嫦娥三号探测器由运载火箭发射升空后，经发射段、地月转移段、环月段和动力下降段等过程，飞行大约１４天的时间，将以软着陆的方式降落在月球虹湾地区；之后，着陆器释放巡视器；两器分离后，各自独立开展月面探测工作。
与以往航天器相比，嫦娥三号最大的特点就是首次在地球以外天体执行软着陆及月面巡视勘察任务，创造了中国航天史上的又一第一。
嫦娥三号在飞行任务期间，将重点实现三大工程目标。一是突破月球软着陆、月面巡视勘察等关键技术，提升航天技术水平；二是研制月球软着陆探测器和巡视探测器，建立地面深空站，具备月球软着陆探测的基本能力；三是建立月球探测航天工程基本体系。
此外，嫦娥三号还将开展月表形貌和地质构造调查、月表物质成分及其可利用资源的调查、日－地－月空间环境探测与月基天文观测等科学探测，对中国后续探月工作发挥重要作用，将有效促进深空探测领域的发展。
探月工程二期是我国探月工程“绕、落、回”三步走中的第二步，是承前启后的关键一步，包括嫦娥二号、嫦娥三号和嫦娥四号任务。其中，先导星嫦娥二号在完成环月探测后，先后成功实施日地拉格朗日Ｌ２点环绕探测、图塔蒂斯小行星飞越探测等一系列创新性任务，目前仍在继续向更远深空飞行，距地球已超过５０００万公里。
中国探月三期工程“回”的任务将由嫦娥五号完成，届时嫦娥五号将实现月球采样后自动返回，为了完成该任务，“嫦娥五号”将携带“四件套”，分别是月球着陆探测器、月面巡视器、月面上升器和轨道返回器。
“嫦娥三号”探测器和“长征三号乙”运载火箭由中国航天科技集团公司抓总负责研制。与发射“嫦娥二号”卫星火箭相比，此次发射的火箭进行了多项技术状态更改，突破了多项关键技术，进一步提高了可靠性和安全性。此次任务是长征系列运载火箭的第１８６次发射。
嫦娥三号将降落月球虹湾
虹湾”是一块类似平原的地方，南北约１００公里、东西约３００公里。根据嫦娥二号卫星在离月球表面１５公里远的地方拍摄的虹湾地貌图，该地区的北面和西面被山包围，东南面较开阔。总体上看，虹湾区域表面较平坦，由玄武岩质的月壤覆盖，分布有不同大小的环形坑和石块，其中最大的环形坑直径约２０００米，深约４００多米，由于是高精度成像，甚至能看到月面上直径四五米的坑和直径３米的石头。
“嫦娥三号”的着陆器上将携带一台近紫外月基天文望远镜和一台极紫外望远镜，前者用来在月球上看天文，因为月球上没有大气且能长时间观测，这是世界上第一次用月基天文望远镜观测；后者用于观测地球等离子体层的密度、结构等变化，这是反映地球空间环境变化的指标，这在世界上也是第一次。
着陆器月球车会“冬眠”
因没有大气层，月球表面昼夜温差非常大，夜晚的温度在零下１５０℃到零下１８０℃，因此嫦娥三号安然度过漫漫长夜是任务过程中的最大挑战。
因夜间气温低，为避免损坏，着陆器和月球车都将“冬眠”，但仪器箱内部要用核电池将温度升至零下４０℃，这是仪器能耐受的最低温度。因为月球上的一昼夜长达２７.３２天，即四周的时间，因此着陆器和月球车将冬眠两周左右，等天亮后才会继续工作。
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