1 总体概览

1958—1968年，美国发射了8个“先驱者”系列月球探测器，其中只有“先驱者4号”在距离月球60500千米处飞过，然后进入太阳轨道，取得部分成功。

1961—1965年，美国发射了9个“徘徊者”系列月球探测器，其中后4个获得成功，在月球上进行了硬着陆，并发回了大量的高分辨率图像。

1966—1968年，美国发射了7个“勘测者”系列月球着陆器，其中5个成功，在月球上进行了不载人的软着陆和月球承重试验、月球化学分析试验，并拍摄了月面图像。

1966—1967年，美国发射了5个“月球轨道器”系列月球探测器，它们都成功地拍摄了月面地形图像，为载人登月选择着陆地点，还积累了流星和辐射环境资料，利用地面站进行跟踪，得到了月球重力场的详图。

1966—1973年，美国发射了探险者33号、35号和49号月球轨道器，其中“探险者33号”发射失败，“探险者35号”向地球发回了月球粒子和磁场资料，“探险者49号”进行了射电天文研究，探测结果证明月球没有强磁场、没有辐射带和电离层。

1967—1972年，美国发射了18艘“阿波罗”飞船，其中1968年12月发射的“阿波罗8号”首次进行了载人月球轨道飞行，1969年7月发射的“阿波罗11号”实现了首次人类载人登月，“阿波罗”计划一共进行过6次载人登月，将12名航天员送上月球表面，带回了382千克月球样品和大量科学数据。

2 “先驱者”系列

“先驱者”系列月球探测器是美国1958—1973年发射的行星和行星际空间探测器，共12个（先驱者0号～11号），探测目标包括月球、行星际空间、内行星（水星、金星）和外行星（木星和土星）。其中先驱者0号～4号为月球探测器，于1958年8月—1959年3月发射，任务目标是使探测器达到地球逃逸速度，以证明“先驱者”项目的可行性。其中，先驱者0号～3号因运载火箭故障导致探测器损毁或因未达到地球逃逸速度而坠入地球大气层。“先驱者4号”达到了地球逃逸速度，却因为飞行轨迹偏差，在距离月球约60500千米处飞过（原计划是在3.2×104千米处飞越月球），由于距离太远，未能拍到月球图像，探测器最终进入太阳轨道。

“先驱者4号”质量为6.1千克，圆锥体结构，外部为涂有黄金层的纤维玻璃，锥体结构本身作为天线，黄金层为导体。圆锥体中央是电压管和2个盖革弥勒计数器。质量0.5千克的发射机以960.05兆赫兹频率发出0.1瓦的相位调制信号，调制载波功率为0.08瓦，总有效辐射功率为0.18瓦。

3 “徘徊者”系列

1961年8月—1965年3月，美国使用宇宙神-阿金纳B运载火箭从卡纳维拉尔角陆续发射了9个“徘徊者”系列月球探测器，以在不同的距离上拍摄月球表面的图像，获取月球表面特性；评估月球环境对载人登月飞船着陆任务的影响，以了解“阿波罗”载人登月飞船在月球表面着陆的可能性。其中的徘徊者1号～6号均因故障而失败；后3次取得完全成功，获得了高质量月面图像。

徘徊者1号和2号是两次试验飞行，分别于1961年8月23日和1961年11月18日发射，主要进行科学实验和验证各项工程技术，包括验证压缩氮喷气的三轴稳定系统、消除发射误差的航向校正系统等。

徘徊者3号、4号和5号装有月球撞击舱，主要任务目标是观测月球，测量月球辐射强度和试验月球硬着陆技术，并向月球表面放置月震仪。这3个探测器于1962年1月—10月期间发射。

徘徊者6号、7号、8号和9号由摄像设备取代了原来的月球撞击舱，用以获取月面图像。

1964年1月30日发射的“徘徊者6号”是美国第一个在月面硬着陆的月球探测器，着陆地点在月球静海地区，但未能拍摄月面图像。

1964年7月28日发射的“徘徊者7号”在硬着陆前逼近月球的过程中，用6台电视摄像机拍摄，并在撞击月面前传回了4308幅月面图像。

1965年2月17日发射的“徘徊者8号”在撞击月面前传回了7137幅月面图像。

1965年3月21日发射的“徘徊者9号”在撞击月面前传回了1.2万张（5815幅）清晰的月球近景图像。

徘徊者8号和9号最后分别于1965年2月20日和1965年3月24日在月球的静海和云海地面硬着陆。

徘徊者3号～5号的质量均为330千克，高约3.1米，装备有直径65厘米的外层包有软木的月球撞击舱。其推进系统采用了推力22.6千牛的单元肼发动机。姿态信息由太阳敏感器、星敏感器和陀螺仪提供，并通过俯仰/滚动喷管实现姿态控制。由计算机、音序器及地面控制的指令系统实现探测器的控制。电源系统采用太阳能电池翼，并为1000瓦时的银锌电池充电。通信系统包括2个960兆赫兹发射机、1副高增益天线和1副全向天线。热控制系统采用白色涂层、金铬涂层和镀银塑胶。其有效载荷包括成像系统、γ射线光谱仪、单轴地震检波仪及无线电实验装置。

徘徊者6号～9号的质量均为366千克，主结构是外接圆直径为1.5米的六边形铝框架基座，框架上部的截锥塔上安装有摄像机。电源系统包括功率200瓦的太阳能电池翼、1个1000瓦时的银锌电池组和2个1200瓦时的银锌电池组。其通信采用高增益抛物面天线和准全向低增益天线，发射机包括1个频率959.52兆赫兹、功率60瓦的电视信道，1个频率960.05兆赫兹、功率60瓦的电视信道和1个频率为960.58兆赫兹、功率3瓦的转发器信道。其有效载荷包括由6台相机组成的成像系统，其中2台为全扫描相机，4台为区域扫描相机。

4 “勘测者”系列

1966年5月—1968年1月，美国先后发射7个“勘测者”月球着陆器，主要用于月面软着陆试验，其中2个失败（勘测者2号和4号），5个成功，并向地球发回了8.6万张月面图像，为“阿波罗”计划提供了支持。

它们用于开发和验证月面软着陆技术，获取月球表面的近距离图像，勘测月面地质地貌，了解月球土壤的理化特性，为“阿波罗”载人登月飞船在月球表面着陆提供数据。

1966年5月30日发射的“勘测者1号”是美国第一个实现月球软着陆的探测器，着陆地点在风暴洋地区。它向地球发回了黑白月面图像。

1967年4月17日发射的“勘测者3号”是美国第一个装备月球取样设备的探测器，它按地面指令在月面掘出岩样，供月壤分析器分析，同时发回了6300余张图像。

1967年9月8日发射的“勘测者5号”为美国首次测定了月壤的化学成分，获得了月壤化学性质的电视图像。

1967年11月7日发射的“勘测者6号”于11月10日在月面软着陆，最终发回29952张月球图像。它在完成月面软着陆、图像拍摄及土壤测量任务后，还试验了月面起飞技术。11月17日，该探测器的3个游标发动机点火2.5秒，从月面起飞了3～4米的高度，随后降落在原着陆地点以西2.4米处。

“勘测者1号”质量为995千克，为三角形构架结构，总高度约3米，中央是大推力主制动发动机。支架末端的3个着陆垫装有减震吸能装置和应力测量系统。1个中央支杆从三角形构架顶点向上延伸1米，太阳能电池翼安装在中央支杆顶部。“勘测者”系列月球着陆器装有两种制动火箭，一种是推力40千牛的大推力反推制动火箭，用于在登月时降低着陆器速度，实现软着陆；另一种是安装在主制动火箭周围的3个小型游标发动机，每个推力为130～460牛，用于中途轨道修正和控制着陆器着陆。

“勘测者1号”采用了直接登月轨道。进入着陆程序后，反推制动火箭在距月面75千米高度时点火38秒，将着陆器速度降到70米/秒，随后抛掉反推制动火箭，3个小型游标发动机继续工作使着陆器进一步减速，最后着陆器以“自由落体”方式降落到月面。

其他“勘测者”月球着陆器的主结构、着陆过程基本与“勘测者1号”相同，但是携带的有效载荷不同。例如，勘测者1号和2号仅携带了相机系统，而“勘测者3号”不但携带了相机系统，还携带了固体样品采样器，能够从着陆器向外伸出1.5米，并从月球表面下0.5米深度处采样。“勘测者4号”增加了土壤磁性测量仪，可测量月面土壤的含铁量。勘测者5号～7号增加了α散射仪，可测量月球土壤特性。

5 “月球轨道器”系列

1966年8月—1967年8月，美国用宇宙神-阿金纳D运载火箭从卡纳维拉尔角相继发射5个“月球轨道器”系列月球探测器，任务目标是对月球表面进行全面、详细的观测，为“阿波罗”载人登月飞船选择着陆地点。它们对40多个预选着陆地点进行了详细观测。

这5个“月球轨道器”系列月球探测器全部成功进入月球轨道，共发回1654幅月球图像，其中840幅是围绕月球赤道飞行的月球轨道器1号～3号拍摄的“阿波罗”载人登月飞船计划登月区域的图像；其他814幅是运行于月球极轨道的月球轨道器4号、5号拍摄的8个登月点的图像。它们拍摄了高分辨率的月球表面图像。人们根据它们拍摄的图像资料绘制了1:4800的月球地形图。

它们拍摄的月球图像约占月球表面总面积的99%，分辨率优于60米。其中，“月球轨道器2号”进入近月点39千米的绕月轨道，拍摄到月球赤道以北枯海地区的清晰图像412张，其中几幅近景图像有较高的科学价值；“月球轨道器5号”完成了月球背面的覆盖观测，获得了预选区域的中分辨率（20米）和高分辨率（2米）图像。

5个“月球轨道器”系列月球探测器的构型基本相同，质量约385千克，主结构为底部直径1.5米、高1.65米的截锥形结构，包括3个舱段，并由桁架支撑。巡航机动采用推力445牛的速度控制发动机，4个4牛的氮气喷管用于姿态控制。探测器采用三轴稳定模式，由太阳敏感器、老人星跟踪器及惯性基准单元（IRU）提供姿态信息。电源系统包括功率375瓦的太阳能电池翼和12安时的镉镍蓄电池组。通信采用S频段（2295兆赫兹），其中1瓦功率的发射机和定向高增益天线用于发送图像信息，0.5瓦功率的发射机和全向低增益天线用于其他通信。热控制系统采用多层隔热材料、专用涂层、辐射器和小型加热器。

6 “探险者”系列

“探险者”系列月球轨道器中的探险者33号、35号和49号是执行月球轨道任务的，目的是协助人类研究太阳系的各种空间现象。

“探险者33号”于1966年7月1日由德尔塔运载火箭发射。由于火箭第二级加速过快，探测器未能飞往月球轨道，而是围绕地球大椭圆轨道飞行。其质量为93千克，自旋稳定，自旋速率为（16.7转～27.3转）/分钟。携带的有效载荷包括磁强计、热离子探测仪和“法拉第”探测仪等。

“探险者35号”于1967年7月19日由德尔塔运载火箭发射，于7月21日进入近月点800千米、远月点7692千米、倾角147°的月球椭圆轨道。其质量为104千克，自旋稳定，自旋速率为25.6转/分钟。携带的有效载荷包括磁强计、热离子探测仪、“法拉第”探测仪和微流星体探测仪等。探测器在月球轨道成功运行了6年，进行了太阳风、太阳系磁场、近月尘埃环境、月球辐射等的探测。

“探险者49号”于1973年6月10日由德尔塔运载火箭发射，6月15日进入月球轨道。它的任务目标是探测银河系和银河系外的射电噪声，研究来自行星、太阳和银河系25千赫兹～13.1兆赫兹范围的射电噪声猝发。该任务采用月球轨道是为了避免受到地球无线电波的干扰，人们最后一次与探测器联系发生在1977年8月。其质量为330千克，主结构为直径92厘米的镁铝蜂窝圆柱体。控制系统包括1个肼燃料速度校正单元、1个冷气姿控系统和1个固态燃料月球进入发动机。

7 “阿波罗”计划

“阿波罗”计划始于1961年5月。1969年7月21日首次实现了人类登月的梦想，航天员阿姆斯特朗和奥尔德林驾驶“阿波罗11号”飞船的登月舱降落在月球赤道附近的静海区，并相继走出舱外，在月球上迈出了人类的第一步，引起全球震动。此后，美国又相继发射了6艘“阿波罗”飞船，其中5次成功登陆月球。“阿波罗”计划使12名航天员先后登上了月球。

1966—1968年，美国进行了6次“阿波罗”飞船不载人的试验飞行，在近地轨道上验证了“阿波罗”飞船的3个舱，尤其是登月舱的动力装置。1968—1969年，美国使用阿波罗7号～9号飞船先后进行了环绕地球、月球飞行等载人飞行试验，验证了飞船的可靠性。1969年5月，美国使用“阿波罗10号”飞船进行了登月全过程的演习，有2名航天员驾驶登月舱降到了距离月面15.2千米的高度。

首次载人登月是由“阿波罗11号”飞船于1969年7月完成的。此后，在1969年11月至1972年12月期间，美国又陆续发射了阿波罗12号～17号飞船，其中，阿波罗15号、16号和17号的登月舱中还各自带有1辆质量约200千克的月球车。

“阿波罗”飞船由指挥舱、服务舱和登月舱组成。其中，指挥舱是航天员生活和工作的地方，也是全飞船的控制中心；服务舱装有主发动机、姿控和电气等系统；登月舱由下降级和上升级组成。

6艘“阿波罗”飞船的航天员在月球上一共停留了约280小时，足迹达100千米，带回岩土样品约385千克。这些成就均大大充实了人类对月球的认知。尤其是航天员在月球上钻取了3米深的月球岩芯，发现土壤多达57层，每层代表一次陨石冲击，还测量了月球内部发出的热流，从而结束了100多年来关于月球是冷还是热的争论……另外，1985年科学家们通过对“阿波罗”飞船带回的月球岩土样品的分析，证实了月球上存在一种非常有价值的核能源氦3，这一发现给月球的研究和探测工作注入了巨大动力。