水是生命之源。地球上的人想要登陆并生活在月球上，一个前提就是要有充足的水资源。那么，月球上有水吗？这是科学家必须回答的问题。
科学家通常认为，月球的引力太小，无法吸引住水分。但1994年美国“克莱门汀”号飞船的雷达实验发现，在月球南极附近的一些永久阴暗区内有存在水冰的特征。随后，“月球勘探者号”飞船携带的中子光谱仪证明，月球两极阴暗区域的氢浓度较高，很可能水冰中含有的氢。科学家们有意让“月球勘探者号”在月球上坠毁，想借此使月球表面喷发出水蒸气。几台地面和空间望远镜对准了撞击区，观测是否有羽状蒸汽柱出现，结果什么也没有发现。
月球自转轴的倾斜度只有1.5度（地球自转轴的倾斜度约为23度），几乎垂直于地球绕太阳的轨道平面。所以从月球两极观看，太阳总是在月球的地平线附近。如果月球极点附近某处比月球表面的平均高度低数百米，例如月球南极的沙克尔顿环形山地区，那么它将永远处于太阳光照射不到的阴影之下。这些永久阴暗区域极其寒冷，温度仅为-（223～203）℃。彗星和小行星撞击月球时释放出的水冰可以在这些寒冷地带聚集起来，因为它们永远不会被阳光蒸发。科学家们估计，在月球两极地区最上层约0.3m厚的地层内可能蕴藏着100亿吨以上的水冰。
美国计划在2018年重返月球，在2020年建立月球基地，必须首先了解月球上是否确实存在可供人类使用的水冰，以及水冰的储量大小和分布情况。如果确证月球南极存在水冰，那么就可以将其融化成水，用来生产火箭燃料或者氧气，并在其附近建设半永久性的有人月球基地。
为此，美国航空航天局计划于2008年10月发射一艘名为“月球勘测轨道飞行器”（简称LRO）的飞船，它的主要任务是确定月球全球辐射环境，绘制高分辨率月球全球地形图，绘制高分辨率氢元素分布图，探测月球极地的光照环境和温度，确定极地永久阴暗地区是否真的存在水冰，为未来载人登月航天器的设计和研制提供有用的数据，为未来宇航员和机器人登月选定可能的着陆地点。
“月球勘测轨道飞行器”的设计质量在1000kg左右，其中推进剂质量占50%。飞船上将装备6种科学仪器，包括月球轨道器激光高度仪、勘测照相机、中子探测器、月球辐射计、喇曼—阿尔法测绘光谱仪和宇宙射线望远镜。此外，飞船上还将搭载一个名为“月球环形山观测与感知卫星”（LCROSS）的小型探测飞船，以便通过撞击月球表面寻找水源。