5月3日，长征五号遥八火箭从海南文昌航天发射场焚烧起飞，把嫦娥六号勘探器送入预订轨迹。作为嫦娥五号的备份器，嫦娥六号承继了嫦娥五号的结构，又针对月球反面着陆进行了优化，触及多器月球轨迹调集和月背中继通讯等，是人类历史上最杂乱的无人月球使命。在21世纪成功着陆月球的国家中仅有中美还有打开此类杂乱着陆使命的才能，而美国在CLPS构架下的商业月球使命对采样回来并不特别重视，我国在依据嫦娥五号成功的根底上打开扩展使命，这也使得咱们在初次月背着陆的成果后，行将回来首份月背样本。
嫦娥六号是嫦娥五号的备份。在嫦娥五号完结了我国初次月球无人采样回来后，继续让嫦娥六号复刻嫦娥五号的成功有些过于平平了，在去月球南极或许月球反面两个计划之间，终究嫦娥六号的使命变成前往月球反面搜集月球样品并带回地球，这是人类初次打开月球反面取样。
嫦娥六号的着陆点坐落南极-艾特肯盆地的阿波罗碰击坑南侧。南极-艾特肯盆地构成的时代陈旧（43亿年）、标准巨大（直径达2400km，最南抵达南极）、组分分布反常和后续火山活动造就的杂乱地貌，成为了月球反面科研价值最高的区域。而阿波罗碰击坑构成于39-41亿年前，很或许含有构成南极-艾特肯盆地的碰击物质的残留产品和后续火山活动的产品，阿波罗碰击坑中一些子碰击坑如德莱顿碰击坑的辉岩更富含镁，很或许保留了在构成南极-艾特肯盆地的碰击中从月球地幔中搅出来的物质。
嫦娥六号勘探器将企图在阿波罗碰击坑搜集年青的、小于25亿年喷出的玄武岩，而且丈量这些样本的年纪。现在依据碰击坑尺度-频率分布法的时代测定研讨，月球正面直到12亿年前还有火山活动，而月球反面的火山活动或许在30亿年前就间断了，而该办法只能确认一些堆积物在25亿年前构成，这也是月球正反面不对称性的重要表现。
假如嫦娥六号样本中发现了生成年纪小于25亿年的玄武岩，将扩展对月球反面玄武岩构成的年纪和月球反面热演化的知道。
嫦娥六号很或许取得一些南极-艾特肯盆地构成碰击喷射的物质。阿波罗碰击坑的构成很或许摧毁了大部分来自南极-艾特肯盆地构成碰击发生的物质，但是这些物质依然或许保存在阿波罗盆地的侧壁和边际，特别是南部边际。嫦娥六号勘探器回来的南极-艾特肯盆地构成碰击物的喷出物年纪或许超越39亿年，这将为南极-艾特肯盆地和阿波罗碰击坑构成事情的时刻供给根底信息，大幅度的提高对月球和整个太阳系内部碰击年表的知道。
此外，经过嫦娥六号取得的任何深层地壳和或许的地幔物质，都将彻底改变咱们对月球内部的组成、月球的热演化以及月球构成地球碰击事情后原始月球累积源物质的效果的考虑。
遭到月球的遮挡，登陆月球的勘探器无法直接与地球通讯。为完结月球反面航天器与地球的通讯，3月20日，鹊桥二号中继通讯卫星已提早升空。
鹊桥二号本来计划为嫦娥七号供给数据中继，将搭乘嫦娥七号发射。在嫦娥六号选定月背43°S的着陆区后，考虑到鹊桥一号对着陆区的掩盖有限，而且其装备的X波段对地/月天线数传速率有限，因而最终决定将鹊桥二号和嫦娥七号使命解耦，独自发射月球极轨迹中继星，以增强对嫦娥六号的服务。
鹊桥二号对月高速率通讯选用一个4.2米口径的X/UHF波段伞天线，X波段用于和嫦娥六号、嫦娥七号着陆器通讯，UHF波段是为未来嫦娥七号带着的玉兔三号月球车服务。当然了，在测验阶段它也和嫦娥四号进行了通讯。对地选用一个带有云台的0.6米固定反射器，选用S/Ka波段。Ka波段的引进使得鹊桥二号能够以最高500Mbps的速率完结地月通讯，比只要S波段的鹊桥一号高到不知道哪里去了。
，其轨迹规划考虑了来自地球和太阳引力的搅扰，并将其作为航天器轨迹拱线改变的手法。航天器进入环月轨迹后进行一次焚烧，进入一条L1族NRHO轨迹，随后再点一次火脱离NRHO，进入远地点在嫦娥六号着陆点上方的大椭圆24小时轨迹，
。直到2024年6月嫦娥六号使命完毕后，鹊桥二号将经过几回机动最终进入12小时大椭圆轨迹，等候装满科学载荷的嫦娥七号在2026年抵达。
嫦娥六号能够说是人类历史上最杂乱的无人勘探器。不只承继了嫦娥五号相同的杂乱组件，有63台/套组织分体系、119个火工设备、655台/套仪器设备，还触及多航天器月球轨迹协同操作和无人月球轨迹对接等世界级难点，乃至还将在月球轨迹别离一颗巴基斯坦立方星。嫦娥六号的环月轨迹阶段也大幅度增加，使命时刻比较嫦娥五号使命翻倍，而且着陆点在月背南极-艾特肯盆地阿波罗碰击坑的南侧，直接发生了多器对鹊桥二号中继通讯这一新难点。
为了在月背获取预期样品，嫦娥六号装备了一系列表取、钻取、封装等设备，并有相关的采样点和采样战略验证。嫦娥六号的采样封装体系不只需求习惯月面高温、月面风化层，还需求在月面着陆姿势、月面地势和月面地质等不行提早预知的杂乱工作环境下
，为此航天五院还专门在地上设置了对应的模仿器，勘探器的每个取样动作都需求先在地上验证过再上行指令由勘探器履行。
使用采样进程监督相机A/B/C/D和钻取采样组织监督相机完结采样封装设备的视觉信息，进行采样区和设备的剖析等，随后当即施行采样点确认与采样初始战略验证
。着陆选用监督相机A/B取得表取采样区图画，加载表取机械臂可采样区域，随后进行数字地势重构。随后由地上验证器钻取模仿月壤验证可行性，再由勘探器钻取设备运转钻取。表取地上测验选用AR投影技能进行物理构建，由地上验证器表取组织运转取样，再依据仿真剖析和物理验证确认采样点。
嫦娥六号的表取设备具有屡次外表采样才能，月面上班时刻不小于24小时。表取设备为四自由度表取采样机械臂，由四自由度表取采样机械臂、结尾采样器（采样器甲、采样器乙）、细小相机（远摄相机，近摄像机）和压紧开释组织等组成，集成了铲、挖、纳、抓等多种功用。采样器甲首要完结月球样品的铲挖搜集，采样器乙完结月球样品的旋挖和定点抓取搜集，这两者经过T形三通件构成一个全体组件，机械臂腕关节外部设备有触月组件，可在机械臂触及月表时宣布触月信号。
嫦娥六号的钻取采样设备是软管取芯的单杆钻取，其间2.5m长的钻杆主体选用铝基碳化硅资料，能够钻挖硬度8的岩石。依据可行性剖析，在不影响起飞的极限歪斜着陆条件下钻机可钻取最小700mm、最大2376mm的月壤，在勘探器着陆姿势水平的着陆状态下可钻取2009.5mm的月壤。这套组织在嫦娥五号使命中顺畅打开而且施行了采样，但惋惜因为着陆点月表下方0.9m便是坚固而杂乱的多层岩石，而且深层月壤糊住了钻头，无法继续向下钻取。为防止继续高功率钻挖岩石导致钻取电机毛病，乃至导致整器掉电，嫦娥五号没有强行向下钻探而是在有用深度1004mm处间断了钻取采样，嫦娥六号钻取采样设备承继嫦娥五号，尺度并没有太大的改变，但钻头经过了优化防止发生嫦娥五号使命中的意外事情再次发生。
考虑到着陆区环境不行猜测的地质特性，嫦娥六号的表取设备和钻取设备彻底独立，显着降低了采样封装失利的概率。因为采纳到的月球样品存在必定的差异，也对钻取月球样品与表取月球样品分立式初级封装，保证钻取和表取样本不稠浊。密封圈选用金属揉捏密封为主、橡胶圈密封为辅的计划，归纳漏率为3.6×10-10 Pa·m3/s，远低于密封漏率目标的5×10-9 Pa·m3/s。
科学载荷方面，嫦娥六号带着有4台国内仪器、3台国外仪器，悉数坐落着陆器上。因为嫦娥六号的热控管路主体系坐落上升器内，上升器飞离后热控管路随即被堵截，因而上升器起飞后这些仪器将失掉热控，间断运转。国内的LCAM下降相机为嫦娥六号动力下降供给图画，PACM全景相机在着陆后供给着陆点的月球全景图画，LMS月球矿藏光谱剖析仪和LRPR月壤结构勘探仪将为月面采样服务，其间LRPR能够勘探着陆点下方2米的月壤，为勘探器钻取月壤供给数据支撑。法国DORN氡气勘探仪将勘探月壤中铀衰变发生的氡气。这是人类初次在月球外表丈量氡气浓度的科学实验，一起丈量氡衰变构成的钋元从来研讨月尘的分布和堆积。欧空局NILS负离子勘探仪则是人类首台不运转在近地轨迹邻近的负离子勘探仪，旨在检测因为与太阳风相互效果而从月球外表发射的负离子，并确认其通量的上限。嫦娥六号还带着了一枚上海交通大学为巴基斯坦开发的3U立方星——ICUBE-Q，也叫“思源一号”，以勘探月球外表水冰存在过的痕迹。卫星将在嫦娥六号进入环月轨迹后别离。这是初次嫦娥系列月球勘探器带着并在月球轨迹开释的小卫星，也代表着我国探月工程和外国构成了更严密、充沛的协作。