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然而，人类在探索月球的道路上，虽然取得了辉煌成就，但探月之路并不是一帆风顺，不论是美国还是苏联，他们在探月、登月的道路上都充满着艰辛。
1967年1月27日，阿波罗14号飞船在飞行中突起大火，3名美国宇航员在飞船内被无情的大火夺去了生命。
1967年4月24日，苏联出于政治目的，为了急于向“五一”献礼，在匆忙之中发射了“联盟一号”飞船。然而，在飞船返回即将回归大地时由于减速用的主降落伞没能打开，回收舱落地后航天员被摔得粉身碎骨。
1969年7月，“阿波罗11号”实现了人类登月之梦，月球上留下了12名美国宇航员的足迹。这些活动显示了科学的力量，推动了航天技术的发展，促进了人类对月球的认识。
“阿波罗11号”登月道路也并非平坦，可以说是险象环生。从发射到返回竟有6次惊心动魄的险情。第一个险情发生在飞船起飞前4小时，当时发射场已经进入倒计时发射程序，而矗立在发射台上运送“阿波罗11号”飞船的“土星5型”火箭却出现了燃料泄漏，宇航员对此毫不知晓，所幸泄漏问题得到了解决，火箭终于点火起飞了。第二个险情发生在火箭升空后的48小时，这时的飞船已经安全飞行了20万英里。然而却出现了一个意外现象，宇航员在飞船内看到外面有一个不明飞行物尾随着飞船时隐时现，并且还发现舱内似乎也有神秘的闪光。在没有空气的太空中，飞船出现任何泄漏都会发生灾难。当地面控制中心了解了这一情况后告知，这种现象应该是高速重粒子，幸运的“阿波罗11号”没有被重粒子的轰击所破坏。第三个险情发生在飞船进入环月轨道，飞船即将着陆月球的时刻，飞船上的计算机突然出现乱码，接着死机而停止显示。紧急检查后认为是着陆传感器获取的信息超过了飞船计算机的内存，超量信息阻塞了计算机所致。这一问题得以解决，飞船才开始降落。然而，第四个险情又悄悄降临。这时显示器上出现发动机燃料严重不足的指示，表明登月舱的燃料只能支持30秒，如果按照往返数量计算，宇航员必须在15秒内登月。而正常情况宇航员完成降落至少需要10分钟，所以宇航员决定立即紧急降落，登月舱得到了安全着陆。第五个险情发生在宇航员准备历史性月球漫步的那一刻，登月舱的舱门竟然无法打开，原来是由于内外压差所置，当宇航员平衡了压力才把舱门打开。然而第六个险情却差点把宇航员留在月球而永远回不到地球。宇航员完成了2小时的月球行走后，偶然在月球的尘埃中发现了一个类似登月舱内电路开关的断裂头。经查，是臃肿的宇航服在狭小的登月舱内刮断了启动发动机的一个重要的电路开关。如果没有这个开关，宇航员将有可能会永远留在月球上。聪明的宇航员使用一支笔头没有金属的圆珠笔接好了电路，成功地使发动机点了火，登月舱具有历史意义地离开了月球回返地球。
７月22日下午１时56分，阿姆斯特朗奉命指挥“阿波罗11号”飞船指令舱离开月球轨道，踏上返回地球的旅途。7月25日凌晨1时50分，“阿波罗11号”飞船指挥舱载着三名航天英雄平安溅落在太平洋中部海面，人类首次登月宣告圆满结束。尼克松总统在白宫举行盛宴欢迎他们凯旋归来，他们所到之处充满了鲜花、鼓声……
美国1969年7月，“阿波罗11号”飞船实现了人类登月之梦，这是迄今为止人类在月球探测中取得的最辉煌的成就。
1976年以后，苏联停止了月球探测计划。接着，美国也停止了探月计划。至此，两个超级大国历时十多年的探月竞赛以美国领先而告结束。又过了近二十年，随着冷战年代的结束，学者们逐步披露出一些探月竞赛鲜为人知的秘闻。
1989年11月，美国麻省理工学院和加州理工学院的六位教授访苏联时，在莫斯科航空学院，亲眼看到了当年匆忙研制出来的登月舱，看到了用于把两名航天员从月球送回地球的飞船。莫斯科航空学院的主人在沉默近二十年后，坦率地向客人说：“这些是为了抢在阿波罗登月之前而研制的，苏联原计划于1968年12月实现载人绕月飞行，但1968年12月初，‘阿波罗8号’抢先实现了绕月飞行，苏联终止了这次绕月活动。1969年7月21日，美国‘阿波罗11号’又率先登月成功。这时，苏联火箭不幸连续发生事故，便确定停止探月活动，出于政治上的原因，这段秘史被一直保密隐藏。”
然而，近十几年来，随着航天科技的飞速发展和人类对月球认识的逐渐深入，人们意识到月球上蕴涵的丰富资源将会对人类的未来发展起到重要作用，在20世纪末，月球探测经过30年的平静之后又一次升温，进入新一轮的热潮。
1986年，美国提出要重返月球、建立月球基地的设想，并在1994年和1998年分别发射了两个探测器。1998年1月发射的以绘制月球表面地形图、分析月球地质结构和寻找月球存在冰或水证据等为目的“月球勘探者”号探测器，于1999年7月完成使命。2004年1月14日，美国总统布什在关于美国载人太空探索政策的演讲中，提出了美国重返月球计划。2006年4月又提出一项撞击月球南极的计划，希望能成功找到月球存在水的证据，以利未来宇航员登陆月球并建立长期基地。计划于2008年10月发射“月球环形山观测与感知卫星”来撞击月球。
对欧洲来说，继2006年9月3日第一个月球探测器“智能一号”圆满完成撞击月球使命后，欧洲还计划未来让宇航员登陆月球并分阶段建立月球基地。欧洲还制定了进行月球和火星探测的“曙光女神”计划，印度也公布了“月球初航”探测计划。
目前，俄罗斯、印度和日本等国也在按照自己所制定的探月方案进行紧锣密鼓的准备。
这新的一轮探月热潮必将会掀起了一场国际间的竞争与合作，没有科学技术实力，就没有资格参加真正意义的航天国际合作。我国开展月球探测，可为未来开发月球资源奠定必要的物质技术基础，一旦时机成熟，我国就能直接或间接地参与国际月球资源开发活动，与世界航天同步推进，赶上或超过世界先进水平。
“嫦娥一号”等待发射
孙家栋、栾恩杰和欧阳自远作为探月工程“三巨头”，他们深知自己在工程中所扮演的角色。正如2006年他们在中央电视台演播室与广大电视观众见面时，电视主持人向观众作的形象介绍：“今天我来介绍一下现在请到演播室的三位嘉宾，他们是中国探月工程最具核心的三位负责人。左边的这位是绕月探测工程总指挥栾恩杰，中间这位是绕月探测工程总设计师孙家栋院士，右边这位是绕月探测工程应用科学首席科学家欧阳自远院士。他们三位所承担的工作，形象地说就是，总指挥管的是绕月工程要做什么？总设计师管的是怎么做？而欧阳院士管的是为什么要做。”
他们非常关注航天事业未来发展的前瞻战略，在航天技术对现代科学带动作用下，使探月工程以期实现工程目标与科学目标并重的国家战略。他们按照自己肩上所承担的责任，只要有时间他们就会在一起畅谈，在一起探讨，在一起互相启发。他们的畅谈往往能够撞击出意想不到的火花。很多时候他们也深入研究议论国外登月的情况，他们要把眼光瞄向当今的发展水平，虽然起步晚，但确立的科学目标不能低，中国首次月球探测的成果起码相当于本世纪初美国所得到结果的进一步拓展。
作为科学技术的发展，航天队伍按照国家确立的目标稳步前进，但是对我国亿万百姓来说，为什么要探索月球？人类登月目的与意义是什么？花那么多钱到月球可以获得什么？研究月球对于地球上的人类究竟有什么关系？诸如此类的问题必然会引起他们的好奇和关注。不仅如此，在中国教育界、科学界也都对探索月球表示出了极大的热情和兴趣。
孙家栋和栾恩杰、欧阳自远认为，利用这个机会展开一些必要的宣传不仅能够起到全民科学普及、增强人们对航天爱好的效果，而且可以以探月为契机，获得全国人民的支持，从而推动航天产业的发展。他们做了专题研究后，发布了下列七条言简意赅的解释：
首先，出于维护我国月球权益的需要。尽管1984年联合国通过的《指导各国在月球和其他天体上活动的协定》（简称《月球条约》）中规定，月球及其自然资源是人类共同财产，任何国家、团体和个人不得据为己有。但是，当前，主要航天国家和组织正加紧实施月球探测计划。作为联合国外空委员会的成员国，我国开展月球探测，并取得一定成果，才具有履行《月球条约》和分享开发月球权益的实力，维护我国的合法权益。
第二，月球是人类研究宇宙和地球本身的最佳平台。科学家认为，通过利用月面上没有人为改造和破坏的某些本来面目研究月球，了解月球的成因、演变和构造等诸方面的信息，有助于了解地球的远古状态、太阳系乃至整个宇宙的起源和演变，有助于搞清空间现象和地球自然现象之间的关系，可以极大地丰富人们对地球、太阳系以至整个宇宙起源和演变及其特性的认识，从中寻求有关地球上生命起源和进化的线索。
第三，月球是促进科技的进步和发展的重要载体。开发月球是空前艰巨的事业，需要解决一系列难题，这必然会带动诸如大推力火箭、巨型航天器、高速飞行、人工智能、计算机、机器人、加工自动化、精密仪器、遥感作业、通信、材料、建筑、能源等工程技术以及空间生物、空间物理、空间天文等科学技术的突飞猛进。
第四，为开发利用月球资源做准备。据探测，月岩中含有地壳中的全部物质元素，约有60种矿藏。在月球岩土中，具有丰富的氧、铁、镁、钙、硅、钛、钠、钾、锰等物质，初步估计共含有8万亿吨铁。此外，月球上有丰富的能源，尤其是月球上的氦3是地球上所没有的核聚变反应的高效燃料，据估计，在月壤中氦3的资源总量可以达到100万～500万吨，能够支持地球7000年的电量需要。
第五，促进深空探测。月球表面的引力只有地球表面的六分之一，因此，航天器从月球上起飞，可大大节省能源。月岩土壤中氧占40％，可以就地生产推进剂和作为受控生态环境和生命保障系统的氧气来源。硅占20％，可以为航天器制作太阳电池阵，其他金属可以为航天器制作各种部件设备。还可以用月球作中转站，为过往的航天器进行检修和补充燃料。
第六，进行天文观测和研究的平台。月球表面的地质构造极其稳定，月球直接承受太阳的辐射，没有大气层对光线和电波的吸收、散射和折射等干扰，没有尘埃污染，没有磁场，月球的背面没有人造光源和射电的干扰，地震很微小。同时，月球有漫长的黑夜，黑夜温度极低。这种环境为建造高精度天文观测台提供了理想的场所。
第七，推动经济发展。开发月球，可以产生难以估量的经济效益，而且其他技术的二次开发应用，势必促进工业的发展与提升。如美国研制和发射“阿波罗”号载人飞船时，就产生了3000多项专利，带动了高新技术产业的发展，在“阿波罗计划”中，每投入1美元，就会带来5美元的效益。
当然，月球上相当多的状态还属于理论推算或试验预测，真正定性、定量分析尚需要进行实际的科学考查才能得出准确答案，这也是中国开展这项工作的出发点。
月球探测工程是我国航天领域重要的标志性工程，对于凝聚全国人民的精神，推动国民经济的发展，促进科学技术事业的进步，增强我国的综合国力都具有重大的现实意义和深远的历史意义，工程的实施将为我国空间科学和航天技术发展建立新的里程碑，在我国继实现应用卫星、载人航天飞行之后，填补我国在深空探测方面的空白。在空间科学方面，将首次对地球以外的星体和空间环境进行近距离和接触式探测，使我国对于空间科学的认识大大深化。在航天技术方面，将逐步实现多项重大突破，必将为我国在相关研究领域培养出一大批高素质、高水平的人才。
在实施月球探测工程的同时，将带动和促进我国基础科学和高科技的发展，将会促进宇宙学、比较行星学、月球科学、地球与行星科学、太阳系演化学、空间天文学、空间物理学、空间材料科学、空间天气与空间环境科学等的创新和发展，这些学科的进展又将带动更多的基础学科交叉、渗透与共同发展。工程是一项多学科高技术集成的系统工程，实施这样的战略工程将推进航天工程系统集成、深空测控通信、新型运载火箭和航天发射等航天技术跨越式发展，带动信息技术、新能源技术、新材料技术、微机电技术、遥感科学等高新技术的发展。通过实施月球探测工程，对我国航天领域开展国际合作将是一个推动，在世界掀起新一轮月球探测高潮之际，为我国在探月的跨国界合作与交流领域开展国际合作提供了广阔的空间，将会促进多层次、多渠道国际合作的步伐。
各国的探测计划虽然有早有晚，但所装置的仪器却根据自己的情况各有千秋。如欧洲的探月计划侧重于验证航天技术和星上搭载仪器，日本则专注于研究月球内部构造的演化和形成，我国的“嫦娥工程”则重点研究月球资源分布，印度的探测任务与我国相近，但任务范围则相对较小。由于探测任务的侧重点不同，中国探测器与欧洲航天局和日本的探测器所配备的科学仪器也有很大的不同。
孙家栋组织相关人员认真分析了国外探月活动的经验教训，使他所领导的专家和技术队伍胸中更加有底，更加信心十足，虽然地月之间距离遥远以及迄今尚未进行过月球探测活动等因素，但中国的月球探测工程将更多地采用目前世界上最成熟的技术。虽然许多技术问题还需要进一步试验和攻关，但经过专家们的多方论证的结果是：中国的探月工程不论是总体还是各系统、各分系统、子系统都已不存在“颠覆性”的技术问题。
根据国家统计局发布的关于2005年GDP初步核实数据的公告，中国2005年GDP现价总量为18万亿元人民币，国家经济实力的增强促进了航天的发展，首期绕月探测的总经费大约为14亿元人民币，据推算，相当于在北京修建约两公里地铁所需的费用，所以，开展探月工程需要的资金既不是天文数字，也不会拖国家建设的后腿。
孙家栋认为：中国目前已具备拓展航天活动领域的基本条件和需求，开展以月球探测为起点的深空探测是必然选择。过去我们的航天活动都是围绕地球做文章，现在月球探测则拉开了中国深空探测的帷幕。国家决定上马月球探测工程，我们将充分利用成熟技术，大胆采用我们已经具备的当代高新技术，尽可能用最少的投资，在最快的时间里，“快、好、省”地获得月球探测第一手资料，将为后续更加深入的探测积累经验、创造条件。随着月球探测各期工程的分步实施，中国将逐步突破绕月探测关键技术、月球软着陆及自动巡视勘察技术、月球自动采样及地月往返技术，研制和发射月球探测卫星、月球软着陆器和月球车、月球采样返回器，建立并逐步健全月球探测航天工程系统，为未来的深空探测活动奠定技术基础。国家批准工程立项后，探月卫星在远地轨道的控制、紫外遥感月球、接近月球时的减速“刹车”等月球探测关键技术难题，也一定会逐项得到解决。
随着时间的飞快推进，探月工程在稳步进行，在孙家栋的领导之下，总体技术的难关逐项得到了攻克，每一步艰辛后面都显现出了可喜的成果。国防科工委适时召开工作会议，总结、检查、部署工作。
2005年1月，国防科工委在北京召开了绕月探测工程第二次工作会议，绕月探测工程五大系统二百余名代表参加了会议。会议要求全体人员，应以高度的政治责任感、使命感抓好这一具有战略意义的工程，在工程实施过程中，每一个承担研制的单位都应以大局为重，树立大局意识，加强工程组织领导，完善系统工程管理。实施月球探测工程是中国向深空探测迈出的第一步，应充分认识到工程的艰巨性、复杂性，下大力气做好技术攻关。在研制过程中，以质量和可靠性作为中心环节，以质量促进度、保成功。航天探测是高技术、高效益，同时也是高投入、高风险的科学活动，积极开展国际合作，是快速提升技术水平、节约投入、分散风险、培养人才的捷径，因此要实施请进来、走出去的战略，推进航天领域的国际交流与合作。最后应通过探月工程的实施培养一批勇于�