因为嫦娥一号和嫦娥二号所取得的优异成就，已经积累了丰富的经验，嫦娥三号面临的第一个最大难题就是该如何稳稳当当地在月球表面实现软着陆。
为实现在月球的软着陆，必须使探测器与月面的相对速度降为几米每秒的量级，然后再通过着陆缓冲装置吸收着陆冲击，以确保着陆后各类仪器设备不被摔坏，顺利完成后续的探测任务。
可见，软着陆是踏上另一个星球进行实地科学探测的第一步，是所有探测活动中最为重要的环节。软着陆方式分为降落伞式，缓冲气垫式和火箭反推式三类。在月球表面降落从某种程度上说比在火星降落要难得多。我们最常见的方式就是降落伞，但月球上没有大气，是真空状态，所以降落伞是不能用的。气垫也没办法使用，因为在真空状态下，气垫会极度地膨胀，唯一的选择就是整个降落的过程完全用着陆器底下的发动机往反方向在底下往上推，减少着陆器的下降速度。
而这种软着陆方式对于发动机控制技术、月球着陆器的姿态控制技术都提出了很高的要求。
嫦娥三号在月表着陆主要分为探测器接近月面、软着陆发动机点火、着陆撞击直至稳定三个阶段。
嫦娥三号携带的月球车（模型）
在嫦娥三号的着陆器下方有一些发动机，可以产生向上的推力，减低它的下降速度。当它距月面100米高时，就要悬停。但这个时候，地球上的测控人员看不到现场情况，因此要交给嫦娥三号自己去判断。嫦娥三号的着陆器确实有很好的智能，能够在距离月面100米高度平移，着陆器底部的照相机及时反馈月面的地形地貌，当看到底下是特别特别平缓的地方，她决定在这个地方下降，这一切完全由着陆器自己控制。
到此，软着陆就进行到了第二个阶段。在着陆点的上方，着陆器从100米高处自由落体下降。控制人员就在它下降的过程当中进行发动机反推的工作，反推力需要多大当然早已经算好了，包括用多大的能量，发动机点火多少时间，慢慢慢慢让它降下来。最后到达距月面4米高的地方，也就是比一层楼高一点的地方，把所有的发动机关掉。如果继续开动的话，月面上的尘埃、灰尘都会被它吹扬起来，不仅影响以后的工作，也影响工程安全。所以到了4米高的时候，就让它的速度达到零，悬停在空间。然后把上推的发动机关掉，让着陆器自由落体下降。因为月球上的重力加速度只有地球的六分之一，即便在4米高的地方自由落体下降，依然能确保着陆器上所携带的仪器设备以及月球车能够完整、完好、安全地降落在月球表面。
软着陆的问题解决后，另一个问题自然就是在哪里着陆。在不同的着陆点，将获得不同的探测结果。人类过去的探月过程中，仅在月球正面的17个点着陆，从9个点取样返回，大约控制了月球的5.4%—8.8%的面积；月面巡视探测器在月球正面巡视勘察有7个点，其中5处为“阿波罗号”载人登月区，2处为“月球号”着陆区，勘察距离最长仅37千米。
从着陆区域看，以往的着陆点主要集中在月球赤道附近，主要原因可能有：黄道面与月球赤道面夹角只有5°，赤道地区光照条件好；大量有用元素如钛、铁、氧主要集中在月球正面的赤道附近；赤道附近地形条件较适宜着陆。近年美国和欧洲的探月计划都开始把着陆地点聚焦于月球南极。主要原因是通过美国“克莱门汀号”月球卫星的探测和“月球勘测轨道器”对月球南极撞击坑内永久阴影区的探测，发现月球南极撞击坑内的永久阴影区有水冰的存在。
尽管月面上有大量的地区等待人类去探测，但航天技术水平的限制使我们不能随心所欲地到达想去的地方。因此必须在科学家的需要和工程实现的可行性中寻找结合点。从科学探测的角度，选择的着陆点有以下特点：
为满足月球地质研究的需要，着陆区应选择在地质现象丰富的地区，如月海和高地的接触带、大型山脉、典型撞击坑构造区域等。
为满足月球资源利用和研究的需要，着陆区应选择在成熟月壤区和矿产资源丰富地区。
而从工程实施的可行性与可靠度角度，则应考虑：
通信条件。由于月球自转与公转周期相等，因此总是一面朝向地球，有一面永远背向地球。着陆区如选择在月球正面，可以保证探测器与地球的可靠通信；如选择在月球背面，则必须考虑用中继卫星来实现探测器与地球间的通信。(www.zuozong.com)
地形地貌条件。从着陆的难度和安全性考虑，着陆区应选择在开阔而平坦的地区，以降低软着陆的风险和月面巡视的难度。同时着陆点附近不应有高山，以免山体对太阳光或通信链路造成大的遮挡。
光照和热环境。为保证着陆后的探测器可以正常工作，需要有足够的太阳辐射作为能源，同时需要适宜的温度环境条件。例如在月球的赤道，光照条件较好，白天温度可达120℃以上；在接近极区，白天温度却只有零下50℃左右，但通过选择着陆点，却有可能获得永久的光照。因此，需综合权衡光照、热环境，结合探测器自身的能力来选择着陆区域。
同时还要考虑轨道的可达性，测控弧段的保证，嫦娥三号着陆区尽可能选择美国和苏联没有到达过的着陆地区等因素，综合优选着陆区。
嫦娥三号的着陆区最开始有诸多备选：虹湾、酒海、湿海、开普勒和阿里斯基撞击坑。但最终根据上述选择标准的综合考量，定下了虹湾作为嫦娥三号的落脚点。
虹湾的名称源于拉丁语，意为“彩虹之湾”。虹湾地区在月球北纬43°左右，西经31°左右；南北约100千米，东西约300千米。
虹湾三维景观图
位于雨海西北部的虹湾是月球其中一个最美丽的地标，它其实是一个直径达260千米的巨型陨石坑壁，坑壁的东南部则淹没在熔岩下。
雨海撞击盆地形成后，挖掘出一个巨大的撞击盆地，诱发出深部的岩浆溢出，覆盖了虹湾撞击坑的大部分区域，却余下一个壮丽的弯形坑壁。
细心观察虹湾的两端，便可发现坑壁不是渐渐斜落到雨海中，所以一定有原因使整个撞击坑的东南部突然向下沉降，被后来的熔岩流填平了。一个可能是这个巨型撞击坑的表面有条断层，当雨海的熔岩流上涌时，重重的熔岩压在断层上，令撞击坑的东南部向下塌，淹没在熔岩下，形成现在的地形。
在确定此区域后，虹湾更是成了嫦娥二号重点拍摄的地区，拍摄精度达到分辨率1米，早已为嫦娥三号的顺利着陆做好了准备。
但如果仔细看嫦娥二号拍摄回来的虹湾影像图，就可以看到，该地区并不像人们想象中的那样平坦，地形坑坑洼洼，遍布几米甚至几十米直径的环形坑，同时还有许多分布在环形坑底部、坑壁及坑缘地区的约米级的零散石块。
但与月表其他地方相比，虹湾地区还算相对平坦。可是，月球着陆器对地面平整度的要求非常高，在虹湾地区着陆并非没有风险，需凭借高分辨率的数据，开展进一步分析验证，才能做出最终选择。验证过程中，研究人员要对该处地形的平整程度、撞击坑情况、地质背景、石块大小及分布情况进行分析研究，以获得地形数据、图像数据和统计分析数据作为试验论证的依据。
正是所有人的共同努力，才确保嫦娥三号着陆的万无一失。
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