中国探月工程有效载荷为完成上述科学目标，探月一号卫星将安装五种科学探测有效载荷设备
包括CCD立体相机和干涉成像光谱仪；激光高度计；微波探测仪；γ/X射线谱仪和空间环境探测系统
为了采集、存储、处理、和传输有效载荷的科学数据，还专门设计了一套有效载荷数据管理系统
CCD立体相机和激光高度计共同完成第一个科学目标，即获取月球表面三维立体影像；干涉成像光谱仪和γ/X射线谱仪完成第二个科学目标，即分析月球表面有用元素及物质类型的含量和分布；微波探测仪完成第三个科学目标，即测量月壤厚度和评估氦-3资源量；空间环境探测完成第四个科学目标，即地-月空间环境探测
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