2011年8月25日，嫦娥二号精确飞抵L2点并进入环绕轨道，标志着三项拓展试验圆满成功。我国成为世界上继欧空局和美国之后第三个造访L2点的国家和组织。此后，嫦娥二号环绕L2点进行了为期10个月的科学探测，获得了地球远磁尾离子能谱、太阳耀斑爆发和宇宙伽马爆的大量科学数据。
迈向700万公里深空：嫦娥二号再创“中国高度”
2012年3月，嫦娥二号环绕L2点飞行200余天，全面完成了拓展任务工程目标和科学探测任务。然而航天人没有停下脚步，如何发挥“嫦娥”的余热，早在酝酿之中。总师系统对若干方案进行深入论证后，最终建议飞往更远的深空探测小行星，以充分发挥嫦娥二号卫星的科学和技术试验潜力。
依据交会时间、交会星地距离、速度增量、小行星亮度等约束条件，在已知的60多万颗小行星中，图塔蒂斯小行星被确定为嫦娥二号拓展试验探测目标。这颗近地小行星因运行时与地球距离近，被美国航空航天局列入“潜在危险小行星名单”。
今年6月1日，已在日地拉格朗日L2点开展了10个月科学探测的嫦娥二号卫星，成功脱离L2点环绕轨道，开始了中国航天史上最远的一次“太空长征”。
这次再拓展任务能否成功，关键在于图塔蒂斯小行星轨道能否预测精准。工程总体组织地面应用系统及有关单位，集中国内多台天文光学望远镜，多家天文台联合攻关，对图塔蒂斯小行星的运行轨道进行了连续精确测定。
为确保对嫦娥二号进行有效测控，总装备部、中电集团、中科院通力合作加紧推进喀什米35和佳木斯66米两个大型深空测控站，以及上海65米甚长线射电干涉测量站研制建设，并使三大站于今年10月投入使用，标志着我国深空测控网正式建成。
12月13日16时30分，嫦娥二号与图塔蒂斯小行星由远及近擦身而过，并对小行星进行了光学成像。至此，嫦娥二号再拓展试验圆满成功。嫦娥二号再拓展试验的成功实施，使我国首次拥有了飞入行星际的探测器；首次突破并掌握了700万公里远的轨道设计与控制技术；采用光学定轨，形成了具有中国特色的图塔蒂斯小行星轨道；通过在卫星飞行中对我国新建成的喀什35米和佳木斯66米两个深空站和上海65米VLBI站进行标校试验，实战检验了我国深空测控、天文观测的水平和能力，为我国未来的深空探测活动，尤其是小行星探测奠定了坚实的基础。
飞越小行星后，嫦娥二号卫星还将继续向更远的深空飞行。从备份星到先导星，从月球探测卫星到太阳系人造小行星，原本设计寿命仅6个月的嫦娥二号，目前已经超期服役20余月。它的一次次华丽蜕变，不断将中国深空探测向前推进。