Chương trình Hằng Nga 4 được thiết kế như một phần dự phòng của sứ mệnh Hằng Nga 3, tương tự như Hằng Nga 2 là phần dự phòng trong quá trình triển khai sứ mệnh Hằng Nga 1. Sau thành công của Hằng Nga 3, Cơ quan Vũ trụ Trung Quốc quyết định cải tiến xe dự phòng để thực hiện những nhiệm vụ mới trong một sứ mệnh riêng biệt.
Sứ mệnh Hằng Nga 4 bao gồm xe tự hành Mặt trăng, tàu đổ bộ và tàu quỹ đạo (đã được phóng lên trước đó). Cả xe tự hành và tàu đổ bộ đều là thiết bj được đưa lên Mặt trăng lần thứ hai. Vị trí đổ bộ sẽ là miệng núi lửa Von Karman - một trong những miệng núi lửa lớn nhất và lâu đời nhất trong Hệ Mặt trời. Nó có đường kính 2.500 km và hình thành từ khoảng 3,9 tỷ năm về trước. Hằng Nga 4 cũng sẽ là sứ mệnh đầu tiên đổ bộ và thực hiện nghiên cứu ở mặt tối (phần không nhìn thấy từ Trái đất) của Mặt trăng.
Mặt trăng là rào cản hữu hiệu đối với sóng điện từ và vì lý do đó những người điều hành sứ mệnh buộc phải tạo dựng hệ thống thông tin với các thiết bị mà họ dự định đưa lên Mặt trăng. Kết nối giữa Trái đất và phía tối của Mặt trăng được vệ tinh Queqiao đảm nhiệm. Vệ tinh này được phóng lên vào tháng 5/2018, sau đó, vào tháng 6/2018 được “đặt lên” quỹ đạo xung quanh điểm L2 của hệ thống Trái đất - Mặt trăng. Vệ tinh còn có thiết bị NCLE giúp quan sát trong dải tần từ 80 kHz - 80 MHz.
Nhiệm vụ chủ yếu của thiết bị đổ bộ là bay lên trên đám mây bụi xuất phát từ lớp phủ (quyển Manti) Mặt trăng và phân tích thành phần của nó. Thiết bị đổ bộ có các dụng cụ cho phép phân tích hóa học đối với các mẫu thu thập được; có 2 camera: camera LFS thực hiện các phép đo liên quan đến các chớp sáng Mặt trời và camera LND dùng để đo lượng neutron.
Tàu Hằng Nga 4 cũng thực hiện một loạt ảnh trong tần số thấp (điều này không thể thực hiện được trên Trái đất, do nhiễu điện từ của các thiết bị đện tử). Ngoài ra, trong thiết bị đổ bộ còn có bình chứa bằng nhôm, trong đó các nhà khoa học thử tạo ra hệ sinh thái đơn giản. Bên trong bình chứa có các mầm khoai tây, trứng tằm và hạt cải Arabidopsis thaliana.
“Từ trứng nở ra tằm. Trong quá trình hô hấp, tằm thải ra carbon dioxide. Trong khi đó, khoai tây và rau cải thải oxy ra môi trường. Bằng cách này, chúng có thể cùng tạo ra hệ sinh thái rất thô sơ trên Mặt trăng” - Ông Zhang Yuanxun, nhà thiết kế chính của dự án thí nghiệm, cho biết như vậy.
Xe tự hành được trang bị máy móc giúp nó nghiên cứu đất, đồng thời đo bức xạ đến từ Mặt trời hoặc những khu vực khác trong vũ trụ, tùy thuộc vào vị trí của Mặt trăng trên quỹ đạo.
Sứ mệnh Hằng Nga 4 phục vụ cho việc thử nghiệm thiết bị sẽ được sử dụng trong Hằng Nga 5. Mục tiêu chủ yếu của tàu vũ trụ Hằng Nga 5 là lấy khoảng 2 kg mẫu đất đá trên bề mặt Mặt trăng và đưa về Trái đất.
