卫星发射成功后，国防科委推荐以钱学森为首的17位功臣组成观礼团，在天安门城楼上与毛泽东、周恩来总理共同欢度“五一”国际劳动节，但这17人中却没有技术总负责人孙家栋。此时的孙家栋会有什么感想？他的心里会不会感到委屈和难受？几十年后当有记者采访他谈到这件事情时，孙家栋心态依然很平静。那个年代能有机会上天安门，并且能见到毛主席和那么多中央领导，是一件非常荣耀的事。但是坦率讲，在“文化大革命”期间那种特殊的政治环境里，追求个人荣誉的念头似乎不是那么现实，所以没有那么大的失落感。因为孙家栋所要做的事情是把卫星搞成功，现在卫星已经成功地在天上运转了，心里最为关心的实际上是卫星什么时候会过我们的头顶、能不能按照理论要求准确运转。
当时的《人民日报》整版登了卫星运行时间表，几点几分过天津，几点几分过广州，几点几分过北京、过上海、过西安……都标得清清楚楚，还特别解释什么时间能够看见。因为白天看不见，如果正好是晚上刚要黑天的时候过你这个城市，你就能看见了。
由于是第一次搞卫星，所有参与研制的人全部都是第一次，每个环节会出现什么问题完全都没有经验可依，经常是完成了前一项工作马上就不由自主地想到后面将会出现什么事情。当然，那时候技术基础比较薄弱，最为担心的还是卫星的稳定性，特别害怕星上有什么仪器状态不稳定，牵一发而动全局，脑子所想的全部是这方面的事情，所以要说费心思的话，在担心出问题方面所费的心思要远比上天安门费的心思多得多。
一直到现在，都已经是应用卫星时代了，卫星在天上的工作寿命都已经达到五年、八年、十多年了，搞航天的还总有个习惯总担心卫星会突然出问题，时刻想着得在地面想办法怎么来解决。现在第一线同志平常老讲一句话，卫星发射上天以后是“天不怕、地不怕，就怕指挥所来电话”。指挥所来电话干什么？好事不找你，发现天上有点小毛病，半夜打电话告诉你出了毛病了，你就必须立即赶到现场组织相关人员研究、解决。
在中国第一颗“东方红一号”人造地球卫星发射成功三十五周年前夕，2005年4月21日，中国空间技术研究院在北京隆重举行了“我国第一颗人造地球卫星东方红一号卫星诞生地”纪念碑揭幕仪式。孙家栋来到了纪念碑揭幕仪式现场，他与闵桂荣、王希季、屠善澄、戚发轫以及当年参加过“东方红一号”卫星设计、研制、生产和管理的几十位老领导、老专家、老工人站在北京卫星制造厂3号厂房前，他们的思绪回到了35年前那段美好的激情岁月，百余名投身航天事业不久的青年科技工作者代表与老一代航天人在一起，共同见证了这一具有历史意义的时刻。现任中国空间技术研究院院长的袁家军满怀深情地致辞，与孙家栋等一起将覆盖在纪念碑上鲜红的幕布揭开时，一座一人多高的岩石雕刻的纪念碑呈现在人们眼前，人们热烈鼓掌。它见证着中国航天的历史，是中国航天进军太空的一座永恒的里程碑。当孙家栋与袁家军两人的手紧紧握在一起的时候，目光交会，昔日老院长与现任新院长对中国航天的热爱之情饱含其中。
袁家军，1962年9月出生，现任中国空间技术研究院院长，中国科协副主席，国际宇航联合会副主席。2006年3月获博士学位，曾任“神舟一号”飞船第一副总指挥，“神舟二号”至“神舟五号”飞船总指挥。2000年获国防科学技术一等奖，2003年获国家科技进步特等奖，2004年获中国载人航天工程突出贡献者奖章和第八届中国青年科技奖。
35年前，中国以“东方红一号”卫星为起点，迈出了征服太空的第一步；35年后的今天，中国航天成就令世人瞩目。放眼未来，中国航天人必将创造新的更伟大的辉煌。
会后，有记者就“东方红一号”卫星的研制过程，采访当年“东方红一号”卫星总体技术负责人孙家栋时，孙家栋满怀豪情地说：“是中国航天精神铸造了中国第一星。”
卫星一旦进入发射场就标志着发射日的临近……
1984年1月26日16时15分，卫星完成了发射场的各项检测任务，发射倒计时程序进入5小时准备时，发射人员按照测试规定对火箭进行第二次功能检查时，突然发现火箭稳定系统偏航波道输出信号超出正常值，经判定为陀螺平台功能性故障，并决定中止当日发射，更换陀螺平台，于1月28日24时前做好重新发射的一切准备工作。为此，卫星也被迫从火箭顶上卸下来。
孙家栋立即组织卫星人员进行具体部署，首先要有整体意识，不能有任何怨言，要积极主动予以配合，要切实对卫星做好监测和保护，绝不能由于卫星的原因影响整体计划。卫星试验队的全体人员对孙家栋做出的决定不仅坚决拥护，而且打心眼里佩服。
1984年1月29日，三天后即是中国传统的春节，第一枚“长征三号”运载火箭载着试验通信卫星从发射台上腾空而起、飞向太空。第一、二级的工作和第三级氢氧发动机的第一次工作都正常，地面各测量站跟踪良好。但当火箭飞行到940秒时，第三级氢氧发动机第二次启动后，推力消失，未能将卫星送入预定的地球同步转移轨道。经对空中的卫星进行测试，卫星上各系统工作正常，但由于没有送入预定轨道，卫星不可能按照飞行程序正常运行。
孙家栋与所有卫星研制人员在痛惜之余立即调整思路，他们面对现实，组织技术人员们制定出利用卫星每日飞越我国领土上空的有限时间内进行有效试验。卫星在这样的低轨道运行存在许多问题。首先，卫星距地近绕地周期短，每圈都要经过太阳阴影区，星上镉镍电池的充放电与原来的设计状态有较大变化，出阴影区后的充电时间很短，根本就不可能按设计完成充放电。有可能执行卫星远地点发动机点火时，镉镍电池无法提供发动机点火所需要的大电流脉冲功率。西安卫星测控中心根据远望号测量船从海上传来的数据，立即开始了抢救卫星工作。孙家栋与时任航天工业部副部长宋健、西安卫星测控中心副主任郝岩立即组织主要技术负责人研究应急方案：换用近地卫星程序，迅速做出初步轨道预报；闽南、渭南两站立即准备拦截捕获卫星；为了减少功率消耗，关闭星上部分加热器；增加卫星自旋转速，稳定卫星姿态，择机实现远地点发动机点火，变换卫星运行轨道；调整卫星姿态，保证太阳入射角在设计指标范围内，达到解决星上能源危机，延长卫星工作寿命，力争尽可能多地进行试验项目。
孙家栋坐镇西安卫星测控中心，决定卫星运行第13圈时实施星上远地点发动机点火。经过短时间的精心准备，对上述方案进行了成功的实施，卫星远地点发动机点火工作后，将卫星由近地轨道变为远地点6480公里、近地点358公里的大椭圆轨道，运行周期也从原来的1小时30分钟延长至2小时43分，使试验通信卫星成为一颗能长期工作的科学实验卫星。故障对策的成功运用，提高了卫星的运行寿命，利用这种条件，进行了卫星及其各系统的功能考核、性能指标测试和寿命试验，并且完成了通信、广播、彩色电视传输试验，取得了大量宝贵资料。首次发射虽然失利，但各系统得到了全面检验，为后续试验通信卫星的发射积累了经验。
这次发射试验任务，涉及全国20多个省、市、自治区，国务院30多个部、委，解放军各总部、有关军兵种、9个大军区以及所属的上千个单位。从陆地到海洋的长达7000多管理的航区内，设置有发射、测量跟踪控制、通信联络、水文、气象、运输保障、海上救援等系统。仅通信系统就配置了600多个台、站，2000多台（套）设备。
1984年4月，正是西昌的阴雨季节，4月8日这天整个白天乌云笼罩，发射场西边的山头在云雾中缭绕。今天，第二枚“长征三号”运载火箭载着第二颗试验通信卫星再行组织发射。傍晚时分，正当大家怀疑气象预报准确性的时候，云层开始变薄，天空开始放晴，夜色降临，倒计时的发射时间在一分一秒推移。这时，发射场上空的繁星点点在闪烁，空中已是一片晴朗。
19时整，环抱运载火箭的发射塔活动平台徐徐展开，矗立在发射台上巨龙一般的乳白色“长征三号”运载火箭雄伟挺立，整装待发。
19时15分，连接地面与卫星的脱落插头成功脱落，指挥控制室的显示屏上显示出卫星、运载火箭、发射设备以及测量控制系统全部正常。
19时20分，“长征三号”运载火箭喷射出巨大的烈焰，在震耳欲聋的轰鸣声中离开发射台，冲向天空，飞离地球。
19时40分，“长征三号”运载火箭第三级准确入轨，成功地将地球静止轨道试验通信卫星送入地球同步转移轨道，发射终于获得圆满成功。
发射成功的第二天，孙家栋刚刚卸下卫星发射的重任，还没来得及喘息休整好好睡一觉，便乘坐专用飞机马不停蹄地从西昌卫星发射中心紧急赶往西安卫星测控中心。
4月10日8时47分，西安卫星测控中心对卫星发出远地点发动机点火的遥控指令，发动机准时点火，正常工作，在东经142度附近将卫星推入地球准同步轨道。接着，卫星测控中心按照程序对卫星进行了姿态调整，使卫星建立了能够正常工作的自转轴垂直于地球赤道平面姿态，获得了利用红外信息长期跟踪控制的条件。
试验的征途总是不能一帆风顺，正当这颗卫星经变轨、远地点发动机点火进入地球准同步轨道，向预定工作位置漂移的时候，西安卫星测控中心通过遥测数据发现，装在卫星上的镉镍电池温度超过设计指标的上限值，并且还有继续上升的趋势，遥测数据显示，卫星的外壳和其他部分仪器的温度也偏高，如果控制不住，温度继续升高，刚刚发射成功的卫星可就要危在旦夕了……
地面的技术人员遥测几万公里高空发热的卫星，如同医生在诊断“发高烧”的病人，如果不及时为病人退烧，则会危及到病人的生命。但是，现在的病人并没有呈现在医生的面前，而类似于远程医疗，而是远在36000公里高度的赤道上空沿着太空运行轨道在快速飞行。刻不容缓，如果不立即让卫星退烧，将会引起卫星蓄电池损坏以至使整个卫星失效。
此时的孙家栋可以说心力交瘁、疲惫不堪。孙家栋立刻领导并投身到对卫星故障的应急处置中，他立即召集技术人员开会，发挥技术人员的聪明智慧，群策群力，出主意想办法，孙家栋也简练地谈了自己的想法，很快建立了一个解决问题的思路。孙家栋凭着对卫星及其飞行过程的分析，初步判断认为卫星发热是由于卫星相对太阳姿态角的变化所引起的，果断地提出克服蓄电池热失控的应急方案，做出对卫星进行大角度姿态调整，增大太阳的照射角，降低太阳电池阵与蓄电池之间的电压差，减小充电电流，迫使蓄电池停止升温和降温的应急故障处置的决定。图31
西安卫星测控中心的指挥人员和操作人员一经接到对卫星的处置通知，便及时在地面对36000公里高空的卫星发出了应急指令：将星上所有功耗仪器设备全部打开，尽可能多地消耗电能，多次调整卫星姿态，改变太阳辐射角，以减少太阳能电池对卫星的供电，最大限度地增加镉镍电池放电量。只听指挥、操作人员“发出开启指令！”“指令发出！”“星上接到指令，执行完毕！”完成这些技术措施后，卫星的电池温度立即出现了得到控制的趋势，证明所采取的措施正确的。但此时的卫星还不能正常工作，在这种状态下仍然不能正常进行通信传输。孙家栋与相关专业人员群策群力，又经过几个昼夜的模拟试验发现，当太阳照射角为90度时，卫星能源系统将保持平衡可以将温度控制在设计指标范围内。孙家栋果断命令对卫星姿态角再调整5度。1974年11月5日中国返回式卫星发射时，孙家栋曾就在发射指挥室打破正常程序，不顾一切地果断命令“停止发射！”十年后的今天，孙家栋又一次发出了打破常规的指令。按照正常情况，“立即再调5度”的指令需要根据精确的运算数据结果，形成文件按程序审批签字后才能执行。在这种紧急情况下，各种审批手续都已经来不及。操作指挥员确实感到压力巨大，尽管孙家栋的指令已经在设置的录音设备中录了音，但毕竟没有经过指挥部会商签字，但孙家栋的位置和人格魅力，他既然发出了指令，势必要立即执行。在指挥现场的几个操作人员为了慎重起见，临时拿出一张白纸在上面草草写下“孙家栋要求再调5度”的字据要孙家栋签名，孙家栋毅然拿起笔，在字据的下方签下“孙家栋”三个字。要知道这三个字的分量和风险，这如同十年前发射卫星的情况一样，也需要把个人的一切顾虑抛到脑后，战争年代这叫做“生死置之度外”，在没有硝烟的卫星发射、测控现场，这难道不是一种不顾个人安危的“大义凛然”！
这时，天上的卫星执行了地面发去的指令后停止了温度上升，温度一点一点回落出现了下降的趋势，蓄电池热失控的现象被制服了。
西安卫星测控中心对卫星姿态再次调整后，验证了这一措施的正确性，最终正确地选择了长期运行的姿态，卫星终于化险为夷，保证了卫星定点和长期稳定运行。孙家栋这时也确实也到了精疲力竭的程度了。图32
对太空中“发烧”卫星的这种处理决策在世界航天界实属少有，同事们惊叹这一绝招。事后，对卫星故障处理的这种创造引起了航天界人士的关注，当时人们就纷纷说，这真是为我国通信卫星工程立了一大功劳！
4月16日18时28分，卫星在地面的控制下，准确定点于东经125度赤道上空，实现了运行周期相对于地球的静止同步轨道，中国拥有了自己的第一颗通信卫星。但是，科学试验屡经磨难，卫星在轨一波三折，经检测后发现卫星上的定向通信天线无法展开正常通信，原因是天线在同卫星一起旋转。这一情况报告到孙家栋那里时，孙家栋果断决定立即启动星上消旋系统！测控中心向卫星发出消旋指令后，卫星工作趋于正常。4月17日18时，卫星通信试验正式开始。早已调试好的北京、南京、石家庄、昆明、乌鲁木齐通信地球站待命展开数字化通信、广播、彩色电视节目传输、报纸版型传真和时间标准频率播发等工作，结果表明卫星工作正常，传输品质良好。孙家栋又马不停蹄地赶回北京验证在轨测试结果。
4、挑战月球
启动探月工程
中国古时候把月亮称为月宫，流传着嫦娥奔月、吴刚捧出桂花酒等神话和传说，表达了对月亮的神往。地球的人类仰望天空憧憬着月球，千百年来浮想联翩，梦想着长出一对翅膀，飞向茫茫宇宙去探索月球的奥秘。
月亮是离地球最近的星球，陪伴着人类的进化、社会的发展，月亮与地球共同分享着天体演变的宇宙沧桑……
科学家们对科学的探索总是无止境的，他们的大脑总在不停地思考着科学技术的前沿发展趋势。在中国航天发展的历程中，在第一颗“东方红一号”研制中就已经在酝酿着后续的卫星发展计划，“东方红一号”发射成功后紧接着就发射了“实践一号”卫星，以后的返回式卫星、遥感探测卫星、通信卫星、气象卫星、载人航天工程都按照规划逐步实施，并且取得了一个又一个重大成就。
纵览国内外航天科学技术和航天发展历程，发射人造地球卫星、载人航天和深空探测是航天活动的三大领域。我国已经成功地发展了人造地球卫星和载人航天，但深空探测还一直属于空白。适时开展以月球探测为起点的深空探测将是中国下一步航天活动的必然选择，也是中国航天事业持续发展、有所作为的重大举措。
其实，我国的一批专家、学者在较早时候就在跟踪国外发展动向，并且把月球探测作为深空探测的起点进行论证。我国有关部门曾在1994年开始组织了相关专家对开展月球探测的必要性和可行性进行过初步分析与论证。当时中国已经启动了载人航天工程，为载人飞船配套的长征2F运载火箭首次试验性发射将运载什么有效载荷的问题，有人提出用有限的资金发射一颗简易月球探测卫星的方案。由于当时还难以提出一个完整的月球探测发展规划，缺乏长期和有深度的科学探测目标，并且当时国家的经济环境刚刚好转，航天基础还不像如今这样扎实，导致当时的月球探测方案无法完善，探月计划未能启动。
孙家栋当时也多次参加了发展月球探测相关的研究讨论，他认为，我国已经掌握卫星技术、运载火箭技术、测控网技术和发射技术，拥有一支技术雄厚的卫星技术研制队伍和空间科学研究队伍，根据目前对月球探测和月球科学跟踪研究的储备以及我国所具备的能力，开展月球探测活动的条件业已成熟。深空探测是当今世界科技发展的前沿领域，具有很强的基础性、前瞻性、创新性和带动性，将月球探测作为深空探测起点是正确的选择。
孙家栋的老搭档，曾经也担任过中国空间技术研究院院长、卫星总设计师的闵桂荣院士，早在20世纪90年代初就提出了中国也应该进行月球卫星研制的建议。
闵桂荣，资深卫星技术专家，工程热物理学及空间技术专家，1992 年被选为国际宇航科学院院士，历任中国空间技术研究院院长，卫星总设计师，国家863 计划航天领域专家委员会首席科学家等职。1991 当选为中国科学院院士（学部委员）。1994年当选为中国工程院院士。在闵桂荣的倡议下成立了“863月球探测课题组”并做了相应的工作。
当时，载人航天工程正在如火如荼地开展论证工作，为了突出重点，搞月球卫星的建议没有激起大的波澜，但探测月球的希望之火并没有在科学家的心中熄灭。
1995年，中国科学院地球化学所、空间科学应用中心和中国空间技术研究院的欧阳自远、叶自立、陈康文、褚桂柏、林文祝等专家经过一年的研究，编制了一个较完整的月球探测可行性报告。他们通过分析国外月球探测活动发展状况，探讨了我国开展月球探测的必要性，提出我国月球探测的项目与任务，论述我国开展月球探测已具备的条件，提出开展月球探测发展阶段设想和第一阶段月球探测的科学目标以及第一颗月球卫星的方案设想。他们在报告中提出，我国在航天工业卫星、载人航天、深空探测的三大领域中，一直到90年代还只开展了前两个领域的研究和实施，深空探测仍属空白。开展月球探测活动不仅能壮国威，提高民族凝聚力，了解月球、深化人类对地球、太阳系以及宇宙的起源与演化的研究和认识，而且积极参与月球上丰富的核聚变燃料氦3的研究，这也是各国未来解决能源危机必争的资源。
1997年4月7日，中国科学院三位院士杨嘉墀、王大珩、陈芳允发表了《我国月球探测技术发展的建议》。相关研究单位和部门也曾组织专家和研究人员，对中国开展月球探测的可行性、必要性以及科学目标进行过分析与研究，先后向主管部门提交了《中国月球探测发展战略研究》和《月球资源探测卫星科学目标》等论证报告。
对月球的研究探测是航天领域以及相关科学领域科学家们多年的期盼，孙家栋多次提出，人类对航天研究应用的下一个必由之路就是对月球探索的深入。科学家们对探测月球充满着激情，这个激情既是对科学无止境的追求，也是对国家技术发展的责任。
历史的车轮刚刚迈入新世纪的2000年，时任中国国防科工委副主任、中国国家航天局局长的栾恩杰频繁地找孙家栋，他非常了解孙家栋这位航天总体大师高超的谋略、敏捷的思维、丰富的经验、对中国航天的钟情和在航天界的影响力以及人格魅力。这两位在业内极具影响力的老航天满怀神圣的使命感，在一起谋划着中国航天发展的战略思路。他们两人的灵感一经碰撞立即迸发出了具有前瞻性的火花。他们认为，按照国家目前的技术水平和经济实力完全可以开展对月球研究探测的工程实施，如果能够正确掌握需求牵引关系，就可以着手考虑工程实施方面的大思路了。孙家栋与栾恩杰两人一拍即合，他们又把几十年来对月球资源应用有着极大兴趣的中国科学院欧阳自远院士找来一起切磋谋划探月工程实施的事情。
栾恩杰，我国著名导弹控制技术专家和航天工程管理专家，国际宇航科学院院士，1965年毕业于哈尔滨工业大学自动控制专业，同年考入清华大学攻读研究生。1968年在第七机械工业部第四研究所工作，1970任七机部第一研究院技术员。1978年后，任七机部第二研究院十七所室副主任、副所长、所长。1984年后，任航天工业部第二研究院副院长，航空航天部总工程师。1993年6月任中国航天工业总公司副总经理、国家航天局副局长。1998年4月起任国防科学技术工业委员会副主任兼国家航天局局长。第十三届、十四届、十五届中共中央候补委员，中国载人航天工程副总指挥，中国探月工程总指挥。
欧阳自远，中国科学院地球化学研究所研究员，中国科学院国家天文台高级顾问，1991年当选为中国科学院院士（学部委员），第三世界科学院院士，中国矿物岩石地球化学学会名誉理事长，中国空间科学学会副理事长及空间化学与空间地质学委员会主任，中国科学院国家天文台高级顾问，中国科学院地质与地球物理研究所兼职研究员。他系统地开展了各类地外物质、月球科学、比较行星学和天体化学研究，是我国天体化学领域的开创者。发展了铁陨石、玻璃陨石和宇宙尘成因理论；提出了吉林陨石的形成演化模式及多阶段宇宙线照射历史的理论以及新生代以来六次重大撞击事件诱发地球气候环境灾变的新观点；提出并论证地球两阶段形成模式及对成矿与构造格局的制约、组成地球和类地行星的非均一化学组成与非均变演化理论的新理论框架。
几经酝酿，栾恩杰按照行业归口，大胆地主抓了中国的第一部《中国的航天》白皮书的编制工作。2000年11月22日，中国政府首次公布了《中国的航天》的白皮书，白皮书在我国未来发展目标中明确指出，将“开展以月球探测为主的深空探测的预先研究”。中国向国际庄严宣告了向深空探测的进军号令。
搞了一辈子航天工程总体的孙家栋明确提出了自己的观点。他认为，作为进军月球这样的航天大工程的实施，首先要获得国家的立项批准。孙家栋根据自己多次开创大型航天工程担任总设计师的经验，在立项之前必须明确工程目的、实现途径、需求牵引、技术经济可行性、远期目标的连续性等原则问题。孙家栋提出，工程起步要先立足于满足工程的基本条件，在基本条件的基础上由简到繁分步实现工程应用的发展目标。
孙家栋不愧是航天工程的总体大师，在航天发展新跨越的重要历史关头，他又一次发挥了他的独到见解。按照他的几轮描绘，庞大繁杂的头绪即刻清晰，孙家栋的想法立即得到了栾恩杰和欧阳自远的赞同。英雄所见略同，他们三人分头行动，立即着手组织专家按照新的思路进行专门论证，开展编制技术经济可行性研究报告等工程立项方面的实质性的前期工作。
2001到2002年间，孙家栋受国防科工委委托，组织全国各方面力量，开展了我国月球探测卫星的科学目标与有效载荷配置的研究，对我国月球探测关键技术的解决途径，对月球探测工程的综合立项工作进行了反复论证。通过为期一年的综合论证，最后得出结论：科学目标明确、先进，技术能够实现，没有颠覆性的技术问题。为国家的最后决策提供了科学依据。
中国的探月计划从论证开始，就受到国家领导人的高度重视，2002年10月17日，国务院第三次会议上朱镕基总理批示要抓紧探月工程的论证工作。
2003年2月28日，国防科工委在北京召开了200余人参加的“2003年民用航天工作会暨探月工程筹备会”。国防科工委邀请孙家栋等20名院士作为正式会议代表参加了会议。会上，国防科工委副主任栾恩杰作了题为《与时俱进，开拓进取，谱写中国航天新篇章》的报告。报告中提出了“正式启动探月工程筹备工作”。时任国防科工委主任的刘积斌宣布了探月工程组织系统名单，任命孙家栋为探月工程筹备阶段的总设计师，由他负责组织工程总体方案研究实施的筹备工作，孙家栋的肩上挑起了中国航天又一里程碑性质的新重担。
2003年9月，国防科工委向中央专委汇报了《我国月球探测工程具体思路》。
温家宝总理对开展绕月探测工程十分重视。2004年1月23日（农历大年初二），温家宝总理批准绕月探测工程立项，将我国第一个月球探测工程命名为“嫦娥一号”工程，绕月探测工程正式启动。
温家宝总理提出：“月球探测工程是一项复杂、多学科、高技术集成的系统工程，要统筹规划，合理确定科学和工程目标，要充分调动和整合各方面科研资源，加大重大关键技术的攻关力度。各部门要精心组织，团结协作，高标准、高质量、高效率地完成绕月探测工程任务。”
2004年2月19日，国务院批准成立由国防科工委任组长单位，国家发展与改革委员会、科学技术部、财政部、总装备部、中国科学院、航天科技集团公司等单位参加的绕月探测工程领导小组。接着，在国务院批准成立绕月探测工程领导小组不到一周的时间内，国防科工委便组织召开了绕月探测工程小组第一次会议。人们议论是栾恩杰和孙家栋搭档得好，主意出得高。
2004年2月25日，国防科工委宣布：绕月探测工程于今日起正式实施。孙家栋参加了会议，他的内心异常激动，中国航天开始了脱离地球飞向月球的挑战。此时压到孙家栋肩上的担子虽然沉重，但作为航天人对中国航天的热爱，则是一件令人兴奋的大事。绕月探测工程领导小组在会上确立了绕月探测工程的科学目标、工程目标和研制计划。向所有参加研制、生产、试验的单位和人员指出，绕月探测工程是继载人航天工程后又一举世瞩目的重大科技工程，一定要以高度的责任感、使命感和紧迫感，抓住机遇，乘势而上，团结一心，大力协同，抓紧抓好绕月工程的组织实施，确保这一重大科技工程的顺利实施，按计划、高质量地完成任务；一定要发扬“两弹一星”和载人航天精神，不怕疲劳，连续作战，奋勇攻关，敢于胜利，努力攀登新的科技高峰，为人类和平利用空间资源作出积极贡献。
2004年3月25日，北京各大报纸以醒目标题发出人们关注的消息：“嫦娥工程”领军人物确定。
中新社北京二○○四年三月二十五日电：中国国防科学技术工业委员会二十五日在北京举行“嫦娥工程”第一次工作会暨大总体协调会，工程领军人物也已一一确定。
“嫦娥工程”领导小组组长：中国国防科工委主任张云川。
“嫦娥工程”总指挥：中国国防科工委副主任、国家航天局局长栾恩杰。
工程副总指挥四位，分别是解放军总装备部副部长胡世祥、中国科学院副院长江绵恒、中国航天科技集团公司副总经理马兴瑞、中国国防科工委秘书长孙来燕。
“嫦娥工程”总设计师：中国航天科技集团公司高级技术顾问、中科院院士孙家栋。
副总设计师三人，分别是中国载人航天工程副总设计师陈炳忠、中科院空间科学与应用研究中心姜景山院士、中国运载火箭技术研究院龙乐豪院士。
“嫦娥工程”月球应用科学首席科学家：中科院地球化学研究所研究员、国家天文台高级顾问欧阳自远院士。
“嫦娥工程”由五大系统组成，发射系统总指挥、总设计师分别是西昌卫星发射中心徐宏亮、解放军总装备部工程设计所于建平；测控系统总指挥、总设计师分别是西安卫星测控中心董德义、解放军总装备部测通所于志坚；应用系统总指挥、总设计师分别是国家天文台的艾国祥、李春来；卫星系统总指挥兼总设计师为中国空间技术研究院的叶培建院士；运载火箭系统总指挥、总设计师分别是中国运载火箭技术研究院的岑拯、贺祖明。
至此，中国航天开始了新的里程碑，中国绕月探测工程正式步入轨道，在工程领导小组的统一领导下，按照工程总指挥、总设计师两条指挥线正式展开工作。
中国目前已具备拓展航天活动领域的基本条件和需求，开展以月球探测为起点的深空探测是必然选择。国家决定上马月球探测工程，用最少的投资，在最快的时间里，“快、好、省”地获得月球探测第一手资料，为后续更加深入的探测积累经验、创造条件。
工程组织指挥体系的建立，标志着中华民族千年奔月之梦开始启动。四十多年以来，中国的所有航天试验都是围绕地球的活动，而现在月球探测拉开了中国深空探测的帷幕。孙家栋年届75岁，他又一次接受了新的挑战。探月工程将成为我国航天事业继“两弹一星”、载人飞船之后的第三个里程碑，“婵娟从此不寂寞，广寒期盼故乡人”。
孙家栋对之前所完成的研究结果非常重视，他在此基础上，又多次组织进行了验证性和改进性研究，进一步修改和制订了新的工程方案。他还将论证工作取得的结论提交863专家委员会进行了研究，这些结论性的意见，得到了闵桂荣以及王大珩、陈芳允、王永志、杨嘉墀、王希季、屠善澄、陈述彭等诸多院士的肯定。
月球探测工程运筹于科学殿堂，决策于高层。按照温家宝总理的批示，我国月球探测工程确定了四项实施原则：
一、要服从和服务于科教兴国战略和可持续发展战略，以满足科学、技术、政治、经济和社会发展的综合需求为目的，把推进科学技术进步的需求放在首位，力求发挥更大的作用。
二、月球探测具有大型科学探索活动的显著特点，高投入、高风险、高收益，工程要根据国情国力，贯彻“有所为、有所不为”的方针，选择有限目标，突出重点，集中力量，在关键领域取得突破，循序渐进，持续发展，为深空探测活动奠定坚实的基础。
三、中国的月球探测工程虽然起步晚，可以利用已有的国外探测成果，借鉴国外月球探测工程的经验和教训，但起点要高，要优选探测目标，优化技术实施途径，做一些别人尚未做过的事，有一定的先进性和创新性，在填补我国月球探测空白中，形成自己的特色，为国际月球探测作出应有贡献。
四、要在独立自主、自主创新的基础上，大力开展国际交流与合作。月球探测具有开展国际交流与合作的有利环境和条件，积极探索多层次、多渠道的国际交流与合作，从学术交流、共同研究到合作研制，逐步扩大合作规模，提高合作层次，以较少的投资，争取更多的成果，并实现技术上的飞跃。
孙家栋组织有关专家经过充分酝酿后，大家一致认为，绕月探测工程的主要目的是从科学的角度去了解月球这个离人类最近的天体，通过对月球由浅入深的了解，促进航天工程技术带动相关产业技术的发展向更深更广的领域迈进。
孙家栋在一次研究深空探测的会议上谈到，不论哪个国家，从事航天活动共同遵循的原则通常都是：尽量采用成熟技术，在成熟技术的基础上继承、发展、运用新技术。通过解决、攻克工程中技术难关的艰苦过程，将会很自然地得到创新和提高，并且在科学探索过程中起到科技拉动作用，从而在相关领域产生连锁性的跨越式发展。如果说世界各国为了实施探月之路花费了巨大代价话，那么，中国的探月计划则应该在他们成功与失败的基础上，采取最为优化和最为经济有效的方案。要围绕突破月球探测卫星的关键技术、初步建立中国的深空探测工程大系统、验证有效载荷和数据解译等各项关键技术、初步建立中国深空探测技术研制体系、培养相应的人才队伍等方面找出技术难点，拟制出具体解决措施，安排好相关计划来具体实现上述基本目标。
总设计师的“三步走”原则
自从2005年10月“神舟六号”载人飞船任务获圆满成功后，人们对中国探月工程的关注与日俱增，尤其是公布了我国月球探测三步走、将于2007年实施发射升空的计划后，月球探测工程确实成为中国航天新的热点，这也无疑又增加了总设计师孙家栋的压力。
作为月球探测工程本身来讲，属于我国第一次对地球以外的星体进行近距离探测。完成月球探测工程不仅可以填补中国在月球及行星探测方面的空白，而且为中国改变航天领域的落后局面，为与国际先进水平缩短距离提供了良好的机遇。
根据循序渐进的科学研究原则，在确定近期实施计划的同时，将尽最大可能对长期目标进行考虑和兼顾。我国月球探测工程规划按照“绕”、“落”、“回”三步走的原则进行，每一步所所确定的科学目标和工程目标为：
一期工程为“绕”，即发射月球探测卫星，卫星绕月飞行，并进行遥测，计划在2007年发射，主要科学目标为：获取月球表面三维立体影像，精细划分月球表面的基本构造和地貌单元，进行月球表面撞击坑形态、大小、分布、密度等的研究，虽然别的国家已做过类似工作，但已得到的图像中还存在很多空白区，而中国为月球画像则要完全覆盖月球，包括人类探月活动从没涉足的南北极部分区域。分析月球表面有用元素含量和物质类型的分布特点，主要是勘察月球表面有开发利用价值的钛、铁等14种元素的含量和分布，绘制各元素的全月球分布图，月球岩石、矿物和地质学专题图等，评估月球矿产资源的开发利用前景等；此前美国曾对月球上5种有用元素：铁、钛、铀、钍、钾做过分布规律与含量的探测，这次中国探月活动将元素探测范围扩大到14种元素，将对月球的一些有用资源进行更为全面的前景评估。探测月壤厚度，即利用微波辐射技术，探测和评估月球表面月壤的厚度，并在此基础上，估算部分有用资源分布及其资源量等。探测地球至月球的空间环境。月球与地球平均距离为38万公里，处于地球磁场空间的远磁尾区域，卫星在此区域可探测太阳宇宙线高能粒子和太阳风等离子体，研究太阳风和月球以及地球磁场磁尾与月球的相互作用等。主要工程目标为：研制和发射我国第一颗月球探测卫星；初步掌握绕月探测基本技术；首次开展月球科学探测；初步构建月球探测航天工程系统；为月球探测后续工程积累经验。
二期工程为“落”，即发射一颗月球软着陆器，并携带一个“月球车”，进行首次月球软着陆和自动巡视勘测，计划在2012年前后发射，主要科学目标为：进行着陆区月貌与月质构造调查和综合研究，测定着陆点的月表的环境，测定着陆点的热流、岩石剩磁等；进行月球内部结构研究，对月岩进行现场探测或采样分析，探测着陆区岩石的化学与矿物成分；日地月空间环境监测与月基天文观测。主要工程目标为：发射月球软着陆器，试验月球软着陆技术；研制和发射月面巡视车、自动机器人；进行高分辨率摄影；为月球基地的选址提供月面环境、月形、月岩的化学与物理性质等数据。
三期工程为“回”，即发射一颗月球软着陆器，进行首次月球样品自动取样并安全返回地球，在地球上对取样进行分析研究，计划在2017年前后发射，主要科学目标为：进行着陆区的探测与研究；采集月球样品返回地球，对样品进行系统的岩石学、矿物学同位素月质和月球化学研究，结合月面物质成分的分析数据，深化月球和地月系统的起源和演化的研究；深化对地月系统的起源与演化的认识。主要工程目标为：发展新型月球巡视车；发展小型采样返回舱、月表钻岩机、月表采样器、机器人操作臂等；在现场分析取样的基础上，采集样品返回地球；对着陆区进行考察，为载人登月探测、建立月球前哨站的选址提供数据。
中国探月工程虽然比美国、俄罗斯晚了四十多年，但要在科学上走出中国的创新特色，深化人类对月球的认识，为详细探测和资源开发打好基础，要有所创新，起码要接近或达到目前国际领先水平，同时使成果在国民经济各个领域逐步得到应用。
“嫦娥一号”卫星由于是中国第一次向深空探测领域的迈进，是第一次对地球以外的星体进行近距离探测，一期工程面临着一系列新的关键技术和难点，须突破系列关键技术，比如轨道设计与飞行程序控制，远距离跟踪测量与地面操作控制的实现等这些以前从来没有遇到过的问题。
孙家栋作为探月工程“五大系统”总设计师，在工程方面他考虑最多的问题自然是工程目标的实现、关键技术的解决途径和大系统的配套协调。首先要确立工程目标，找出主要矛盾，将各系统与之相关的问题搞清楚。以往我国开展的航天活动，全部是在地球引力场作用下的环绕地球运动的航天器，实现对地遥感、通信、数据传输、载人飞行等任务。要实现月球探测，则必须使航天器飞出地球引力场，进入到38万公里远的月球引力场。由于月球以及月球与地球、太阳的相对关系具有其固有的特点，因此，研制和发射月球探测卫星是一个复杂的三体定位问题，与一般的地球卫星有很大的不同。
在制定“嫦娥一号”卫星技术方案的会议上，作为总设计师的孙家栋非常果断地说出了自己的观点，他认为，“嫦娥一号”探月卫星如同其他人造卫星一样，也是由卫星平台与有效载荷两部分组成。在满足技术指标要求的前提下，尽量采用成熟技术，不仅可以提高可靠性，减少资金投入，而且可以缩短研制周期。然而，作为一项新的航天工程，必然是国家最高新技术的集合和应用，必然要采用大量当代最先进的技术，需要研制大量新设备，会遇到和攻克从来没有接触过的新问题。因此，需要将成熟技术与新技术科学地交错使用，最大限度地保证可靠性，保证工程目标的实现，保证为后续任务的发展奠定尽可能多的理论与实践基础。虽然孙家栋说他是在抛砖引玉，供大家制订方案时参考，但大家非常统一地认为这个观点应该作为开展工程的原则。
孙家栋的脑子里经常在反复思考着在地球、月球、卫星三体运动的关系。地球、月球、卫星三体运动条件下，月球探测卫星的轨道设计，较以往地球、卫星相对运动条件下的设计更为复杂。
孙家栋举了个例子说：“卫星在地球上发射，但在发射那一刻，月球在太空的什么位置？因为地球与月球都在时刻不停地转动，地球在什么季节与月球的距离最近？最有利于发射控制？都是非常严格的，对运载火箭轨道设计的精确度要求则更为严格，对各个系统的要求也非常苛刻。”
孙家栋还讲道：“探月卫星的发射，计算好在某一天、某一时段几点几分发射轻易是不能变的。”说到这里，他竟然很流利地像小学生背数学口诀似的说：“比如计划好要在某年的4月18日发射，发射时间就要定在6时23分，如果推迟一天，就是6时28分，再推迟一天，就成为6时33分。本来发射就是一件很难的事情，卫星又必须确保在这个时间里准确发射升空就更是难上加难。火箭点火是牵动全局的事情，与之有关的火箭、卫星、发射场、测量控制、通信保障等系统，都要保证与这一发射时间绝对同步，绝对是新的尝试，当然也是一场挑战。仅五大系统绝对同步这一要求，就是中国以前所有的航天发射从来没有经历过的。”
