所谓有效载荷，就是执行科学任务的仪器设备。嫦娥一号卫星(以下简称“嫦娥”)上搭载的8个载荷总重量超过130公斤。为了精确拍摄月球的三维立体照片，嫦娥携带了两台特殊的仪器:CCD立体相机和激光高度计。

据吴季介绍，“嫦娥”本身并不大，去掉燃料只有1000多公斤。为了保证卫星的飞行安全，卫星上安装了太阳能电池板、姿态控制等设备，这些设备会占用80%以上的卫星资源，所以只剩下重量100多公斤、功率100瓦以上的卫星资源用于有效载荷。在这样的资源条件下，为了完成尽可能多的科学任务，有效载荷要尽可能小。CCD立体相机和激光高度计两个仪器加起来不到30kg。

针对月球的全球探测，反映其地形地貌，CCD立体相机的分辨率设置为120米，不是特别高，但完全满足科学探测的要求。

设计相机的工程师也是动了脑筋，让这个CCD立体相机前后前后看，扫描一次，同时得到三个图像，等于三个相机的功能。此外，除了前视图像和后视图像可以用于立体照片之外，前视图像还可以获得二维平面图像。

在月球的极地，阳光照射到月球表面的角度很低，有些地方甚至是大面积的黑暗。为了拍摄到世界上很少拍摄到的月球极地的清晰画面，CCD立体相机上已经预留了曝光时间为84毫秒的大光圈，但目前还没有使用，因为从目前的情况来看，20毫秒的光圈足够清晰地拍摄到月球的高纬度。

从目前CCD立体相机的工作状态来看，获得的图像质量好，层次丰富，科学家们比较满意。”吴季说。

但是，单用CCD立体相机拍摄的月球立体地图还是存在一些不足:山的高度有几英尺，谷的深度没有那么精确，而且在黑暗中会留下一片空白。激光高度计该出场了。

激光高度计每10秒钟向月球表面打一次激光束并接收反射光，这样月球上每隔十几公里就可以出现一个光斑，分辨率精确到5米。通过计算激光返回时间和卫星到月球的距离，可以计算出激光光斑所在的月球表面高度。

激光高度计很好用，但是安装不容易。最大的难点是如何对准两个光轴，一个用于发射光束，一个用于接收。如果两个光轴没有对准，激光束将永远不会返回。在安装卫星的过程中，如果螺丝拧紧，光轴的位置会发生变化。因此，激光高度计是所有卫星设备的第一个安装，以防止其他设备的影响，还需要在地球上模拟零重力安装。

看清楚月球的样子后，接下来的逻辑就是知道月球上分布着什么元素，物质的组成是什么。为了查明，我们需要使用干涉成像光谱仪、伽马射线光谱仪和X射线光谱仪。

吴季说，人眼利用可见光通过颜色来区分物体。X射线和伽马射线的波长比可见光的波长短得多，这些射线可以用来区分元素的类型。伽马能谱仪的主要工作原理是观测月球表面的伽马射线，以确定伽马射线是从哪个元素发出的，以及该元素的丰度。为了保证他们获得的数据的准确性和可靠性，这些相关仪器在进入太空之前都是在地球上模拟的。

成像光谱仪更像是一双视力极佳的卫星眼，可以用可见光看到月球上不同颜色的物质。吴季说，虽然月球从地球上看主要是灰色，但颜色种类不多。但是用精密的光学仪器看，颜色深浅会有差别。在专门研究地球化学的科学家看来，这些颜色的细微差异可能代表了地质结构的不同成分。“这也可以为未来登月地点的选择提供参考。”

伽马射线和X射线分光计都有过太空经验，但这一次它们得到了进一步改进。成像光谱仪在太空中很少使用。它的优势在于体积小，与CCD立体相机相比只有20多公斤，突破了卫星资源的约束。

探测月壤特性，获取其厚度信息的方法有很多，比如雷达探测。但是雷达耗电量大，占用大量卫星资源。所以“嫦娥”携带了微波探测仪。虽然使用的能量很小，但可以接收四个频段的微波，满足精密、小尺寸、高效率的要求。

微波技术已经在地球上广泛应用。大气中的水蒸气含量、土壤湿度、海水盐度以及沙漠等干旱地区的面积都可以通过微波探测到。月球是一个非常干燥的星球，没有水，所以微波可以穿透到更深的月球表面下。

吴季说，使用微波探测月壤的建议提出之初就有一些争议。这四个微波频段的四个参数能估算出月壤厚度吗？

“从微波探测器发回的第一组数据来看，比较乐观。由于四个频段的微波数据不同，反映了各个频段的特点，揭示了有关月壤的深度信息。既然有了信息，我们当然可以想办法把它弄出来。现在国内科学家正在努力反映月球土壤的厚度。”吴季说，微波探测月壤厚度是一个创新，没有以前的经验可以借鉴。而且微波探测仪上四个频段的接收设备要一致，否则很可能影响对月壤深度的判断。

任何航天器到达一个新的星球，都需要了解其所在空间的未知环境，以保障自身安全。“嫦娥”上的太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器专门用于获取地球和月球的空间环境信息。

“太阳高能粒子探测器的主要目的是探测太阳爆发时的高能粒子，但现在是太阳活动的低谷年，还没有爆发。这个仪器还没用过，最近数据比较平静。”吴季说，高能粒子探测器也关系到卫星的安全，因为太阳爆发时会“抛出”大量高能粒子，这些高能带电粒子会威胁卫星的安全。

“太阳风”是太阳发出的低能粒子流。被月球这样的恒星遮挡后是如何分布的，是一件很有意思的事情。科学家认为，月球土壤中丰富的氦-3元素主要是由太阳风造成的。经过长时间的积累，吹向月球的太阳风在月球表面的土层中积累了丰富的氦-3。

一年后，‘嫦娥’可以系统地探测月球周围的‘太阳风’。“吴季说，太阳风离子探测器目前有很好的数据，很多外国科学家对它感兴趣，愿意交换他们的星际数据。

“利用有效载荷对月球进行科学探测，不仅可以获得我们期待已久的第一手月球科学数据，还可以为人类空间科学做出贡献。”吴季说，“比如月球土壤的厚度，氦-3评估的结果，到时候会向全世界公布，所有人都可以得到这些资源的信息。”