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  嫦娥一号月球探测器于2007年10月24日在西昌卫星发射中心发射,并且在11月5日进入绕月轨道。这艘太空船一直工作到2009年3月1日,才脱离轨道并且撞击到月球表面。嫦娥1号收集到的资料被用来建立非常精确和高解析的完整立体月面图。  它的姊妹月球探测船嫦娥二号在2010年10月1日发射,在100公里高的绕月轨道上进行研究,为嫦娥三号的软着陆作准备。嫦娥2号类似于嫦娥1号,但做了些改进,包括解析力更好,达到1米的相机。  在2009年,确认了将在2013年发射的登录载具和漫游车的名称是“嫦娥三号”。它将使用可变速的推进器,垂直降落在月球表面上。登陆之后,漫游车将离开嫦娥三号登陆载具,并在月球表面工作三个月。  2011年9月21日,国家国防科技工业局透露,嫦娥三号目前正处于初样研制阶段,正在进行大量试验验证工作,预计2013年前后发射。  2012年1月6日,月球着陆器的悬停避障及缓速下降试验,月球巡视器的综合测试及内、外场试验等各项验证性试验完成。  2013年9月25日,探月与航天工程中心举办月球车全球征名活动,并将于10月25日截止报名,于10月31日结束终审,并于11月上旬按程序报批。  2013年11月26日,中国探月工程副总指挥李本正宣布:「嫦娥三号」月球车被命名为「玉兔」号。  2013年11月30日,“嫦娥三号”任务发射场区指挥部研究决定,“嫦娥三号”将在12月2日1时30分于西昌卫星发射中心实施发射。 2013年12月2日1时30分00.344秒,“嫦娥三号”从西昌卫星发射中心成功发射。  2013年12月6日17时53分,嫦娥三号进行了近月制动,在可变推力发动机点火361秒后,准确进入半径约为100公里的环月近圆轨道。  2013年12月10日21时20分,嫦娥三号发动机成功点火,开始实施变轨控制,由距月面平均高度约100千米的环月轨道,成功进入近月点高度约15千米、远月点高度约100千米的椭圆轨道。  2013年12月14日21时11分18.695秒,嫦娥三号成功实施软着陆,降落相机传回图像。  2013年12月15日4时35分,嫦娥三号着陆器与巡视器(玉兔号)成功分离,登陆月球后玉兔号月球车将开展3个月巡视勘察(后续参见玉兔号月球车)。

  嫦娥三号登陆地点是月球北纬44度的虹湾,是在雨海西北扩展开来的一个玄武岩熔岩平原  在2013年12月14日,嫦娥三号着陆器降临在雨海,在直径6公里的拉普拉斯F环形山以南大约40公里,位于 44.1260°N 19.5014°W,2016年此处被命名为广寒宫。

  嫦娥三号由着陆器和“玉兔号”月球车组成,在月球表面软着陆后,联合开展着陆器的就位探测和月球车的巡视探测。

  嫦娥三号的着陆器会利用它携带的极紫外相机将对地球赤道附近等离子体层进行极紫外成像探测。

  2002年起,上海宇航系统工程研究所已经在一个复制月球表面的专门实验室中,一再重复配置和发展六个轮子的漫游车。这辆长1.5米,宽1米,高1.1米,的漫游车包括酬载,并已在2010年5月完成程序指令集,他将进行及时的视频传输和挖掘与分析土壤样品。这艘漫游车有基本的自动导航设施,装有防止它与其它的物体相撞的传感器。  能源将由太阳能电池板和放射性同位素热电机提供,前者负责提供月球车各种仪器的工作能源和驱动月球车行驶,而后者负责在夜晚期间给月球车的仪器保温。因为月球的白昼、黑夜各持续大约14天,且夜晚温度可低至零下180°C。而月球车上的仪器可承受的最低温约零下40°C。如果在月球的漫漫寒夜中,没有足够能源给仪器保温,全部仪器要冻坏,在下一个白昼来临之时,月球车将无法“醒过来”。  月球车底下装有测月雷达,能探测到月球表面以下100米深度的地方,边走边探测。

  据中国探月工程领导小组高级顾问、中国科学院院士欧阳自远介绍,于2013年左右发射的嫦娥三号探测器有三大亮点。在嫦娥三号配置的多种科学探测仪器中,有三台仪器都将实现国际上首次科学探测。  此外,为应对月夜情况下零下150摄氏度以下的低温,防止仪器设备冻坏,嫦娥三号热控系统中采用钚-238制作的放射性同位素热源(RHU),这是中国航天探测活动中首次应用核能。放射性同位素热源仅仅提供热能而不提供电力。  月球车上有α粒子X射线光谱仪和红外光谱仪,旨在分析月球样品的化学元素组成。  月球车的桅杆上有两个全景相机和两个导航相机,矗立在月球表面以上~,以及安装在月球车下部前部两个危险回避照相机。每一对相机可以被用来捕捉立体图像,,或用三角测量来距离成像。
嫦娥三号是中国探月工程第二阶段的机器人登月探测器,包括着陆器和月球车。于2013年12月2日1时30分由长征三号乙运载火箭从西昌卫星发射中心成功发射,12月6日抵达月球轨道,开展嫦娥三期工程中的第二阶段“落”,12月14日带着中国的第一艘月球车——“玉兔号”成功软着陆于月球雨海西北部(“虹湾着陆区”),成为继1976年的月球24号后首个在月球表面软着陆的探测器。