其科学目标主要有三个：开展月球背面低频射电天文观测与研究；开展月球背面巡视区形貌、矿物组分及月表浅层结构探测与研究；试验性开展月球背面中子辐射剂量、中性原子等月球环境探测研究。

作为“嫦娥三号”的备份，“嫦娥四号”仍由着陆器和巡视器组成，但是因为“嫦娥四号”与“嫦娥三号”的科学目标不同，因此两者所装载的科学载荷有明显变化，更换了部分科学载荷，其中最主要的特点是装载了国际科学载荷。

“嫦娥四号”的着陆方式与工作状态跟“嫦娥三号”也有很大区别，性能上有很大提升，这是因为“嫦娥三号”相当于在华北平原着陆，而“嫦娥四号”则相当于在崇山峻岭的云贵川地区着陆。

月球正面有较为宽阔的平原，虽然也有许多陨石坑，但即使是坑底也相对平整，所以“嫦娥三号”是以弧形轨迹缓慢着陆。

月球背面的地形很复杂，陨石坑更多，大坑套小坑，地势更陡峭，山峰林立，很难找出再大一些、平坦一些的地方供“嫦娥四号”安身。由于“嫦娥四号”要在凹凸不平的地方软着陆，所以需要具有比“嫦娥三号”更准确的着陆精度。为了不撞到峭壁，“嫦娥四号”具备很高的自主导航和避障功能，以便自主寻找地势相对平坦的地区进行着陆，采取近乎垂直的着陆方式。

“嫦娥三号”在长月夜零下180℃的环境中是不能工作的，而“嫦娥四号”将采取新的能源供给方式——同位素温差发电与热电综合利用技术，以保证其度过寒冷漫长的月夜及正常开展探测工作，在国内首次实测月夜期间浅层月壤的温度。

“嫦娥四号”的月球车虽与“嫦娥三号”携带的“玉兔号”月球车外形和重量一样，是全球目前重量最小的月球车，但由于要首次在月球背面软着陆和巡视，因此针对月球背面复杂的地形条件、中继通信新的需求、极大的温差和科学目标的实际需要等因素，对“嫦娥四号”月球车进行了适应性更改和有效载荷配置调整，在运动安全、能源供给、科学探测和测控通信等方面均做了特殊的设计。尤其在线路方面进行了设计改进和试验验证，使它更强大，既不怕极热极冷的“广寒宫”，又能完成更多新任务。

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