嫦娥四号探测器（别名：嫦娥四号英文名：Chang'e-4），嫦娥三号探测器的备份星，是由中国航天科技五院研制的开展月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究等任务的探测器。

2015年11月30日，中国国防科工局审议通过嫦娥四号任务实施方案调整报告、研制总要求及后续总体研制计划。2016年1月，嫦娥四号任务获探月工程重大专项领导小组审议通过，正式开始实施。2018年5月21日5时28分，嫦娥四号中继星“鹊桥中继卫星”搭乘长征四号丙运载火箭，在西昌卫星发射中心发射升空。同年12月8日2时23分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，开启了月球探测的新旅程。12月12日16时45分，嫦娥四号探测器经过约110小时奔月飞行，到达月球附近，成功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获，进入了近月点约100公里的环月轨道。2019年1月3日11时40分，嫦娥四号着陆器获取了月背影像图并传回地面。这是人类探测器在月球背面拍摄的第一张图片。1月11日，嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器正常工作，在“鹊桥中继卫星”中继星支持下顺利完成互拍。嫦娥四号探测器系统由着陆器、巡视器和中继星“鹊桥”组成，嫦娥四号着陆器、巡视器在嫦娥三号探测器的基础上，针对月球背面软着陆、中继通信、月夜工作等任务特点，开展了系统设计与优化，新增、更改了部分关键软硬件产品。

嫦娥四号利用嫦娥四号着陆器月表中子与辐射剂量探测仪和中性原子探测仪探测数据，获得月表高能粒子辐射环境谱、月表中性原子能谱结构和反照率。此外，还利用嫦娥四号着陆器平台的低频射电频谱仪，在月球背面首次成功开展低频射电天文观测，获得大量有效观测数据。2020年6月，嫦娥四号任务团队被美国航天基金会授予2020年度航天唯一金奖、获得国际宇航联合会2020“世界航天奖”。同年，被国际月球村协会授予自成立以来的首个优秀探月任务奖。

2007年起，嫦娥四号固体所承担拉杆材料的探索任务，历经预先研究、方案验证、工艺研究等过程。2010年，嫦娥四号月球探测器已进入初样研制阶段。2015年3月12日，中国国防科工局宣布探月工程将加大向社会开放力度，计划将嫦娥四号任务打造成为开放的空间科学研究和空间应用平台，鼓励社会和公众参与，引导和推动万众创新，并进一步深化国际合作，推动资源共享。11月30日，中国国防科工局组织召开探月工程重大专项领导小组第十四次会议，审议通过嫦娥四号任务实施方案调整报告、研制总要求及后续总体研制计划。2016年1月，嫦娥四号任务获探月工程重大专项领导小组审议通过，正式开始实施。2017年，全球航天探索大会中国专场全体会议召开，嫦娥四号任务确定搭载荷兰低射频电探测仪、德国月表中子与辐射剂量探测仪、中性原子探测仪和沙特月球小型光学成像探测仪4台国际合作科学载荷。

2018年3月21日，由国防科工局探月与航天工程中心组织，中国科学院云南天文台和中山大学协办的“嫦娥四号中继星激光测距试验项目出厂评审会”在云南天文台举行。评审委员会讨论并一致同意嫦娥四号中继星激光测距试验项目通过出厂评审。4月24日，嫦娥四号嫦娥四号中继星被命名为“鹊桥中继卫星”。同年，嫦娥四号任务如期转入正样研制阶段。5月21日5时28分，嫦娥四号中继星“鹊桥”搭乘长征四号丙运载火箭，在西昌卫星发射中心发射升空。这是世界首颗运行于地月拉格朗日2点（简称地月L2点）的通信卫星。5月25日21时46分，探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继星成功实施近月制动，进入月球至地月拉格朗日L2点的转移轨道。6月14日11时06分，探月工程嫦娥四号任务“鹊桥”中继星成功实施轨道捕获控制，进入环绕距月球约6.5万公里的地月拉格朗日L2点的Halo使命轨道，成为世界首颗运行在地月L2点Halo轨道的卫星。8月15日，探月工程嫦娥四号任务月球车全球征名活动启动仪式在北京举行，并公布了由中国航天科技集团抓总研制的嫦娥四号着陆器和月球车外观设计构型。

2018年10月25日，中国国防科工局探月与航天工程中心和中科院月球与深空探测总体部联合组织召开嫦娥四号任务科学研讨会。12月8日2时23分，中国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭成功发射嫦娥四号探测器，开启了月球探测的新旅程。12月12日16时45分，嫦娥四号探测器经过约110小时奔月飞行，到达月球附近，成功实施近月制动，顺利完成“太空刹车”，被月球捕获，进入了近月点约100公里的环月轨道。12月30日8时55分，嫦娥四号探测器在环月轨道成功实施变轨控制，顺利进入预定的月球背面着陆准备轨道。

2019年1月3日10时26分，嫦娥四号探测器自主着陆在月球背面南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑内（东经177.5991°，南纬45.4446°），实现人类探测器首次月背软着陆。同日11时40分，嫦娥四号着陆器获取了月背影像图并传回地面。这是人类探测器在月球背面拍摄的第一张图片。接着，嫦娥四号任务月球车命名为“玉兔二号”。随后，嫦娥四号探测器相继完成了中继星链路连接、有效载荷开机、两器分离、巡视器月午休眠及唤醒、两器互拍等任务。1月11日，嫦娥四号着陆器与玉兔二号巡视器正常工作，在“鹊桥中继卫星”中继星支持下顺利完成互拍，地面接收图像清晰完好，中外科学载荷工作正常，探测数据有效下传，搭载科学实验项目顺利开展，达到工程既定目标，标志着嫦娥四号任务圆满成功。至此，中国探月工程取得“五战五捷”。1月14日，嫦娥四号着陆器和玉兔二号都陆续进入了休眠。3月30日18时14分，嫦娥四号探测器正常唤醒，中继前返向链路建立正常，平台工况正常。

2020年11月10日3时12分和11月9日10时17分结束月夜休眠，受光照自主唤醒，迎来第24月昼。11月22日，嫦娥四号着陆器和“玉兔二号”巡视器（也称“月球车”）完成第24月昼工作，进入月夜休眠。随后，嫦娥四号任务“玉兔二号”月球车和着陆器分别于2022年7月5日19时14分和7月6日6时整完成休眠设置，完成第44月昼工作，进入第44月夜休眠。月球车累计在月球背面行驶里程1239。88米。2023年，中国国家博物馆正式将重庆大学嫦娥四号任务生物实验载荷罐样机（简称“生物实验载荷罐”）列入收藏件【国博收藏（总第001193号）】，向公众展示并开放参观。

2024年2月2日，探月工程四期中继星(鹊桥二号卫星)空运抵达海口美兰国际机场，随后通过公路运输方式运送至中国文昌航天发射场。鹊桥中继卫星二号作为一颗中继通信卫星，主要用于转发月面航天器与地球之间的通信。后续按计划进行发射前各项测试准备工作，鹊桥二号还要接力鹊桥号，为在月球背面探测的嫦娥四号和玉兔二号提供中继通信服务。4月6日，鹊桥二号中继星成功与在月球背面开展探测任务的嫦娥四号完成对通测试。后续，鹊桥二号中继星会按计划为嫦娥四号任务提供中继通信服务，并择机开展相应科学探测。

嫦娥四号任务的工程目标，一是研制发射月球中继通信卫星，实现国际首次地月拉格朗日L2点的测控及中继通信；二是研制发射月球着陆器和巡视器，实现国际首次月球背面软着陆和巡视探测。嫦娥四号的科学任务主要是开展月球背面低频射电天文观测与研究；开展月球背面巡视区形貌、矿物组份及月表浅层结构探测与研究；试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。

嫦娥四号探测器系统由着陆器、巡视器和中继星“鹊桥中继卫星”组成，嫦娥四号着陆器、巡视器在嫦娥三号探测器的基础上，针对月球背面软着陆、中继通信、月夜工作等任务特点，开展了系统设计与优化，新增、更改了部分关键软硬件产品。嫦娥四号中继星以中国空间技术研究院CAST100平台为基本平台，进行适应性改造并新研了部分关键产品。着陆器由结构与机构，着陆缓冲，热控，一次电源，总体电路，测控数传，制导、导航与控制(GNC)，推进，数管，定向天线，有效载荷共11个分系统及工程参数测量设备组成；巡视器由移动、结构与机构、GNC、综合电子、电源、热控、测控数传、有效载荷共8个分系统组成；中继星由平台和载荷两部分组成，其中载荷包括中继通信、天线、科学载荷与试验3个分系统；平台由星务管理、GNC、测控、电源、结构与机构、热控6个分系统组成。

运载火箭系统的主要任务是研制长征三号乙运载火箭，在西昌卫星发射中心发射。

长征三号乙运载火箭（代号CZ-3B），简称长三乙火箭。是中国航天科技集团中国运载火箭技术研究院研发的一型三级液体捆绑式运载火箭。长征三号乙运载火箭以长征三号甲（LM-3A）为芯级，捆绑四个液体助推器构成的。其一子级、助推器和二子级使用偏二甲肼和四氧化二氮作为推进剂，三子级则使用效能更高的氢气和液态氧。全箭起飞质量425吨，全长54.838米，一、二子级直径3.35米、助推器直径2.25米，三子级直径3.0米，卫星整流罩最大直径4.0米。主要用于发射地球同步轨道卫星，其运载能力达到5.1吨，是中国用于商业卫星发射服务的主力火箭。该型火箭于1986年开始研发，1996年2月15日首飞失败，经过整改后，终于在1997年8月20日发射成功。2023年长征三号乙运载火箭仍在执行任务，11月9日19时23分，其托举中星6E卫星在西昌卫星发射中心发射升空，随后将卫星送入预定轨道，发射任务取得圆满成功。

由西昌卫星发射中心组织实施，承担嫦娥四号发射任务。

西昌卫星发射中心（英文名：Xichang Satellite Launch Center、简称：XSLC，）别名：中国人民解放军第二十七试验训练基地（中国人民解放军63790部队）、西昌卫星城，始建于1970年，总部位于四川省西昌市航天北路，发射场位于四川省凉山彝族自治州冕宁县泽远乡，为中国的导弹与卫星发射基地之一。西昌卫星发射中心是我国目前对外开放规模最大、设备技术最先进、承揽外星发射任务最多、具备发射多型号、多用途、多射向卫星能力的综合性航天器发射场。

嫦娥四号探测器携带了地形地貌照相机、降落相机、低频射电频谱仪、德国的月表中子及辐射剂量探测器；月球车携带了全景相机、红外成像光谱仪、侧月雷达以及瑞典的中性原子探测仪。

GNC是制导导航与控制的英文简称，相当于月球车的大脑和神经系统。月球车在月面上漫步，解决“在哪里、去哪里、怎么去”这三个问题，都靠这个系统来指挥。

嫦娥四号作为嫦娥三号探测器的备份，因总体任务方案更改，部分单机进行了更改或重新投产，为保证产品在贮存期内的质量与可靠性并实现可靠性增长，需在贮存期间定期开展测试和试验。同时，在产品验收前对这些产品开展补充试验，以验证产品的功能、性能正确性，确保产品的可靠性。根据贮存产品的技术状态，可将产品分为“未做任何修复、改装”“需更换状态相同的部分电路板或部件”和“需更换状态不同的部分电路板或部件”3类，GNC及综合电子分系统涉及到I、Ⅲ类贮存产品。

针对I类无源贮存产品，在贮存期间定期开展接口、机械特性的复测和外观检查，并进行数据一致性比对，对产品的可靠性进行复核。在交付时开展补充试验，进一步确认贮存产品状态。

针对I类有源贮存产品，在贮存期间定期开展接口、机械特性的复测和外观检查，同时开展电性能考核试验，并进行数据一致性比对，对产品的可靠性进行复核。在交付时开展补充试验进一步确认贮存产品状态。

针对Ⅲ类更改产品，通过自下而上逐层开展技术状态更改论证评审和审批控制把关，确保产品技术状态更改论证充分、分析全面、验证有效、更改到位。针对更改后状态的鉴定产品在通过鉴定试验之后，再实施正样产品更改，并在交付时开展补充试验，进一步确认更改产品状态。

针对综合电子单元仅部分单板更改的复杂验证情况，分系统针对产品集成度高的特点，充分利用嫦娥三号探测器鉴定件，与总体沟通协调制定出一整套行之有效的验证试验方案，确保单板更改方案有效实施、验证到位、更改正确。

测控系统的主要任务是运载火箭、探测器在各飞行阶段及探测器在月面工作阶段的测控、轨道测量与确定、月面目标定位以及落月后着陆器和月面巡视器的控制。

嫦娥四号着陆器测控通信系统由S频段测控子系统、X频段测控通信子系统和超高频（UHF）频段器连续可见，提供不间断中继通信弧段覆盖。L2点、月球、地球空间位置关系。嫦娥四号着陆器任务过程包括：发射段、地月转移段、环月段、动力下降段、月面工作段5个部分。在前3个阶段，测控通信系统通过直接对地链路完成测控任务。后两个任务阶段在月球背面执行，需要中继卫星为其提供中继转发服务，配合完成相关探测任务。

月面器间通信子系统3部分组成，。其中，S频段测控子系统与地面测控系统配合完成发射段及地月转移初期的测控功能；X频段测控通信子系统与地面测控系统配合完成地月转移段、环月段测控功能，与中继卫星配合完成中继通信功能；UHF频段月面通信子系统用于提供与巡视器间单向通信链路。

负责嫦娥四号探测器科学探测计划制定、有效载荷运行管理，并通过中继星接收着陆器和巡视器探测数据。

为了在非结构化复杂环境中确保月面巡视探测任务的可靠安全执行，巡视器操作控制系统采用“巡视器－地面系统”功能一体化设计。月面巡视器和地面支持系统间通过前、返向通信链路相互进行信息传递。巡视器具有一定的自主能力，能够完成自主导航行走等动作。巡视器、中继卫星、地面测控网以及地面支持系统共同组成一体化系统，共同协同配合完成月面巡视探测任务。通过借鉴美国“火星探测巡视器”地面控制系统和欧洲航天局“巡视器操作控制中心”系统的设计经验，嫦娥四号巡视器地面支持系统的设计，一方面能够实现对巡视器运行状态的多维可视化监视，另一方面兼顾对巡视器任务环境的数字和物理模型构建，在构建的模型上开展对月面巡视器规划控制策略的数字或物理仿真验证，提高了巡视器在轨运行的控制安全性和可靠性。

地面支持系统采用模块化设计和实现，地面支持系统包括接口与信息管理模块、数字环境构建模块、规划策略数字仿真模块、任务决策及策略规划模块、可视化呈现模块以及物理仿真模块。其中物理仿真模块还需要包括验证器供电及控制模块、月面环境构建平台、巡视器验证器、月面环境测量模组等。

因为月球背面地形崎岖，布满高山和撞击坑，为实现嫦娥四号探测器精准着陆月面，推进系统必须提供精确的控制推力和高精度的变推力输出。为此，推进系统设计采用减压阀高精度调试、飞行产品管路系统地面测试和流阻调节、７５００Ｎ发动机地面热标、飞行参数和地面参数联合仿真等方法，以提供高精度的发动机装订推力。

推进系统７５００Ｎ变推力发动机进行动力下降过程的推力控制，通过精准变推力调节实现探测器精准着陆月面。７５００Ｎ发动机的变推力输出，使用步进电机调节实现。步进电机控制策略在嫦娥三号探测器的基础上进行了优化，提高了变推力控制的精度和可靠性［５－７］。步进电机采用１２８ｍｓ控制周期，每个控制周期电机最多运动１２０步，每步运动时间１ｍｓ。步进电机在１０００Ｈｚ的驱动频率下，其转子在最小启动间隔时间内还处于振荡区，因转子自身惯量产生的动态启动附加转矩影响，步进电机存在因驱动转矩不足而失步的风险。为提高步进电机转动的可靠性，需要提高步进电机的启动输出转矩，可采用提高步进电机供电电压、升频启动控制、更换输出力矩更大电机等方法。综合考虑时间、经费、硬件改动最小等因素，推进系统采用“３－２－１”升频启动设计策略，即步进电机启动频率越低，输出转矩越大。每个控制周期走第１步时电流保持３ｍｓ，走第２步时电流保持２ｍｓ，从第３步起每步时长为１ｍｓ。

为保证推进系统可靠密封，在非变轨期间７５００Ｎ发动机上游的轨道控制管理阀门保持关闭状态。由于在飞行过程中太阳照射角度变化和７５００Ｎ发动机工作后热反侵等影响因素，封闭的轨道控制管路压强会随温度变化而升高或下降。为使压强在允许的安全范围内，要控制轨道控制管路的压强爬升范围。嫦娥三号探测器推进系统采取的技术途径为：在测控弧段内遥控开阀泄压，在非测控弧段通过延时指令开阀泄压。此方法存在飞控工作量大、对测控依赖性强、阀门动作次数多等缺点。为解决上述问题，嫦娥四号探测器推进系统采用“热控管理和自主泄压”的冗余方法。轨道控制管路充填或７５００Ｎ发动机点火工作结束后，打开轨道控制管路管理阀门同时进行轨道控制管路加热，加热到设定温度阈值后调低管路温度阈值并关闭轨道控制管理阀门。此后，轨道控制管路压强自主管理程序使能，轨道控制管路压强超压后自主开阀泄压。

嫦娥四号研制的高精度加速度计组合，采用新型设计方案，为核心部件石英挠性加速度计打造全新的配套电路，大大提高了其可靠性，研制团队还做了大量开创性设计，使产品成本更低、体积更小、重量更轻、功耗更小。

随着落月过程的开始，置于嫦娥四号底部的γ关机敏感器便实时测量嫦娥四号与月球表面的距离。当γ关机敏感器探测到距月球表面数米高度时，便发出关机指令，关闭轨道控制和姿态控制发动机。这个关机指令的发出，是实现“嫦娥落月”的关键动作，这一瞬间，决定着“落月”任务的成败。当轨道控制和姿态控制发动机关闭，就会停止给嫦娥四号提供推力，嫦娥四号就会在月球引力作用下以自由落体的方式下落，最终翩然降落在月球表面。落月之后，嫦娥四号着陆器就要和玉兔二号月球车分离，这样，月球车才能按自主轨道顺利滑向月球表面，进行月球表面巡视工作。分离时，车体连接解锁机构就要开始发挥作用，而航天科工集团研制的连接解锁机构能否在既定时间按时解锁，是此次任务成败的关键环节之一，决定着玉兔二号能不能顺利踏上月球表面。

嫦娥四号采用的连接解锁机构稳定发挥，让玉兔二号与嫦娥四号着陆器精准分离，踏上月球开展科研任务。

利用测月雷达就位探测数据，首次揭示了月球背面着陆区域地下40米深度内的地质分层结构，阐述了其物质组分与演化机制。利用红外成像光谱仪的就位光谱探测数据，成功揭示了月球背面的物质组成，验证了月幔富含橄榄石，加深了人类对月球形成与演化的认识。

利用“玉兔二号”月球车搭载的可见和近红外分光光度计、全景相机及测月雷达等数据，对着陆区光谱、石块分布、浅层结构等进行分析，获得着陆区形貌，物质矿物组成、来源及特性等科学结论。首次通过原位探测直接得到月球深部物质组成，揭示月球背面，特别是南极艾特肯盆地复杂的撞击历史，对月壤的形成与演化模型提供关键证据，为日后南极着陆和巡视探测选址等提供重要参考。

根据嫦娥四号着陆器测月雷达和相机数据以及其他多源数据，研究建立嫦娥四号着陆区地层剖面及多期次溅射物覆盖关系。着陆区溅射物累加厚度约70米，表面为芬森撞击坑溅射物；在巡视区深度40米范围内，存在3种不同地层单元，包括12米范围内的细粒月壤层、12米-24米的砾石层和24米-40米的溅射物沉积和风化产物层。这些结果首次揭开月球背面地下结构的神秘面纱，极大地提高我们对月球撞击和火山活动历史的理解，为月球背面地质演化研究带来新的启示。

利用中性原子探测仪对月表环境能量中性原子的探测数据，得到了能量中性粒子在月球表面通量能谱，证实了能量中性粒子的能量与入射太阳风的速度有很强的相关性。

利用嫦娥四号着陆器月表中子与辐射剂量探测仪和中性原子探测仪探测数据，获得月表高能粒子辐射环境谱、月表中性原子能谱结构和反照率。月表中子辐射剂量率比空间站内部高1-2倍，辐射剂量当量高1倍左右。证实初级银河宇宙射线撞击月球表面，产生反照质子（最早在美国环月轨道器上被发现，此次在月表得到了实地验证）。这些成果为开展太阳风与月表微观相互作用研究提供重要支撑，促进对月表辐射风险的认知，为未来月球航天员所受月表辐射危害估算及辐射防护设计提供重要参考。

利用嫦娥四号着陆器平台的低频射电频谱仪，在月球背面首次成功开展低频射电天文观测，获得大量有效观测数据。初步获取40MHz频率以下的月背着陆区电磁环境本底频谱和低频射电三分量时变波形数据，对于研究太阳低频射电特征和月表低频射电环境具有重要科学意义。

嫦娥四号有可能给人类提供更多关于月球内部的信息，但这取决于它被发射的位置。南极艾肯环盆地是月球远面的重要标志，这个火山坑的地壳很薄，以至于可以看穿地幔。收集这个区域岩石的数据可以帮助科学家们更好地理解组成月球的岩层。（中国科学院探月总体部副主任邹永廖评）

嫦娥四号的基本架构继承了嫦娥三号探测器，但科学载荷会有很大变化，将开展对月球背面的地质探测等。月球正面和背面的电磁环境非常不同，月球背面电磁环境非常干净，是天文学家梦寐以求开展低频射电研究的场所，如果能在月球背面放一个低频射电的频谱仪，将填补国际空白。（中国探月工程地面应用系统总设计师李春来评）

嫦娥四号任务的立项实施是党中央对发展航天事业、建设航天强国作出的重大决策，是落实总书记“推动空间科学、空间技术、空间应用全面发展”指示精神的具体行动，是备受世界瞩目的中国航天重大工程，是航天领域开放合作的示范工程，是月球探测领域承上启下的标志性工程，具有重大政治意义及现实意义。（张克俭评）

嫦娥四号任务在人类历史上首次实现了航天器在月球背面软着陆和巡视勘察，首次实现了月球背面同地球的中继通信，在嫦娥四号35天的任务中，“鹊桥中继卫星”中继星连续提供对地、对月中继通信服务，中国在深空探测领域突破多项关键技术。（央视网评）

2024年2月2日，探月工程四期中继星(鹊桥二号卫星)空运抵达海口美兰国际机场，随后通过公路运输方式运送至中国文昌航天发射场。后续按计划进行发射前各项测试准备工作。中继星将建立对地中继通信链路，实现月面探测器和地面站之间的通信，为嫦娥四号、嫦娥六号、嫦娥七号和嫦娥八号等四次任务提供中继支持。