根据我国探月卫星工程的四大科学目标，在嫦娥1号上搭载了8种24件科学探测仪器。它们通过数据网络连接成一个有机的整体，相互配合，协同工作，对月球进行为期1年的全球性综合探测。其中CCD立体相机用于获取月球表面三维立体图像；激光高度计用于测量月球表面到卫星的高度数据；干涉咸像光谱仪、丫射线谱仪、X射线谱仪分别用于月球表面不同物质14种化学元素的探测；首次用微波探测仪测量月球的微波辐射特征，从而反演月壤的厚度；太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器用于从地球至月球4万到40万千米空间环境的探测。太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器在奔月途中就开始工作，其它仪器在探测器进入月球轨道后再开机探测，11月下旬发回数据。

1．独特的CCD立体相机

CCD立体相机用于拍摄全月面三维影像，在我国首次使用。它采用三线阵原理，即沿卫星飞行方向对同一星下点月表目标以3个不同视角拍摄正下方、前方、后方的3幅二维平面图。图像传回地面后对它们进行处理，从而能重构月表三维立体影像。CCD立体相机在嫦娥1号发射和奔月途中一直处于“睡眠状态”，进入月球轨道后才开机工作。

其亮点是，采用三线阵原理的相机通常用3台来分别指向3个方向，而嫦娥1号上的CCD立体相机只采用一组镜头和一片面阵CCD，仅采集前、中、后3条线的数据来拍摄3幅二维平面图，所以极大地简化了结构。不过，这对卫星的姿态和精确定轨提出了更高的要求。

2．激光高度计

激光高度计用于补充月表高程数据和精化月表数字模型，核心任务是激光测距。它由激光器、望远镜和接收电路3部分组成。首次实现了完全“国产化”，关键部件全部自行研制。它在嫦娥1号的发射轨道阶段、地月转移轨道阶段也都处在“睡眠状态”。当卫星进入环月轨道后，无论白天或黑夜，也不论卫星处于正飞或侧飞状态．激光高度计长期开机工作。

在工作时，激光高度计首先向月面发射一束大功率的窄脉冲激光，并立刻用望远镜把接收月球表面后向散射的激光信号变成电信号；接着，接收电路盒将迅速进行精确计算，通过测量激光往返延迟来计算卫星到月表的距离，用最短时间得出该探测点的月球海拔高度。当激光高度计完成绕月旅行，月球表面每个探测点的海拔高度就一清二楚了。这些数值一旦与CCD立体相机拍摄的平面图像相叠加，就是一幅完整而精确的月球表面三维地形图。只要激光高度计发射的探测点够密，就能获得覆盖整个月球的地形图，包括人类探月活动从未涉及的月球两极区域。

链接：绘制立体月球图。绘制地图是探测一个新的地方必须要做的基础工作  月球的地图国外已经做过很多了，但多为平面的地图，三维的立体图也有一两个，还做得不理想，有很多空白，就像西瓜皮一样有一道道的空白地带还没有做全。月球上高纬度的地方，太阳是斜照的，能量不足，相机照的效果就要差一些，所以做得不是太好。一般来说做到南北纬70⁰以上就难做了。还有南北极地区，那里有些深坑，太阳光永远照射不到，也没有做成地图。嫦娥1号卫星采取与其他国家不同的思路，搭载1台CCD立体相机和1台激光高度计，两者结合起来，就能做成一张比较精细、全面的月球立体地图。接着，接收电路盒将迅速进行精确计算，用最短时间得出该探测点的月球海拔高度。

3．干涉成像光谱仪

干涉成像光谱仪是利用不同物体具有不同的光谱特性来成像的一种相机，可对月球表面进行多光谱遥感，对立体成像的月面数字形貌充填光谱信息，获取月面光波图谱，实现区域性的资源和物质特性的研究。

它由前置镜头、狭缝、干涉仪组件、傅氏镜、柱面镜、CCD探测器、箱体等几个部分组成，其核心是用于产生干涉条纹的干涉仪组件。干涉仪、傅氏镜与柱面镜构成干涉仪系统，在CCD探测器上得到干涉条纹；傅氏镜与柱面镜构成了成像仪，在CCD探测器上得到空间一维线阵图像，通过推扫可以得到另一维空间图像。

干涉成像光谱仪可以对月表辉石、斜长石、钛铁矿、橄榄石4种主要矿物的含量与分布进行探测分析。通过对矿物和元素的分析可以确定月球表面主要岩石――月海玄武岩、高地岩石和克里普岩的分布情况。

4．X/γ射线谱仪

X/γ射线谱仪是根据各种元素受宇宙射线激发产生的X/γ线能谱差异，获得不同元素的分布，探测月球表面元素。

X射线谱仪由X射线谱仪探测器、太阳X射线监测器等组成，其中X射线谱仪探测器观测月球方向发生的X射线事例，太阳X射线监测器观测太阳X射线辐射，用于配合月面X射线探测，获得元素的绝对丰度。月表元素受太阳X射线激发能产生荧光X射线，所以通过探测月表物质发出的有特征的荧光X射线，可对月球表面有开发利用和研究价值的硅、镁、铝、钙、铁和钛等元素的含量与分布进行探测，获得元素的绝对丰度分布，绘制各元素的全月球分布图，获得月面岩石的组成，确定其在月球表面位置、类型和资源分布；发现月表资源富集区，为月球资源的开发利用提供有关的数据；为检验月球形成与演化模型提供重要信息。

X射线谱仪探测器由几台低能半导体探测器和多路高能硅光电二极管半导体探测器构成并指向月面。当太阳X射线照射到月面的不同元素上时会产生X射线荧光，所以X射线谱仪探测器可以探测到这些荧光，并能转化产生成电信号。根据这些能谱，依据定标曲线就可以推算出对应的元素。太阳监测器监测太阳X射线辐射，从而得到入射的太阳X射线能谱，用以配合月表X射线观测。通过对被观测元素进行数据处理，除获得它们在月球表面相应位置、类型、含量和分布外，通过进一步研究这些元素的分布，还可反演出月面岩石组成，为检验月球形成与演化的模型提供重要信息。

5．γ射线谱仪 获取元素数据的最佳手段

γ射线谱仪是获取全月表元素丰度与分布最有效的手段之一，可有效获取：

●月表钾、钍、铀的丰度与分布。这是由于月表这些天然放射性同位素直接释放的γ射线，可以通过γ射线谱仪进行有效的检测，从而确定它们的丰度与分布特征。

●月表氧、硅、镁、铝、钙、铁、钛、钠、锰、铬及稀土元素(镧)的丰度与分布。太阳活动产生的质子和高能银河系宇宙射线与月表物质(化学元素)发生各种核反应产生的放射性核素，在其衰变过程中，释放出特征能量的伽玛射线。通过测定伽玛射线的能谱，可以计算出对应元素的丰度与分布。

因此，通过全月面、射线谱仪的探测，可探测月表主量元素和有用元素――氧、硅、镁、铝、钙、铁、钛、钠、锰、铬、钾、钍、铀及稀土元素(镧)的含量与分布特征，确定克里普岩、月球高地斜长岩、月海玄武岩的类型、分布，评估月球矿产资源(铁、钛等)开发利用前景。

γ射线谱仪的主体由主晶体、反符合晶体、主光电倍增管和反符合光电倍增管以及电路盒组成。来自月球方向的叩射线穿过仪器前端的光电倍增管后进入探测器主晶体，与主晶体作用后会产生荧光。产生的荧光经过多次反射后进人光电倍增管转化为电信号，经放大电路放大后输出。输出信号经过电子学线路和软件的处理，并剔除干扰信号产生的数据，就得到月球表面物质的γ射线信息。根据对相应γ射线的分析，就可以确定射线代表的化学元素。

链接：探寻月宫宝藏。月球上有很多元素对地球的将来可能是非常有用的，所以我们需要告诉人类哪些东西可能对地球有贡献，这些东西到底有多少，哪里比较富集。这件事情只有美国人在2000年做过。它利用1998年发射的“月球勘测者”探测器测得5种元素(铁、钛、铀、钍、钾)在全月球上的分布。而嫦娥11号探月卫星要做14种元素的3全月球分布探测，其中包括美国已经做过的5种元素探测，这样，我们就能更清楚地知道月球上的资源有哪些和这些资源的分布情况。

6．创新的微波探测仪

月球表面由月尘、月壤和岩组成。其中，月尘是由于陨石对月表的不断撞击所形成，厚度很小(20厘米左右)，因此，月表结构可近似看成由月壤和月岩构成。微波探测仪主要用于获取月壤的厚度，即找出月壤和月岩分界面的分布，并能够给出月球背面的亮度温度图和月球两极地面的信息。     

它由4台不同频段的微波天线和微波接收机构成，是利用4个高低频不同的微波频段在月壤；中穿透深度不同的特点，对月壤在特定频段的微波辐射亮度进行测量，从而反演月壤厚度，其中波长较短的高频微波辐射反映的是月球表面的微波辐射信息，波长较长的低频微波辐射反映的是月球次表面的微波辐射信息。这种测量是被动式的。

自然界中的一切物体，只要温度在绝对温度零度(即―273.15⁰C)以上，都以电磁波的形式时刻不停地向外传送热量，这种传送能量的方式就称为辐射。月球上的月壤和月岩等表层及次表层的物质也不例外。辐射是以不同波长的电磁波形式向外发射的，其中波长在1毫米∼100厘米范围内的电磁波叫微波，因此我们可以利用微波探测仪来检测月球表层及次表层物质辐射能量中的微波波段的信息。

微波探测仪通过采用不同频率的微波辐射计，分别接收来自同一区域不同深度的月壤微波辐射信号，比较分析测得的各频段亮温信号之间的差异，能够反演出月表以下的次表层

信息和月壤的厚度信息，确定月壤富集区。卫星在环月飞行正常状态时微波探测仪开机，对应的天线也同时开始工作。其优越性是：由于月球没有大气，所以用微波探测仪可直接接收月表物质的微波辐射；微波波长长，所以具有一定穿透能力，可感应深层月球土壤信息；它不像雷达那样需要先发射微波再接收，因此要求低、无干扰；可全天时、全天候工作。

嫦娥1号卫星上的微波探测仪不仅利用微波信号对月球表面物质的穿透传播特性，从表征月球物质微波辐射的亮温数据中，获取月球月壤的厚度信息，还能获得月球表面的微波辐射特性参数，为研究月球的矿岩分布提供更多信息。另外，它也用于获得月球黑夜的微波遥感信息和月将为我国月球探测二、三期工程创造条件。

至今，美国、欧洲、俄罗斯和日本等从未在探月过程中使用过可以全天候、全天时工作和具有一定穿透能力的微波遥感技术，所以嫦娥1号上微波探测仪是世界上首次在探月卫星上装载的微波遥感装置，以实现对月球表面更为细致深入的探测。

链接：土壤不如岩石那样坚硬，比较松散，便于加工成各种形状的建筑材料，也容易提取其中的各种资源，特另1是月球土壤中重要的资源氦3。因此，估算月球上的土壤厚度，对以后选择在哪个地区建立月球基地十分重要。

7．了解空间环境的高手－太阳高能粒子探测器

太阳高能粒子探测、太阳风离子探测是我国继近地空间环境探测之后迈向行星际探测的第一步，其探测结果能够获得空间环境变化的主要参数，提供相关的日、地、月空间环境信息。

太阳高能粒子探测器前方开孔处为半导体传感器。当高能粒子进入传感器后，由于高能粒子的电离作用，会在半导体中产生电子空穴对。电子空穴对在传感器两端所加的高压电场的作用下被分别收集到传感器的两端，从而在传感器的两端输出一个电荷脉冲形成电信号。此电信号就携带有高能粒子探测器种类及能量的重要信息。

该探测器用于监测卫星轨道空间的高能带电粒子(主要为质子和重离子)成分、能谱、通量和随时间的变化特征，为研究太阳耀斑及太阳宇宙线服务。探测内容为质子、电子、重离子的方向通量以及质子的能谱。通过探测带电粒子的通量，可以得到粒子的空间分布。

8．能预报太阳风

太阳风离子探测器不同于过去的低能离子探测方案，能获得较大的增益和较好的分辨率。其工作过程是，探测器的输出数据经过卫星上的远置单元采集并下传至地面接收设备。接收到数据后，数据处理人员将获得的数据根据卫星所处的位置还原为探测器实际测得的粒子种类及能量信息，从而判断出卫星所处位置所受到得高能粒子辐射得强度及其随时间变化的情况。

该探测器主要由传感器和电子学电路组成。其中传感器部分由准直器、半球形静电分析器、微通道板组成。电子学电路主要由阶梯高压电源、固定高压电源、前置放大器、计算机采集处理系统及电源板组成。

经过准直器的入射离子进入半球形静电分析器。由于分析器内外极板间施加阶梯高压，所以只有能量合适的离子经静电分析器选择后才能到达微通道板上。加固定高压的微通道板对其放大后形成一个电脉冲，该脉冲经前置放大器放大后送到计算机采集处理系统，由此得到一定能量下的离子计数。经过传输处理后可以得到太阳风等离子体中离子和其它低能离子的能谱、速度分布函数，并导出太阳风的体速度、离子温度和数密度等主要参数。（摘编自 中国航天，2007年第11期）