在20世纪50年代末，拍摄月球背面图像并不是件容易的事情。苏联在发射“月球3号”时，对发射时间和飞行轨道作了精心的安排，当时月球背面正值白天，使得探测器上的光学照相机可以进行拍摄。
苏联的第二代月球探测器要攻克的是月面软着陆技术，这是探月工程中最难解决的技术问题之一。
1963年～1965年，苏联先后进行了12次软着陆尝试，但均以失败告终，其中有5次飞临月球，苏联依次把它们命名为“月球4号”至“月球8号”。这5颗着陆器中的3颗撞毁在月球上，2颗与月球擦肩而过。1965年5月升空的“月球5号”在准备降落的最后阶段，因制动火箭未能启动而功亏一篑，它以极大的速度灾难性地一头撞进月球，扬起的月壤形成了长225千米、宽85千米的尘云。接踵而至的是不幸的“月球6号”，它在奔向月球的途中完成轨道修正后，没有按预定程序关闭修正轨道的发动机，最终与月球失之交臂，进入了日心轨道。重蹈覆辙的“月球7号”起初准确无误地完成了所有步骤，但最后阶段因制动火箭点火过早，推进剂提前消耗殆尽，最终失去制动力撞毁在月球的风暴洋中。两个月后发射的“月球8号”与7号正好相反，制动火箭启动太迟，“月球8号”尚未减低到安全着陆速度就摔在月面上，再一次上演与月球相撞的悲剧。直到1966年，“月球9号”和“月球13号”才双双降落在月球，“月球9号”成为第一个在地球以外天体上实现软着陆的人造物体。
1966年1月31日，“闪电号”运载火箭将“月球9号”送上充满期盼的征程。火箭先把“月球9号”送入200千米左右的地球停泊轨道，然后第三级火箭二次点火，将58吨的“月球9号”推进奔月轨道。途中，“月球9号”要不断进行轨道修正，以保证与月球相会。三天半之后，“月球9号”临近月球，在距离月球大约8300千米时，进行了姿态调整，将制动火箭发动机对准月面，然后启动着陆系统程序。2月3日，“月球9号”在距离月面75千米时“刹车”减速，从2600米/秒的高速逐渐减低下降速度，同时从底部伸出一根用来确定关闭发动机时机的5米长探针，在探针触到月面的瞬间，“月球9号”迅速关闭发动机并抛出位于顶部的卵形着陆舱，最终以6米/秒的速度降落在月球“风暴洋”上。
着陆舱设计得非常巧妙，它带有缓冲装置，被抛出后像一个有弹性的气囊，可在月球表面“蹦蹦跳跳”。当它停稳时，由4瓣组成的外壳会像花儿一样绽开，花瓣本身就是天线，花瓣里面还有4根75厘米的鞭形天线，它们一起向地球发送信息。着陆舱携带的摄像机此时伸出镜头开始拍照，7个小时后地面控制人员收到了首张来自月球表面的黑白全景照片。接下来的三天，全世界的目光都集中在月球上，“月球9号”分7次向地球传回了8小时的信息，直到3天后电池耗尽。它的成功不仅使人类第一次得到了月球表面的全景照片和局部区域的立体照片，还告诉人们：月球表面是硬的，完全不必担心登月航天员会陷进月壤之中。而此前，科学家一直担心月表的浮尘会像地面的沼泽一样，使人陷入灭顶之灾。
“月球9号”向地面传送月面图片时使用的是明码信号，一家英国银行的电台监听了这些信号并将其转换成标准图片。几分钟之后，西方媒体抢先刊登了这些月球表面的照片，苏联人对此十分生气。从那以后，苏联探测器上传回的图片都加上了密码。
1966年底，苏联第二颗软着陆器“月球13号”又踏上征程，它工作了6天，除了拍摄图片外，还携带了一种穿透器，通过测定穿进月壤的速度和深度，分析月壤的力学性质；“月球13号”还测量了月壤密度，并通过测量着陆时与月球碰撞产生的振动波的时间和强度，获得了20厘米～30厘米厚月壤的力学性质。测量的结果表明，着陆点附近的月壤呈粒状性质，并有轻微的黏性，密度约为每立方厘米克。
为了确切了解月球重力场的分布，避免载人登月器偏离着陆点，苏联还发射了环月探测器，对月球重力场分布并不均匀的情况进行了详细探测。人类首颗环绕月球飞行的月球探测器是“月球10号”，它在350千米×1017千米的椭圆轨道上围绕月球飞行了460圈。此后，苏联又发射了月球11号、12号和14号月球探测器，这些月球探测器还测量了月球附近的辐射环境，包括月球表面伽马射线的强度，太阳风离子和电子通量等，它们默默地为载人月球飞行做好了准备。
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奔月初征苏联一路凯歌（3）
“月球10号”是一颗具有特殊使命的环月探测器。通过天体力学计算，“月球10号”进入月球轨道后，正值第23届苏共代表大会的开幕式。此时，月球10号奉命播放《国际歌》，当来自遥远月球的《国际歌》传到党代会现场时，5000名代表站起来狂欢胜利。
苏联的第三代月球探测器非常了不起，它们能够自动在月面上挖土采样，并能返回地球。1970年9月24日，苏联历？多次失败后，首次？回了从月球上自己飞回地球的小小球形返回舱，这是“月球16号”的杰作。返回舱里带回的101克月球岩石颗粒样品，使地球人第一次真真切切地见到了“天外来客”，这为苏联人又一次赢得了“第一”。不过，“月球16号”是第二个自动取样返回探测器，先于它一年发射的“月球15号”，不幸撞毁在月球上。“月球16号”，质量约5800千克，由“质子号”重型火箭发射。它由上下两个部分组成，上面部分称为“上升级”，负责把装有月球样品的返回舱送回地球；下面部分称为“着陆级”，主要由制动发动机、游动发动机和圆柱形推进剂箱、月球样品采集装置、导航与控制系统、温度控制系统、通信系统、化学电池和缓冲着陆架等组成。它于1970年9月12日起程，？过5天的长途跋涉在月球表面软着陆。着陆级先开始工作，它伸出钻臂，露出空芯的钻管，开始采集月球样品。钻臂可以移动以避开过硬的月岩，钻头内的传感器可以测试月岩或月壤的阻力以确定钻头的转速，只用7分钟钻头就钻进35厘米深，采集了101克样品，然后它将含有月壤的钻管送进返回舱，并进行自动密封。随后，根据地面指令上升发动机点火，返回舱踏上返程。3天后，在约距地球48000千米时，返回舱与仪器舱分离；以大约11千米/秒的速度进入地球大气层。由于是弹道式返回，在穿过大气层时它的前缘温度超过了10000℃，过载达50g。距地面千米高度时返回舱的降落伞打开，落地前，它发出信号，帮助地面搜索人员寻找。
“月球16号”发射后，苏联又先后公布了4个月球自动取样返回探测器，但“月球18号”和“月球23号”失败，“月球20号”因遇到坚硬的月岩只取回了克样品，“月球24号”取回了170克样品。
1970年11月17日，当人们的目光关注于“阿波罗”登月航天员时，苏联发射的“月球17号”携带了世界第一辆无人驾驶月球车“月球车…1号”。它昼行夜伏，？受了炽热白天和寒冷夜晚的严峻考验，行走了14千米，测定了500多处月壤表层的物理力学特性，分析了25个地点的月壤化学参数，拍摄了20000多张月面照片和200多张全景照片，取得了巨大的成功。它在月球上平安度过了7230小时，它代表了当时无人月球探测技术的最高成就。“月球车…1号”的外形像个婴儿车，有8个轮子，每个轮子都分别控制，车子可前后运动和转弯。它带有能插入月壤测试物理力学性质的透度计，测定月壤化学参数的X射线分析仪，专门研究月表磁场特性的磁力计，用于测量地…月距离的激光反射镜，测量可见光和紫外线强度的光度计，以及接收宇宙射线和观测太阳的高灵敏仪器，它还携带了多个获取月表图像的摄像设备。它不但能够将一些测试数据及时送回地球，还能进行一些现场分析，并将结果送回地球。
月球车的电源系统设计得非常有创意。在月球车的仪器舱上有一个布满了太阳能电池的大盖子，白天，它敞开着，使太阳能电池接受强烈的太阳辐射，为蓄电池充电；夜晚，温度骤降，盖子闭合，起到保持温度的作用，并依靠放射性同位素燃料放热取暖。月球车用“放射性同位素温差发电器”作为长寿命电源，这种电源不受环境温度的影响，可以长时间放电。1971年2月9日，“月球车…1号”？历了一次月蚀，地球挡住了太阳，三个小时内温度从130℃骤降到…100℃，然后又返回到136℃。
“月球车…1号”走得最远的一天是第五个月球白天，即1971年3月7日至20日，这一天它走了2004米；最险的是在第六个月球日，它陷入了月坑中，控制人员不得不关上太阳能电池板，让它冒险冲出那个倒霉的月坑。当它？来第11个月球之夜时，它的放射性同位素燃料耗尽了，这时它已？自动考察了80000平方米的区域。
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奔月初征苏联一路凯歌（4）
“月球车…1号”之后，“月球车…2号”继往开来，它在月面上生存了5个月球昼夜，行驶了37千米，发回了80000张电视图片和86张全景图片，考察的面积是“月球车…1号”的4倍。苏联？准备在1977年发射更加先进的“月球车…3号”，但最后终止了这项计划。“月球车…3号”被永久地搁置在博物馆里。
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起步维艰的美国探月（1）
与苏联的辉煌相比，美国的起步显得更为艰难。美国探月初期发射的5颗“先驱者”探测器几乎没有一个获得成功，它失败的主要？因是，火箭没有足够的推力使之达到地球的逃逸速度并送到月球轨道，虽然“先驱者”4号勉强成功，但它飞越月球时距月球尚有近6000千米之遥，它的探测仪器基本没有发挥作用。
美国的“徘徊者”系列探测器从1961年到1965年间一共发射了9次，是用“徘徊者”的身躯活生生地砸向月球，利用高速撞击月球“壮烈牺牲”前的瞬间拍摄月球表面，并将拍摄的信息传送回地球，目的是获得月球形貌近距离照片，为在月面硬着陆提供参考数据。但“徘徊者”计划就像它不太吉祥的名字一样，在最初阶段遭受了巨大的挫折，前6次发射它们总在地月间徘徊不前均告失败，直到1964年7月“徘徊者7号”才首次圆满完成了任务，并在撞击月球前向地面发送了4316幅高质量的月球？面。其中，它的最后一幅？面是在距月面仅426米高时拍摄的，揭示了不到1米大小的细节。“徘徊者8号”飞向了静海内一个平坦的区域。它发现那里的地形虽然是坡势平缓的平？，但到处都是月坑。看来，要为“阿波罗”飞船选择又开阔又没有月坑的区域是十分困难的。“徘徊者”7、8、9号后来工作得比较顺利，它们共发回了上万幅照片。
“勘察者”计划是继“徘徊者”之后的一项大胆的月球软着陆计划。但“勘察者”的研制工作遇到了许多技术难题，造成了严重的进度延误。面对计划严重受阻，美国不得不将初步工作指标降低到“勘察者”飞行任务所需的最低水平——把975千克有效载荷送入月球轨道，并使科学有效载荷减少到45千克左右。该系列探测器共发射了7个，其中5个在月球上实现了软着陆，一个在修正航线时发生了滚转而失败，另一个在着陆时神秘失踪。
1966年是月球探测好戏连台的一年。在苏联的“月球9号”率先实现月球软着陆后不到4个月，美国的“勘察者1号”探测器便以第二名的身份于6月2日轻柔地着陆在风暴洋内一块平？地带，随后成功传回了11240幅图片。“勘察者1号”发现了一片点缀着无数个月坑并散布着大大小小、形状各异的岩石的荒？。它没有发现很深的软土层，分析人员据此推断月面的硬度足以支撑探测器和人体。此后的一年半时间里，美国又连续发射了6个“勘察者”探测器，其中4个取得了成功。
在为阿波罗12号飞船寻找着陆地点的时候，美国亚利桑那大学发现了“勘察者3号”的准确降落点，借助月球图片作“向导”，1969年11月“阿波罗12号”降落到离“勘察者3号”仅180米的地方。
1967年9月“勘察者5号”在静海一个月坑的陡峭内坡上着陆。它携带了一台阿尔法后向散射仪，该仪器对月面物质的化学成分进行了相当精确的分析，指出着陆区月表的化学成分类似于地球上的玄武岩。“勘察者5号”和6号在月球软着陆并完成考察任务后，还进行了发动机的瞬间点火，以试验火箭发动机会对月面产生什么影响。发动机点火后，“勘察者”飞到了距最初着陆点几米的新地点，从月面受到的侵蚀量不大这一点可以看出，发动机点火将不会给阿波罗飞船带来严重问题。1968年1月发射的“勘察者7号”是这项计划的最后一个探测器，它成功着陆在第谷月坑正北的一片高地上。
在“勘察者1号”升空后的两个月，美国无人月球探测器家族的第三个成员——“月球轨道器”开始了它的环月飞行旅程。“轨道器”的任务是对阿波罗飞船所有可能的着陆场进行拍照，测量月球周围的流星体通量，并通过对探测器的精确跟踪来确定月球的引力场。轨道器不仅完成了所有这些任务，而且取得了其他成果。“月球轨道器1号”于1966年8月发射，它对阿波罗飞船的9个主候选着陆场和7个次候选着陆场进行了大量拍摄，获得了质量甚佳的中等分辨率照片，此外还获得了一些月球背面的照片以及地球和月球的斜视照片。接下来的两颗“月球轨道器”分别于1966年11月和1967年2月发射，它们拍摄了20个候选着陆场的优质照片，再次拍摄了月球背面和其他具有科研价值的月球特征照片，另外还获得了月球地形的斜视景象。在“月球轨道器3号”所拍摄的阿波罗飞船候选着陆场中，还从无数个月坑之间找到了闪闪发光的“勘察者1号”。由于针对阿波罗计划的几项主要目标在第3次任务结束时就已基本实现，所以“月球轨道器”第4次和第5次飞行主要都用于实现更广泛的科学目标：第4次飞行期间对整个月球正面进行了拍摄，而第5次飞行则拍摄了月球正面36个有特殊科学意义的区域。此外，“轨道器”还拍摄了月球背面99％的区域，而且清晰度比此前利用地面望远镜拍摄的正面照片要好得多。
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起步维艰的美国探月（2）
阿波罗飞船着陆场勘察工作取得了令人意外的结果，似乎月面上没有一处很平坦无月坑的地方，找不到符合阿波罗飞船着陆场最初规定的地点。因此，美国宇航局对登月训练设施进行了改造，以使航天员练习如何避开月坑，在相对平坦的地方降落。
根据“月球轨道器”获得的信息，月球附近没有对航天员安全构成威胁的辐射或流星体。通过对探测器轨道进行详细分析发现，这些轨道有轻微的摄动，表明月球的引力场是不均匀的，由此推断月球内部隐藏着一些质量密集区——“质量瘤”。这提醒阿波罗计划的规划人员在精确计算阿波罗飞船飞行轨迹时，要相应地考虑“质量瘤”引起的轨道摄动。发现和确定这些“质量瘤”，为登月舱高精度地着陆和准确交会提供了可靠性。
“徘徊者”、“勘察者”和“月球轨道器”是值得信赖的先遣队，它们为“阿波罗”飞船的载人飞行打下了良好的基础，美国人从此有了足�