火箭无故障升空。
“长征3”号甲火箭和“嫦娥1”号卫星转往发射区后，科研人员在星箭对接的区域形成大封闭环境，达到卫星对温度、湿度和空气洁净度的要求后，进行星箭对接。
“长征3”号甲火箭与卫星在发射区测试合格后，视天气情况，再根据卫星的入轨窗口，决定是否加注燃料，待命发射。
