上世纪六七十年代的阿波罗登月计划，是人类最伟大的探索之一。如今距离阿波罗11号探测任务首次实现载人登月已整整五十周年。50年间，探索月球的脚步从未停下，这其中，中国也发挥着十分重要的作用。
中国探月历程 视频由CCTV技术制作中心 央视数码提供
7月19日凌晨，国际顶级学术期刊《科学》（Science）在线发布了题为 China’s present and future lunar exploration program的文章，论文作者中国科学院国家天文台李春来研究员等面对中国探月工程的现状和未来，着重阐述了已实施四次月球探测任务所取得的成就、规划中四次探测任务的技术和科学目标，以及嫦娥任务之外的长期目标和规划，阐明了中国在坚持关键技术和科学问题自主创新的前提下，开创协同国际社会携手共同探索月球的国际化合作路线的战略决策。本文对该论文的具体内容进行了翻译及深度解译。
论文截图 Li et al., Science 365, 238–239 (2019) 19 July 2019
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从嫦娥一号到嫦娥四号，加上嫦娥五号再入返回试验任务，我国“嫦娥”工程五战五捷，其中今年1月3日发射的嫦娥四号探测器更是成功着陆月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门坑内。如同50年前美国宇航员尼尔·阿姆斯特朗踏上月球，实现了“个人一小步，人类一大步”的伟大壮举，嫦娥四号着陆器和巡视器“玉兔2号”也在月球背面留下了人类首次到访的足迹，开启了人类月球探测的新篇章。
嫦娥四号着陆区及其地理名称三维景观图。2019年2月4日，IAU批准命名嫦娥四号着陆区附近5项地理实体名称，其中嫦娥四号着陆点被命名为'天河基地' 图片由地面应用系统制作提供
嫦娥四号是中国月球探测计划“嫦娥工程”中的一项任务。2003年，中国制定了“绕、落、回”三期月球探测任务，命名为“嫦娥工程”，即2004-2020年期间通过环月探测对月球进行全球性、综合性和整体性的认识；通过着陆器和月球车在月面软着陆，开展“巡天、观地与测月”工作；通过月面软着陆器进行钻孔岩心取样和铲取月壤样品并返回地球，对月球重点区域进行精细勘察。
2019年1月3日，嫦娥四号着陆器着陆在月球背面冯·卡门坑内，图片由“玉兔二号”月球车携带的全景相机拍摄的图像拼接而成 图片来自CLEP&GRAS
各次任务科学目标不断递进，工程技术能力前后衔接。鉴于中国在该领域尚处在起步阶段，这个时期月球探测的总体目标被定位为具备月球探测技术能力，主要以空间技术为主，兼顾月球科学，通过工程实施奠定技术基础，实现科学探测。
经过嫦娥一号、二号、三号和四号任务的成功执行，中国在轨道设计、飞行控制、高精度测控、月面软着陆和巡视探测等众多空间技术上取得了长足的进步和发展，为后续实施技术难度更大、复杂度更高的月球探测任务奠定了坚实的基础。
与此同时，已开展的月球探测任务在科学成果上也取得了丰硕的成果。通过嫦娥一号和嫦娥二号的环月探测，获取了包括7米分辨率的全月球影像数据和地形高程数据在内的极具特色的月球探测数据，开创了“月球微波辐射”的研究先河，发现月球日夜交界面质子的加速现象，发现和证实了月表微磁层的存在及其分布，并实现了世界首次对图塔蒂斯小行星的探测。
嫦娥一号及嫦娥二号部分代表性成果 图片由地面应用系统制作提供
利用嫦娥三号着陆区探测数据，发现一种新类型的月球玄武岩，探测了着陆区浅层结构特性，在月面观测了紫外波段某些恒星的亮度变化和地球等离子体层的变化。
嫦娥三号部分代表性成果 图片由地面应用系统制作提供
嫦娥四号着陆于冯·卡门撞击坑底部的溅射堆积物上，第一次获得了月球背面的就位实测数据，发现了可能来自月幔的月球深部物质，再现了撞击坑次表层的地质结构和撞击溅射物的厚度。此外，月球背面独特的电磁环境是开展低频射电天文观测与研究的绝佳地点，嫦娥四号将可能获得太阳活动产生的0.1-40MHz频率范围的低频射电，以及地外行星磁层等探测的新发现。
（a)嫦娥四号着陆区冯·卡门坑附近影像图；（b）“玉兔二号”月球车巡视路线图；(c，d) 嫦娥四号地形地貌相机拍摄的VNIS在探测点A和S1处进行光谱探测 图片来自Li et al., Nature 569,378-382(2019).
2019年年底，中国将实施嫦娥五号任务，在风暴洋北部，吕姆克穹隆附近的预选着陆区实现采样返回，很有可能获取的火山作用相关岩石或者年轻的月海玄武岩，将对月球地层定年、火山活动及热力学演化等科学问题开展研究。中国月球探测获取的科学成果为人类进一步深化人类对月球重要科学问题的认知做出了贡献，也推进了国际月球与行星科学的发展。
图片由地面应用系统制作提供
月球，作为地球唯一的天然卫星，一直以来都是人类所关注的重点。尽管人类已开展了100多次月球探测任务，21世纪以来欧空局Smart-1，日本Selene，印度Chandrayaan-1，美国LRO、Grail、LADEE，以及中国的嫦娥一号至嫦娥四号先后开展了多次月球探测，并取得了很多新的发现和科学成果，但关于月球的谜团仍是有增无减，作为人类最关注的自然科学基本问题之一的“月球起源与演化”至今依然在吸引着科学家去探寻。
欧阳自远院士：21世纪是人类征服太阳系为地球的可持续发展服务的新时代。跳出地球看地球，比较地球与太阳系各类天体的共性与特征，在更大的时空尺度整体性认识地球，将会更深刻地揭示地球的形成与演化规律 图片由欧阳自远院士提供
2005年，中国探月工程首任首席科学家欧阳自远研究提出了月球科学的14个关键问题：（1）月球大气层的成分及其来源、大气组分的运动规律及其演化过程；（2）月球的电离层；（3）月球地形地貌的类型与成因；（4）地月空间环境与月表环境；（5）月壤的物质来源、分布特征与形成过程；（6）月球的主要岩石类型与分布；（7）月球的水冰之谜；（8）月球的大地构造区划；（9）月球内部圈层结构与形成过程；（10）月球内部物质分布的不均一性；（11）月球全球性内禀偶极磁场的演化；（12）月球内部能源与月球物质的演化；（13）月球演化的重大事件；（14）月球与地月系的起源。
这些科学问题也成为了中国设计月球探测发展战略与规划的蓝图，为中国月球探测的科学目标与载荷配置提供了指向。2018年，美国月球和行星研究所(LPI)月球探索分析组发布《推进月球科学》报告，更新完善了月球探索的11个核心科学概念，以及针对这11个科学概念的研究建议。
2018年美国月球和行星研究所发布《推进月球科学》报告 图片来自网络
在中国探索月球的过程中，还有一个关于1克阿波罗月球岩石的故事。1969年阿波罗11号携带航天员成功登月并返回地球，带回了21.55千克的月球样本。接下来的三年内，NASA又相继实施了阿波罗12~17号载人登月任务，其中除13号失败，其他任务均获得成功，将5批12名宇航员送上月球，总共带回了381.7千克的月球岩石标本。
1978年，当时的美国总统卡特派国家安全事务顾问布热津斯基访问中国，商讨1979年1月1日中美正式建交事项，将一块月球岩石作为礼物送给了中国。这块石头被中办转交到了欧阳自远的手上，要求鉴定是不是月球的岩石。欧阳自远组织全国力量，发挥各自优势，利用国内已有的各类分析测试仪器对其中的0.5克样品进行了全面分析，系统研究了岩石的矿物与化学成分，结构构造，形成环境和演化过程，共发表了14篇有分量的论文，证明是“阿波罗17”采回来的70017-291号岩石样品。当时美国同行评价：中国陨石研究已经达到世界水平。剩余的0.5克月球岩石送给了北京天文馆，向公众展示。
1978年在中科院地球化学研究所实验室内，欧阳自远砸开嵌在有机玻璃内的阿波罗-17岩石样品，嵌在有机玻璃中的月岩看起来有大拇指大，砸开后只有一粒黄豆大小，才重一克 图片由欧阳自远院士提供
1993年，欧阳自远院士带领科研团队分别开展了国家“863计划”——“中国开展月球探测的必要性与可行性研究”“中国开展月球探测的发展战略与长远规划”和“中国首次月球探测的科学目标、技术总要求和实施方案”的论证，研究报告中提出中国的无人月球探测划分为三期实施，即“绕月探测”“落月探测”和“取样返回”。中国科学院、863专家委员会分别组织了各领域相关专家评审，得到了各个专家委员会的赞同和强烈支持。
2000年11月，中国政府发表了《中国的航天》白皮书，明确提出开展以月球探测为主的深空探测研究。2003年，国防科工委预启动了中国首次月球探测工程，任命了栾恩杰院士为中国月球探测工程总指挥、孙家栋院士为总设计师和欧阳自远院士为科学应用首席科学家。2004年，国务院批准绕月探测工程立项，中国正式开展月球探测工程，并正式将工程命名为“嫦娥工程”。由此，中国正式登上了人类探测月球的历史舞台，拉开了开创航天强国的序幕。
继嫦娥工程“绕、落、回”三期任务的启动与实施之后，2015年中国提出了2030年前将开展“勘、建、用”的后续任务规划。“勘”，勘察月球环境和资源；“建”，建立长期基础科研平台；“用”，开采可利用资源技术验证。
总体科学目标将包括：（1）探测水和挥发性组分的全月面分布、含量及来源；（2）探测月球深部物质组成与结构；（3）测定月球南极-艾特肯盆地的年龄；（4）探测月球南极空间物理环境。应用目标包括：（1）月球资源（水、氦等）就位利用试验；（2）月基对地观测与研究；（3）月面生态系统科学试验等等。
目前，基于总体科学目标，初步规划了2030年前在月球南极地区开展嫦娥六号月球样品自动采样返回，嫦娥七号月球极区环境与资源综合勘查、嫦娥八号验证月面“3D打印”房子等关键技术等三次任务，建成具备科学探测、科研试验和资源利用技术验证的综合功能月球机器人科研站，完成月球资源开采和利用、生物再生生命保障等技术验证，从空间技术发展为主逐渐过渡到空间科学和空间应用并重。
为完成这些任务，需要攻克月面高精度定点着陆、阴影坑飞跃探测、适应极区恶劣环境的智能机器人、大承载着陆、智能机器人协同操作、月球科研站指挥中枢综合控制、稀有气体分离提取等月球科研站关键技术，建成月球科研站基本型，具备全月面到达、长时段工作、高智能操作能力。开展有应用前景的资源开发与利用技术验证，提升月球科学与资源应用能力，为未来月球科研站建设与运营，以及载人探月奠定基础。
图片信息来自Li et al., Science 365, 238–239 (2019) 19 July 2019，由地面应用系统制作提供
2030年后，中国后续月球探测将继续朝着机器人探测和载人探测两个方向发展。出于技术跨度、 火箭选型、 经济可承受性、效费比等方面因素考虑，机器人探测将成为后续月球探测任务的首要发展方向，通过深化月球科学探测并验证资源开发与利用、生物再生生命保障等技术，最终实现机器人长期驻留工作、 短期可容纳宇航员造访的月球基地。
在未来条件成熟时，将向载人探测方向的发展, 实现载人登月, 最终实现可容纳人类宇航员长期驻留的月球基地。
中国在坚持关键技术和科学问题自主创新的前提下，一直在协同国际社会携手共同探索月球，国际化合作是中国月球与深空探测发展战略的一个重要趋势。在嫦娥四号任务中，中国向国际社会开放载荷资源并提供搭载平台，通过征集在着陆器、巡视器和中继星上分别搭载了由德国、瑞典和荷兰研制的月表中子与辐射剂量探测仪，中性原子分析仪和低频射电探测仪，并与这些国家在科学载荷研制、科学探测规划、探测数据研究以及成果共享等方面展开了深入合作，共同完成国际首次月球背面软着陆探测任务。
