一是获取月球表面三维立体影像，从而划分月球表面的基本地貌和构造单元，初步编制月球地质与构造纲要图，为后续优选软着陆提供参考依据。目前，世界上还没有覆盖整个月面的影像，如果我国获取全月面三维影像，则对于更好地了解月球的地质构造和演化历史有着重要的意义。我国将争取比国外已有的此类图像做得更完整、更精细。
二是分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，即对月球表面有用元素进行探测，初步编制各元素的月面分布图。嫦娥一号主要是探测月球表面有开发利用价值的钛、铁等14种元素的含量和分布。美国已经做了5种有用元素的全球性分布与含量，我国将探测月球表面14种可能有开发利用前景的重要元素的分布特点和规律。
三是探测月壤特性。我国将首次开展月球表面的微波辐射探测，获取月壤厚度的全月分布特征，研究月表年龄及演化，估算月壤中氦3的分布和资源量。目前月球上已知矿物有100多种，其中有5种连地球上也没有。尤其是氦3，它是一种安全高效、清洁无污染的新型核聚变燃料，可改变人类社会的能源结构，但在地球上十分罕见。每100吨的氦3原料足可以解决全世界1年的电力供应，而据估算，月球上的氦3储量有500万吨，可以满足人类1万年以上的供电需求。每1克黄金价值11美元，而每1克氦3是400美元。月球潜在的矿产资源和能源的开发利用前景，已成为各个主要航天国家组织重返月球或月球探测最主要的动力。
四是探测地月空间环境。将记录原始太阳风数据，研究太阳活动对地月空间环境的影响。
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