涉及到这么多的学科，牵扯到如此繁多的部门，在当时的历史条件下要做成这件事需要攻克各个方面的难关是可想而知的。但是，中国要做这件事情，而且要下决心做成这件事情！中国人的决心是不可低估的。新中国建立短短几年里向世人宣告一个了事实，正如毛泽东在《论联合政府》中讲到的：“我们正在做我们的前人从来没有做过的事情。我们的目的一定要达到。我们的目的一定能够达到！”
1965年初，中国科学院地球物理研究所赵九章所长和自动化研究所吕强所长联名向中国科学院提出了研制卫星的建议，中国科学院组织力量拟制了发展卫星的规划纲要。与此同时，国防部五院钱学森副院长也向国防科委提出了将卫星及其运载火箭的研制列入国家计划及早开展研制工作的建议：
自苏联1957年10月4日发射第一颗人造卫星以来，中国科学院和国防部第五研究院对这些技术都有过一些考虑，但未作为一项研制任务。现在看来，弹道导弹已有一定基础，如进一步发展，即能发射携带仪器的卫星，计划中的洲际导弹也有发射人造卫星的能力。工作是艰苦复杂的，必须及早开展有关研究，才能到时拿出东西。因此，建议早日主持制定研究计划，列入国家计划，促其发展。
聂荣臻大力赞同这个建议。1965年2月聂荣臻针对钱学森的报告，进行了具体批示：
我国导弹必须有步骤地向远程、洲际和人造卫星发展，这点我一直很明确。人造卫星早就有过考虑，但过去由于中程弹道式导弹还未搞出来，技术力量安排上有困难，所以一直未正式提出这个问题。钱的这个建议，我意，请张爱萍邀请钱学森、张劲夫等有关同志及部门座谈一下，只要力量上有可能，就要积极去搞。步骤上，还是先把中程导弹搞出来，作为运载工具。头部（卫星）要与中国科学院结合起来，充分利用地球物理所及搞探空技术的力量。如何分工，请在座谈会上研究一下。可考虑卫星以中国科学院为主进行研制。
根据聂荣臻的批示意见，张爱萍受委托即邀请中国科学院党组书记、副院长张劲夫、主管航天工业的七机部副部长钱学森、主管电子工业的四机部副部长孙俊人等，对发展卫星的必要性和可行性进行了论证。张爱萍组织有关部门进行具体研究和落实后，大家一致认为，进行卫星工程研制的技术基础已经基本具备，应该统一规划，有计划按步骤地开展研究工作。据此，国防科委于1965年3月提出了《关于人造卫星研制工作的报告》。当时中央军委负责这项工作的罗瑞卿组织研究后，认为这个报告切实可行，立即转报了中央专委。
1965年4月10日，国防科委副主任罗舜初招集钱学森、张劲夫、张震寰、赵九章、钱骥等又对卫星发展规划方案的有关问题进行了详细研究。
报告送上只有不到一个月时间，就得到中共中央专委第十二次会议的正式批准。中央专委批准将卫星工程研制计划列入国家计划，国防科委对人造卫星工程具体组织协调。会议明确了工程技术抓总和卫星、运载火箭、测量、跟踪、遥测以及设备研制和组织协调、任务分工。
1965年8月，中央专委原则批准了中国科学院提出的卫星发展规划纲要，同意第一颗卫星争取在1970年左右发射。
然而，一场对党和人民造成巨大灾难的“文化大革命”在这时爆发了，“文革”的混乱冲击着全国的每一个地方，也必然冲击到了航天科研部门，冲击到了卫星研制的每个角落。
聂荣臻元帅面对现实，为了设法缩小影响，将混乱限制到最低程度，保证“东方红一号”卫星工程按计划顺利进行，对形势分析后，向周恩来总理作了汇报，决定给中央起草一个报告。
1967年3月，中央专委向中共中央正式上报了《关于军事接管和调整改组国防科研机构的请示报告》，周恩来总理非常同意报告中的意见，为了加大稳定局面的力度，还提出应当对六个国防工业部实施军事管制的建议。
报告修改后即报毛泽东主席，即日便圈阅：“总理照办。”
于是，中共中央、国务院、中央军委联合发布了对六个国防工业部实施军事管制的决定，并且组成由粟裕担任组长，王树声、向仲华任副组长的国防工业军事管制小组，在国务院和中央军委的领导下对六个国防工业部实行全面领导。向各单位明确提出，以正面教育为主，不开展大鸣、大放、大字报、大辩论。与此同时，还采取了其他一系列组织措施，从机构和管理方面来保证卫星研制工作的正常进行。
1967年6月，中央军委常委会议专题研究组建空间技术研究院的问题，确定了由国防科委具体负责空间技术研究院组建工作。
负责中国第一颗人造卫星总体设计
1967年7月29日午后，盛夏北京，骄阳似火。孙家栋正在进行导弹设计，汗流浃背的他为了不让头上的汗珠流下来，用一条毛巾围在脖子上，趴在图版上在画图。
这时，国防科委一位同志在没有打任何招呼的情况下，驱车直接来到位于北京城南孙家栋的办公室，简单明了地对他说：“我是国防科委的汪永肃参谋，组织上派我来向你传达上级的指示。国家将要开展人造卫星方面的研究，为了保证人造卫星研制工作能够顺利进行，中央已确定组建空间技术研究院，由钱学森担任院长，专门负责人造卫星方面的研究。钱学森向聂荣臻元帅推荐了你，根据聂老总的指示，上级决定调你去负责我国第一颗人造地球卫星的总体设计工作。”
当时造反派夺权，行政领导干部靠边站，汪永肃参谋只好直接找到孙家栋本人谈了上级的安排，并且当时谈完当即就用吉普车拉着孙家栋从北京的南苑来到位于北京西北部的友谊宾馆，宾馆北馆是空间技术研究院开设的临时办公地点。到这里后，有关领导与孙家栋又详细谈了组建卫星总体技术部的具体意图。
对于卫星总体设计工作来说，是要将概念性的卫星从理论变为现实，要从概念研究变为工程实施。作为实施的途径，首先要提出并解决卫星从地面研制到空中运行全过程，并明确每个环节的技术指标要求，以及系统与系统之间、分系统与子系统相互间错综复杂的技术接口。
孙家栋想，组建卫星总体研究设计部，必须按照工程研制的科学规律扎实地展开工作。
当时正是“文化大革命”的混乱时期，行政机构已基本被“砸烂”，派仗正闹得激烈。如何建立并组成卫星总体设计队伍，是摆在孙家栋面前非常棘手的问题，也可以说，孙家栋是受命于卫星研制的关键时刻。
为了尽快启动卫星总体工作，孙家栋向钱学森提出建议由一分院推荐几个搞总体方面的技术人员。钱学森经考虑后答复说，从一分院抽人可以，但在当前“文化大革命”两派正在闹腾的局面下，推荐来的人能不能保证质量？所以，在这种特殊情况下不能依靠一分院推荐，由你孙家栋提个名单后再研究确定。
搞卫星总体，要先选人，而要选的人却在派系之中，在“无限忠于毛泽东的年代”搞卫星是人人都想争的事情，当时的孙家栋只有38岁，虽然年轻，但各方面的工作出色，在人们眼中已是有影响的人物，像这样的中层领导干部，稍微不注意就会引火烧身。所以选人才的事若处理不当，自己被“上纲上线”倒是小事，关键是卫星研制工作肯定会受到影响。
孙家栋心一横，既然领导交给了这个重任，就要敢作敢为，要抛弃一切顾虑、一门心思从搞卫星的需要出发，不怕别人说三道四。被选中的人只要条件优越、只要技术水平高超，就不去管他是这派、那派的。
经过一段时间紧张的考察、挑选，从不同的专业角度和技术特长出发，孙家栋最后选定了18人，当这18人的名单提交给钱学森后，钱学森点头赞同又很快得到了聂荣臻老总的批准。
这便是中国卫星发展史上有名的“航天卫星十八勇士”，他们是：
戚发轫 沈振金 韦德森 张福田 彭成荣 尹昌隆
朱福荣 孔祥才 王 壮 杨长庚 王大礼 张荣远
刘泽光 郑忠琪 林殷定 鲁 力 王一方 洪玉林
孙家栋在说起当年“航天卫星十八勇士”时，浮想联翩，他说：“形成一个队伍是非常难办的一件事情。两个单位，要真正把它混合起来，这里头类似人事关系等什么关系都是复杂的。根据技术上的需要，好比搞卫星的，这里头应该是有几个实验室。这个卫星里都有什么东西，应当怎么组织，还要考虑到要搞总体的特点。我主要还是从工作需要来考虑的，但是我感觉科学院同志确实也有很大的支持，因为南苑来的人总归还是少数，这个工作还要依靠科学院的同志。大家到最后团结到一块儿，用两年多的时间把这个事情搞起来，当时确实不是容易的一件事情。当时我到空间研究院的时候也是接近四十岁的人了，在现在看来已经不年轻了，但在那时候还是很年轻的。把造卫星这么大的事情交给你去负责，那感觉确实是既有压力也有动力。”
这“十八勇士”由于系统、专业分配合理，每个人的基本素质有目共睹，所以无可争议地得到了大家的认同。1967年10月，当“十八勇士”离开一分院时，两派人员高举彩旗、各站一方，敲锣打鼓，热烈欢送，这在两派矛盾势不两立之时也实属罕事。难怪当时的领导和群众都一致评价说，孙家栋这活儿干的漂亮，开了一个好头。
上任伊始，孙家栋即着手主持了第一颗卫星总体和分系统技术方案的论证工作，从系统工程的观点出发，重新制定了“东方红一号”卫星的总体技术方案和研制任务书。由于总体技术队伍得到了组织落实，使卫星研制工作如同夹缝生存在暗中快马加鞭。当时外面是轰轰烈烈的“文化大革命”，是“如火如荼、造反有理”的情形，内部卫星研制却坚持按照军队序列，摆脱“文化大革命”的冲击和干扰，尽量为技术人员营造一个相对“安宁”的环境。这段时间，科研人员加班加点做设计、搞试验，努力攻关，解决了一系列技术问题，制定了卫星总体新指标，确定了卫星研制的新方案。
1967年12月，国防科委组织召开“东方红一号”卫星方案论证协调会，各有关单位和有关系统二百多人参加了会议。会议确定了第一颗人造卫星的总体技术参数和各分系统技术方案，确定这颗卫星的技术水平要高于苏联、美国第一颗卫星；三级运载火箭的前两级用正在研制的中远程地地导弹改制，第三级为固体火箭；同时将这颗卫星命名为“东方红一号”；卫星总体技术方案抽象而通俗地概括为“上得去、抓得住、听得清、看得见”，这12字便是卫星总体的实现目标。
技术目标确定以后，需要对大量没有论证清楚的问题进行逐一落实，尤其是理论的设想方案如何在实际中实现？地面的东西如何满足空间的条件？空间的环境状况和温度参数全无，需要什么样的试验设施和指标参数也都不掌握。当时，航天系统还没有建立总设计师制度，当时的技术总负责人就相当于现在的总设计师。作为卫星技术总负责人的孙家栋，他大胆地提出对原来的卫星方案进行简化，充分发挥技术人员的聪明才智和积极性，说服了一些老专家，把卫星研制计划分为两步走，先用最短的时间实现卫星上天，在解决了有无问题的基础上，再研制带有探测功能的工程应用卫星。孙家栋的大胆设想立即得到了大多数人的赞成和认可。在简化方案这一创造性的原则下，技术人员对卫星原方案系统构成立即展开了修改和简化设计。能源系统只采用银锌化学电池组供电方案，去掉太阳能电池加镉镍电池供电部分，去掉姿态控制部分，只保留姿态测量用的红外地平仪和太阳角计。最后确定“东方红一号”卫星由结构、热控、电源、短波遥测、跟踪、无线电和《东方红》乐音装置以及姿态测量部件组成，总质量控制在173公斤，直径1米，外形为近似圆球的72面体，采用自旋稳定方式在空间运行。另外，在末级火箭上设置了“观测裙”，以提高其在空间运行时的亮度，使人们不仅能听到卫星发送的《东方红》乐曲，还能看到卫星在空间运行的轨迹。
时任国防科工委副主任的刘华清在回忆录中写道：
我不懂卫星，也不管这项工作。到了1968年，“东方红一号”卫星的研制遇到了问题，各分系统文齐武不齐，不协调不配套。为了保证1970年发射，空间技术研究院领导和设计人员在原方案基础上进行了合理的修改，但这一修改方案却找不到拍板的人。五院总体主任设计师孙家栋拿着方案找到我，孙家栋说话很直率：你懂也得管，不懂也得管。你们定了，拍个板，我们就可以往前走。
听了他们的汇报，问了有关情况，我心想，这事不能拖，总得有人承担这责任。便对他说：“技术上你负责，其他问题我负责，我拍板。”
这个时期，七机部也没有什么人管事了。关于“东方红”卫星的事，后来我又听过一次机关汇报，也到现场看了看。卫星方案的若干修改和简化我就拍板定了。我当时强调，最后总体决策还要向党中央、周恩来总理和聂帅报告。我把卫星方案修改和简化情况报告了聂帅，聂帅也批准了。卫星计划才得以进行下去。回想起来，当时这么干，除了有一种强烈的责任感外，也有一点傻大胆的味道。
在“文化大革命”那种极端的政治环境下，正确的陈言也是要担当很大政治风险的。但是，孙家栋作为一个正直的科学工作者，他为了国家利益、为了国家的事业毅然抛掉许多个人杂念，敢于承担风险。强烈的责任感驱使孙家栋数次大胆陈言，一门心思就是要保证让中国的人造卫星按计划发射成功。正是他的无私无畏得到了领导的支持，也正是领导的支持使卫星总体技术指标能够及时确定，使卫星研制计划能够在特殊环境下得以顺利进行。
太空奏响《东方红》，听似简单，但在那个技术基础条件下，实现起来还是有很大难度的。《东方红》乐音装置及短波遥测系统，采用一个发射机交替播送《东方红》乐曲和发送卫星各种工程遥测参数，为了实现这一较为先进、难度较大的技术方案，采用了电子线路产生的复合音来模拟铝板琴演奏乐曲，以高稳定度音源振荡器代替音键，用程序控制线路产生的节拍来控制音源振荡器发音，从而保证了乐音嘹亮悦耳。
卫星的热控系统采用自然平衡方法，通过对星体结构各组件的表面分别采取阳极化、喷涂有机绝热涂层、镀金、包覆绝热层等措施，改变其热吸收和热辐射性能，使仪器舱内的温度长时间保持在5～40摄氏度之间，以满足仪器正常工作的要求。在热控系统研制过程中，需要进行卫星热真空模拟试验来检验设计的合理性。但当时国内还没有模拟太阳和地球对卫星辐射的大型模拟器，如何进行这项试验是亟须解决的一个课题。这时，热控系统技术负责人闵桂荣提出轨道周期积分平均热流代替交变热流来确定卫星内部仪器温度的平均值。据此，研制人员采用远红外电加热笼的模拟方法，成功地攻克了这个技术难关。
孙家栋在过去很多年后回忆起这段历史时仍然动情地说：“在当时那种技术条件、物质生活、工作环境下，在那么短的时间里做成这样一件大事，是大力协同、无私奉献的航天精神起了关键性的作用。”
当时，中国的基础工业非常薄弱，仅以小小的电信号连接插头为例，当时国内能够制造有二十几个插针的合格插头的企业几乎没有。为了解决这个插头问题，孙家栋他们不得不怀揣着总理办公室的介绍信，通过当时上海市的主要负责人，找到上海无线电五厂，与几位有经验的老师傅具体切磋探讨，制定了初步方案后又经过反复试验，终于将这种卫星上专用的也是非常特殊的插头造出来。
“东方红一号”卫星上的短波天线是用来发送《东方红》乐曲信号和遥测参数的。运载火箭点火起飞离开地面将卫星送入太空预定位置与卫星分离后，拉杆式结构的短波天线要可靠释放展开，这是保证播放《东方红》乐曲质量的关键。卫星上共有4根短波天线，每根长3米，由3节组成，用铰链与卫星腰带相连接。卫星发射前将每根天线收缩成1米长折下，与卫星自旋轴平行套在顶级火箭外壁上的卡环中。火箭飞行临近结束前，顶级火箭起旋（以180转/分的速度带着卫星自旋转），卫星与火箭分离后，短波天线的自由端离开卡环，在卫星高速旋转时产生的离心力作用下，收缩状态的4根短波天线便迅速展开。然而，天线的展开与释放在地面比较容易实现，但在太空中高速旋转状态下则是一项较为复杂的运动过程。
在第一次模拟卫星自旋天线展开释放试验中，出现最后一节天线被折断甩出去的问题，试验没有成功。又做了2次、3次、4次……一直做了10次仍然没有成功。一次次的失败不得不使大家冷静下来仔细分析。大家初步分析认为：天线展开后，两节天线间连接部分太短，强度不够，管子的直径也较大，由于质量大，在高速旋转时的离心力也大，因而末节天线容易折断。为了做到“稳妥可靠、万无一失”，孙家栋经过反复思考，并与技术人员们探讨后提出，天线释放和展开的运动形式是个复杂的运动合成，要作为专题来研究，并且还要考虑在地面做试验时重量的影响。天线组的人员进一步分析、试验后认为，天线与卫星之间只有一个铰链的设计，使每根天线相对卫星只有一个方向的转动，这与卫星自旋时，依靠旋转和离心力使天线展开和释放的实际运动是不一致的。孙家栋统一了大家的意见后，修改了天线结构设计重新进行了几次试验，均获成功。这个技术难关终于被攻克了。
紧接着，又攻克了测量卫星姿态的红外地平仪，顶级火箭上为了增强地面观测的“观测裙”，仪器舱大面积镀金，制作《东方红》乐音装置等技术难关等。
1969年9月，第一颗“东方红一号”卫星完成了初样卫星全部环境模拟试验，结果证明卫星各系统符合指标要求，技术状态正常。
1969年10月，“东方红一号”正样卫星，也就是要发射上天的卫星完成了各系统的研制工作。
向总理大胆陈言
中国第一颗人造地球卫星的研制与发射，将是中国迈向宇宙空间的第一步，无论在国内还是在国际都具有非常大的政治影响。卫星研制的捷报频传同样牵动着周恩来总理的心，总理和中央专委的领导在百忙之中几次听取了卫星研制工作进展情况的汇报。
10月下旬的一天晚上，孙家栋作为卫星总体技术总负责人与钱学森一同来到人民大会堂江苏厅，孙家栋的心情非常激动。他们刚把卫星初样摆放好，周恩来、李先念、余秋里等中央领导和参加会议的有关部委负责人就来到了会议大厅。
这时，当孙家栋近距离看到周恩来总理时，只是感到鼻子一阵阵的有些发酸。总理日理万机，为国家、为人民简直是操尽了心力，周总理脸上出现了很多黑痣，布满血丝的眼睛凹下后显得脸庞瘦削、疲惫，与几年前见到的样子竟是苍老了许多。
孙家栋想起1962年周恩来总理在人民大会堂宴请招待科学技术界知识分子时的情景。当时正值自然灾害困难时期，周恩来总理非常关心这些年轻知识分子的身体状况，特意上了一道“红烧肉”，一寸见方的肉块人人有份，当时年仅30岁出头的孙家栋已是许久没有遇到这样的口福了。要知道，当时毛泽东，拒绝吃肉；周恩来，停掉了茶；邓小平，戒掉了烟……
周恩来步入会议大厅后迎着大家的目光匆匆来到会议桌旁，向站立鼓掌的众人举起双臂招手让大家坐下后自己才坐了下来。
钱学森首先将孙家栋介绍给了周恩来。周恩来亲切地拉着孙家栋的手向他询问了一些简单情况，高兴地说：“这么年轻的小伙子就是卫星专家，这很好嘛，今年多大年龄？”
孙家栋有些羞怯地回答说：“今年40岁。”
周恩来风趣地说道：“哦，还是小伙子嘛，学森同志的年轻弟子满多的嘛！”
本来浑身紧绷、大脑高度紧张的孙家栋，顿时被总理几句风趣的话和朗朗笑声放松了下来。
当周恩来和其他领导人看过卫星初样后，周恩来说：“学森同志，是不是你先谈？”
钱学森点点头说：“好。”于是，将“东方红一号”卫星的研制和“长征一号”运载火箭以及目前发射准备的总体情况作了全面汇报。
接着，由孙家栋对卫星的初样进行了讲解和说明，对主要技术参数和研制中的重要情况作了具体汇报。
周恩来对钱学森和孙家栋的汇报听得很认真，还不时提出一些问题，尤其是对卫星上的每一个环节的质量和质量保障措施问的很详细。
当孙家栋汇报结束时，周恩来总理突然像考场里的考官那样对孙家栋问道：“卫星上总共有多少根电缆呀？”
孙家栋如数作了回答。
周恩来总理又问：“卫星上总共有多少个插头呢？”
孙家栋这时有些语塞。要知道卫星上有许多分系统，系统与系统之间、卫星与地面测试设备之间、卫星与火箭之间，有电源连接插头，有无线电信号插头，还有机械配合插头，只顾了总体把关和严格要求各分系统完成指标，却没有将全部插头进行准确的统计……
孙家栋红着脸有些不好意思地说：“总理，我回去认真统计好后向您汇报。”
周恩来笑了笑和蔼地说道：“这些数字对我来说是没有什么用处的，但对你们来说应该是重要的。你们搞卫星工作首先要仔细认真，应该像外科医生那样对病人的每一条神经、每一根血管都很熟悉，才能保证卫星的万无一失。”
其实，孙家栋在得到他将参加汇报的通知后，大脑就有一个拿不准的考虑，不知道该不该向总理提出卫星许多仪器上镶嵌的毛泽东金属像章对卫星部件的影响，如何处理尊重科学与突出政治的矛盾？会前准备的方案是否能将问题汇报清楚？怎样才能既解决问题，还又不至于使领导为难。
那个时期正是对个人崇拜的鼎盛期间，在街上随处可以看到满身挂着毛泽东像章的人。在那个历史年代人们对领袖的崇拜是可以理解的，但感情与科学若产生了冲突是不可调和的。各系统的卫星仪器做出来后，设备成套安装时在卫星仪器上又很认真地镶嵌一个毛主席像章，有的像章还很大，体现把像章做得越大越漂亮就越能显示出对毛主席热爱的热爱程度。岂不知加上去的这些像章给仪器带来很多问题，首先就是比原来定的总体重量超了许多，比如某件仪器的额定设计重量是三公斤，但往星上安装时却成了三公斤半，这个系统人员会名正言顺地告诉总体人员这超重的半公斤是毛主席像章，在那种历史情况下是没人敢站出来讲增加这半公斤是不对的，但那么多仪器综合在一起，将会使火箭的运载余量减小，必然会降低火箭的可靠性。另外，每台仪器都有自己特定的散热条件，仪器所涂的颜色不同，结构材料的厚度不同，散热的情况也不同，增加了毛主席像章有可能带来许多没有意识到的技术问题。但如果肯定地说在仪器上加个毛主席像章就会把仪器弄坏，从技术角度来讲还没有经过充分论证，也没有完整的计算和试验数据加以说明，所以谁也不敢贸然说话。一边是政治崇拜，一边是卫星的质量保障，大家对这件事情的本质是心知肚明的。在卫星即将出厂前要召开汇报会向总理汇报卫星质量情况，钱学森带领孙家栋一行前去参加。孙家栋头一天想了一晚上都没睡好觉，这件事情到底应该怎么办？到底要不要在会上坦诚报告？因为事关重大，这个会上不说将会错失良机，况且这也是总理非常关心的质量隐患呀。
此时，孙家栋感觉到这件事情如果再不汇报就没有机会了。于是，孙家栋很郑重地说：“从政治感情上来说，大家出于对毛主席的热爱，在卫星仪器上装了毛主席像章，是完全可以理解的。但是从技术角度讲，一是重量超限，二是卫星上天后将会对质量产生影响。”孙家栋简单明了地提出了毛主席像章问题，马上引起了总理的重视。总理当时并没有正面叙说这件事情的对与错，总理说，大家对毛主席热爱是对的，但是大家看看我们人民大会堂这个政治上这么严肃的地方，也不是什么地方都要挂满毛主席的像，有的地方是写了主席的字，但是放在什么地方都是非常严肃的，得认真考虑什么地方能挂什么，你看咱们这个会议室就并没有挂毛主席的像嘛，你们回去好好考虑考虑，只要把道理给群众讲清楚，我想就不会有什么问题嘛。
周恩来一字一句、句句在理的话语，不仅使孙家栋心中豁然开朗，而且使在座各位也都释怀。会后传达了周恩来总理的原话，大家马上按总理说的作了安排，这件棘手的难题得到了解决。
1970年2月初，“东方红一号”卫星成功地通过了整星状态下的自旋试验，火箭和卫星的质量按照要求全部合格，完成了在制造厂出厂前的各项准备工作。
3月26日，周恩来批准火箭、卫星正式出厂，技术人员接到通知将火箭、卫星装上了前往西北发射场的专列火车。4月1日，“长征一号”运载火箭和“东方红一号”卫星在“文化大革命”的一片喧闹声中，如期运抵了酒泉卫星发射中心。
钱学森随同专列一起前往，但孙家栋没有一起去发射场。原来，孙家栋担任着领导职务，造反派又借着孙家栋的爷爷是富农出身而大做文章，由此在政治上受到一定的冲击，他不得不在许多方面“靠边站”。另外北京确实也需要有专家与发射场配合。孙家栋心里想：我是一个科学工作者，卫星发射的成败涉及到国家的利益、关系到在国际上的影响，我只要做到对得起国家、对得起党、对得起人民，群众终究是会理解的。和卫星相比，我个人的事情实在是微不足道。我要从主观上尽我本人的力量想办法多做一些工作，即便由于“革命群众”的原因在客观上开展不了工作，我也要做到问心无愧。
说起富农爷爷，孙家栋一生中起码受过其五次影响。第一次是由学生踏入中国人民解放军队伍变为一名空军；第二次是被选入苏联茹科夫斯基空军工程学院；第三次是加入中国共产党的行列；第四次是从苏联回来参加高度机密的导弹研制；第五次便是这次“文化大革命”。这五关都是孙家栋人生关键的转折点，在中国当时的特定环境下，能够通过层层政治审查的确也是一件不容易的事情，但孙家栋却做到了中国古时说的“过五关”。他毕竟是新中国的科学家，他在每个时期的优异业绩都得到了一致认可而过关。回忆起这段过关闯将的情形时，孙家栋感慨地说：“这五次我都基本是顺利地过了关，要说有什么好办法？其实也没有。要说靠什么？其实靠的主要是自己一贯勤勤恳恳、任劳任怨的工作表现和工作成绩。运动中群众以我的家庭出身提出这样、那样的问题，说我是臭鸡蛋也好，说我是走白专道路的典型也罢，我都没有太往心里去，并且说实在的我也还真的从来没有抱怨过家里，因为那是历史，是不容我选择的历史嘛。要认真起来，其实我还真是没有与我爷爷在一起生活过，要说我的父亲，他也只是一个教师嘛。”
1970年4月2日晚7时，也就是运载火箭和卫星到达发射场的第二天，钱学森、李福泽、任新民等领导和专家从卫星发射场乘坐专机又一次来到北京，在人民大会堂福建厅向周恩来总理等中央专委领导同志汇报火箭、卫星到达发射场后第一线的实际情况。孙家栋这次未能参加会议，他表面上看似平静，可从事多年尖端科学研究养成以国家大事为己任的习惯，却使他不由自主地焦急等待着，等待着会议的决策。
中国首次发射卫星，牵动全国，影响全球，责任重大呀！
按照预先确定的发射场工作计划，运载火箭和卫星完成了单元仪器测试、分系统测试、系统间匹配检查。4月8日，卫星配合火箭完成了第一次总检查；4月9日火箭与卫星完成了对接测试；4月10日，经过十几个昼夜的紧张工作，火箭和卫星完成了第二次、第三次总检查，结果均正常。孙家栋虽然人在北京，但心与星紧密相连，他的心情与所有参加试验人员一样，测试工作的顺利完成给他带来了心头的喜悦。
1970年4月14日，卫星测试的各项工作已经基本就绪，周恩来总理和中央专委领导要求再次听取发射场人员对火箭、卫星情况的汇报。当日午后，钱学森、李福泽、任新民、杨国宇、杨南生、戚发轫等领导和专家又登上了前往北京的军用专机。孙家栋虽然没有在发射场，但要求他也一同参加汇报会。
已经有一段时间没有参加这种汇报会了，孙家栋随大家来到人民大会堂福建厅后，发现国防科委和七机部的有关领导都已经到了，他们与孙家栋交换着眼神。不一会儿，李先念、余秋里、李德生等中央领导人陆续进入会议厅。
傍晚7点整，周恩来弯曲着一支胳膊，迈着大家熟悉的稳健脚步走了进来，一到会议厅便热情地向大家挥手致意，参加会议的所有人员激动得使劲鼓掌。这时，周总理招手点着前排的位置说：“从发射场赶来的同志请到前面，到前面来坐。”
总理看到后面的人不好意思过来，他环视了一圈又亲切地招呼大家说：“过来，过来，到前面来。”
孙家栋再次近距离看着周恩来总理，看到总理微突的颧骨使眼睛显得更大，看到浓浓的眉毛添了寿眉加了白眉，看到他脸上的老年斑更加明显……
这时，周恩来拿起来自发射场的人员名单，边点名边与本人对号，亲切地问你多大年龄？是在哪个大学毕业的？是什么地方的人？当问到有些从苏联毕业回来的人时，总理幽默地说：“俄文忘没忘呀？一定不能忘，多掌握一门知识是有用的。”
参加汇报的人员中恰巧有几位是辽宁人，他们有金县的，有复县的，有海城的，还有盖平的。总理风趣地说：“很巧嘛，今天来开会的同志是金、复、海、盖，很齐全，那个地方我去过。”会议就这样在活跃而轻松的气氛中开始了。
会议按照事先的议程进行。钱学森按照事先准备的材料一五一十地汇报火箭和卫星进入发射场后的情况。钱学森说：“发射卫星的火箭是一枚大型三级火箭，其复杂程度较之人体的五脏六腑、血脉经络有过之而无不及。”这时他以内疚的心情谈道：“总装时，尽管大家作了反复的检查，但在总检查时还是发现了火箭舱内有遗留下的焊渣和钳子等多余物。”
周恩来的眉头紧锁了一下，立即插话说：“这可不行！这等于外科医生开刀把刀子、钳子丢在了病人的肚子里嘛！你们的产品是允许搬来搬去，允许拆开、再组装，找一遍不行再找一遍，总可以搞干净嘛！无非是晚两天出厂。把焊渣和钳子丢在火箭里头，这是不能原谅的！”
总理的批评很严厉，但切中的要害又令大家服气，大家是打心眼里感到内疚，感到确实不能原谅。
接下来，各系统的负责人作了更为具体的汇报。当一些图纸、原理表格铺在总理面前的地毯上时，总理拿着铅笔和一个蓝色的小笔记本半跪在地毯前，一边仔细听汇报，一边在本上记着，还一边提出一些问题。
在汇报中，遇到专业技术术语听不明白的地方，总理就请钱学森来作通俗的“翻译”。
总理对每个问题的解答都一一谈了自己的看法。
在汇报到安全方案时，总理认真地看着地图上标着的卫星发射后的理论飞行轨迹，又提出了一些类似问题，比如：火箭发生什么故障必须按照安全预案处置？安全预案实施后会产生多大的影响？同时要求对有可能出现的各种情况，都要在目前所掌握的能力范围内多动脑筋，把问题尽可能的想周到。
为了鼓舞大家的信心，总理说：“那就这样吧，同志们大胆地去干吧，搞科学试验嘛，成功和失败的可能性都存在，你们大家要尽量把工作做细、做好，万一失败了也没有什么，继续努力就是了。失败是成功之母嘛！”
会议中，周恩来在听到“文化大革命”的派性矛盾时，点到了孙家栋旁边的一位同志问道：
“你们那儿闹派性吗？”
说着指了指坐在一旁的孙家栋问道：“你俩是一派的吗？”
那位同志说：“不是。”
周恩来又问：“那你俩打派仗吗？”
这时与他们一起来开会的领导赶忙代替说：“总理，他俩的工作能搞在一起。”
周恩来这时说：“好！不闹派性就好！”
在这种时而紧张时而又轻松的气氛中，会议从傍晚7点一直开到深夜12点，中间也没有休息。就在会议快要结束时，大家想，劳累了这么长时间的总理也该早点休息了，没想到，正当大家依依不舍要离开会议厅的时候，听到总理在跟李德生说：“现在就马上去京西宾馆，那个会可以开始了。”
听到这话，大家的心里不禁一热，敬爱的总理就是这样不顾疲倦地为国家、为人民不分昼夜地忙碌着。
15日凌晨1时许，周恩来办公室打来电话，传达周恩来的指示：“从今天起一直到卫星上天，发射场的情况要逐日向周恩来办公室电话汇报。”
1970年4月24日下午3点50分，发射场接到周恩来总理给钱学森打来的电话，周恩来在电话中说：“毛主席已经批准了这次发射。希望大家鼓足干劲，细致地工作。要一次成功，为祖国争光！”
4月24日，位于中国西北部的酒泉卫星发射中心蔚蓝的天空万里无云，随着发射警报从高音喇叭里一次次响起，发射场坪的人员按照发射程序逐步撤离，太阳已经落下，傍晚的天色已经黑暗，但发射场四周的照明灯将发射场照的如同白昼，最后一次急促的撤离警报声拉响后，发射场坪已经空无一人，地下控制室的潜望镜伸向地面，人们屏气呼吸等待火箭点火的最后一刹那……
21时35分，高音喇叭里传出指挥员那洪亮的“点火”口令，地下控制室发射控制台前的胡世祥（日后升任解放军总装备部中将副部长）按下火箭“点火”的按钮，瞬间，载有“东方红一号”卫星的运载火箭的发动机喷射烈焰，火箭伴随着轰鸣声腾空而起刺向天空。
控制室监测仪器灯光闪烁，仪器的“哒哒”、“哒哒”声不断显示着飞行正常的数据。
仅仅几分钟时间，火箭按预定轨迹就飞出了人们的视线，但人们的目光仍然停留在火箭消失的地方不肯收回……
15分钟后高音喇叭里传出测控系统报告“星箭分离”、“卫星入轨”的消息。
“东方红一号”卫星发射成功了！
《东方红》乐曲环绕太空、响彻全球！
大家欢欣跳跃，相互拥抱祝贺，泪水和汗水交织在了一起。
孙家栋的工作得到了各级领导的充分肯定，钱学森曾满意地对大家说：“看来，把孙家栋找来还是对的，他确实敢干事，他也的确会干事。”
这是中国自行研制的“长征一号”三级运载火箭发射成功的第一颗自行设计制造的人造卫星。卫星初始运行轨道距离地球表面最近点（技术术语称之为近地点）高度439公里，距离地球表面最远点（技术术语称之为远地点）高度2384公里，轨道平面与地球赤道夹角（技术术语称之为轨道倾角）68.5度。卫星外型为近似球面直径1米的72面体，卫星重量173公斤，用20.009兆赫的无线电频率播放《东方红》乐曲。这是我国继苏联、美国、法国和日本之后，成为世界上第五个能够独立研制和发射人造地球卫星的国家。
在当时国际航天舞台上，1957年10月4日，苏联成功地发射了世界上第一颗人造地球卫星“伴侣一号”，它的外形像一个大皮球，外径0.58米，重83.6公斤，它的构造比较简单，由两个铝合金半球壳对接而成，壳外有四根鞭状天线。1958年1月31日，美国发射了第一颗人造地球卫星“探险者一号”，卫星重8.22公斤，携带了很多仪器，它首次发现了地球辐射带。1965年11月26日，法国发射了第一颗“试验卫星一号”，它是一个双截头锥体，重42公斤。“大隅号”是日本1970年2月11日发射的第一颗卫星，外形呈球形，直径0.45米，重量只有9.4公斤，这颗卫星的发射比中国的第一颗卫星仅早两个多月。
中国发射的这颗卫星的质量，比上述四个国家第一颗卫星的质量总和还要多，其跟踪手段、信号传递方式、星上温度控制系统也都超过上述四个国家第一颗卫星的水平。
当初，孙家栋接手对中国第一颗“东方红一号”卫星确定总体设计指标时，矛盾接踵而至。体积要求、重量要求、功能要求、匹配要求，一个接一个的要求出现在孙家栋面前。比如功率消耗的分配与限制，首先对各系统提出了具体限制要求，要求各系统在设计分配指标时将功率消耗控制在所限定的要求内，各分系统、子系统必须层层照章办理。而各系统为了给本系统留有余地，都想方设法尽量多申请一点指标。“东方红一号”卫星上使用的是化学电池，从总体出发难以平衡和满足各系统的初始功率消耗要求。当某些系统申请到了比较大的功率指标后，严格要求自己的分系统加以控制，不得突破，经过研制人员的“精雕细琢”，有些系统在实际研制中却又没有用了那么大的功率，这些功率消耗不掉反过来又给整星的温度控制系统带来不必要的新问题。比如当时卫星上的应答机已经申请到了10瓦的热耗指标，可是设备研制出来验收交付时的实际功率却只有8瓦。此时，整星的热控计算早已完成，按照卫星的研制进度热平衡也都已经安排完毕，如果这里少2瓦，那里少1瓦……卫星的整星温度就会变低，卫星的整体温度水平就会受影响。当时各系统的设备都已经做出来，再改动已经来不及了，由于进度要求非常紧迫，任何细小的改动都可能牵一发而动全局，这个看似小的问题竟然突出了起来。当这对矛盾反映到技术总负责人孙家栋那里时，孙家栋也感到很头疼，但他经过认真思考，却用逆向思维方法提出了一个解决方案：为了不影响卫星的整体热平衡，哪个系统出现了余量就在哪个系统串联一个功耗电阻，富余多少就串联多少，把富余的功率由电阻消耗掉。这样，既不影响设备的工作状态，又可以维持卫星整体的温度水平保持原设计的平衡状态，问题就这样得到了解决。后来的卫星出现了重量富裕后，由于动平衡试验已经完成，也采用这种办法，在重量不够的仪器设备处加配重来解决，这不能不说也是一个发明。
孙家栋的信念就是要绞尽脑汁把可能出现的问题考虑足，要想尽一切办法把出现的问题、有可能出问题的现象都一个一个排除，做到心中有数。没有在发射现场的孙家栋坚守在北京卫星总体设计部设立的临时卫星接收站，他及时将汇集来的信息进行比对，验证卫星信息的可靠性。此时，卫星成功了！卫星真的成功了！他抑制着自己发自内心的无比喜悦心情，眼里涌满了激动的泪水。这时，他也想欢呼、想跳跃，但他悬空多日、高度紧张的大脑一经放松，顿时感到浑身疲惫无力，他坐在椅子上伸直双腿将头靠在椅背上，任凭眼泪涌流。昔日的汗水，此时的泪水，表达了孙家栋对祖国第一颗人造地球卫星的无限深情。
