孙家栋多年来养成了一个习惯，脑子里只要装上问题，他会觉得茶无味、饭不香，他会沉默寡言，日思夜想。有好几次，有时是半夜，有时是凌晨，老伴醒来发现床上的老头不见了，细听房间没有一丝动静，吓得她大喊。孙家栋却很沉稳地说：“你睡你的觉，不要大惊小怪。”原来，孙家栋夜里起来看到窗外挂在空中那明亮的月亮，总会身不由己地到阳台上看上几眼，他仔细看着月亮在慢慢地移动，心里在默黑犬琢磨月亮与工程总体的一些技术方案的联系。有时他在窗前一站竟是几个小时，折腾得老伴也睡不踏实，一会儿要给他披衣服，一会儿要给他搬椅子让他坐在那里看。但有一条，老伴会看他的眼神行事，绝不敢打乱他的思绪惹他不高兴。有一次，孙家栋在阳台上从后半夜一直站到了天空泛白、月亮轮廓变淡的时候，老伴才打趣地说：“月亮真好看是么，看够了，看出名堂了，呵呵，是不是该吃早饭了，司机都该来接你了。”这时的孙家栋却似乎没有倦意，早饭吃得似乎比平常还要多，想必是观察月亮有了新的感悟……
按照发射程序，卫星首先由运载火箭送入地球大椭圆轨道，与运载火箭分离后，利用自身推进系统经过三次调相轨道加速，进入地月转移轨道，在此期间卫星需要进行多次轨道调整和姿态机动，以确保能够准确地被月球引力捕获。卫星在地月转移轨道运行45天后，进入月球捕获轨道，进行三次制动，分别经过三个不同轨道阶段进入月球的目标轨道，执行预定任。卫星从发射到进入月球目标轨道共需飞行8~9天。
卫星姿态控制的三矢量控制问题也是难点之一。在环月飞行期间卫星姿态要一直保持对月、地、日三个天体定向，各种探测器要保持对准月面，以完成科学探测任；卫星发射和接收天线要保持对地定向，以将科学数据传回地球，供地面应用系统研究；卫星的太阳能帆板要保持对日定向，为了使电池阵尽量获得日照，需采用正飞和侧飞两种姿态，以获得正常工作所需的电力，但也增加了姿态控制的附加要求和能量要求。在卫星运行期间，月、地、日三个天体都是相对运动的，姿态控制是三矢量控制过程，需要在卫星整体布局、质量分布、多轴控制跟踪等方面进行很多新的理论研究，也带来许多工程实践上的挑战。
卫星环境适应性设计是一个崭新的课题。卫星运行的复杂空间环境是以前从来没有遇到过的，这将对卫星及星上设备的环境适应性、可靠性提出更高的要求。比如，地月空间的强辐照环境会对电子器件产生很大影响，月球在对日面、背日面条件下的温度变化会在-1701到130尤的梯度内变化，所以对探测器的温控要求更高。
远距离测控与通信问题是以往我国航天活动所没有过的。月球探测一期工程的最大考验是对卫星进行跟踪的测量控制系统。中国航天50年来，我国卫星到达的最远距离是地球同步轨道，约7万公里，而月球距地球大约38万公里，这将给测控系统的传输能力带来新的挑战。此外，卫星在飞往月球的漫漫长路中，必须要对卫星实施多次姿态调整，对卫星进行姿态调整，就必须要对卫星准确测量、准确定位，为地面提供精确的数据。由于我国本土从东到西只有5000公里，空中遥远的卫星如果飞出中国国土的观测区便会丢失，我国目前尚未建成深空测控网，仍然在采用航天测控网和天文观测网相结合的办法，虽可基本满足要求，但余量太小，将给测控的连续性提出更高的要求，解决这些难题，将会使我国继实现应用卫星、载人航天飞行之后，填补我国在深空探测方面的测控空白。
“嫦娥一号”当自豪
绕月探测工程由月球探测卫星、运载火箭、发射场系统、测控系统和地面应用系统五大系统组成，在这五大系统中，将坚持使用中国自己的技术、自己的设备、自己的产品、自己的设计、自己的条件来完成。绕月探测工程五大系统必须有高度统一的协调配合，每个系统都必须在所要求的时间内按照总体计划，保质保量地完成各自的研制任。
探月工程采用的卫星平台，以中国成熟的“东方红三号”卫星平台为基础进行研制，选用“东方红三号”卫星平台主要是鉴于这种卫星平台的成熟性和高可靠性。该卫星平台釆用了许多较先进的技术，如全三轴稳定、统一双组元液体推进、公用平台设计、大面积密栅太阳电池阵和高强度轻重量碳纤维多层复合材料等。此卫星平台1997年5月首次投入使用后，虽然利用这个平台在其他型号的卫星上进行了多次应用，但是，作为“嫦娥一号”的卫星平台却与中国以前所有的卫星平台都不一样，“妇娥一号”的卫星平台在轨道、测控、制导、导航与控制系统和热控分系统等方面都有自己的独特之处。“嫦娥一号”的卫星平台充分继承“东方红三号”卫星平台，并在此成熟技术和产品上进行适应性改造。这种改造针对航天工程本身就是一种科学的方法，因为所谓的适应性改造，实际是在继承基础上的创新，包括突破一批关键技术。例如三维定向技术，也就是使卫星的太阳能电池板、探测头和传输信息的天线分别始终保持能够对准太阳、月亮和地球。另外，在地球、月球和卫星三者间进行探月卫星的轨道设计和紫外月平仪的研制也需要开展技术攻关。这样的三维控制系统和紫外月平仪是过去没有的，具有相当高的技术难度。
根据“嫦娥一号”对运载火箭的技术要求，火箭要把“嫦娥一号”送到近地点200公里，远地点51000公里的大椭圆运行轨道。火箭必须精确地将探测器送入预定轨道，才能准确完成预定探测任。为满足探月卫星的特殊要求，“长征三号甲”火箭控制系统增加了单机和线路备份，确保飞行过程中不出现任何偏差，万无一失。选择使用“长征三号甲”火箭还考虑到它是长征系列火箭中发射成功率最高的型号之一。这种火箭拥有灵活而先进的控制系统，可在星箭分离前对有效载荷进行大姿态调姿定向，并提供可调整的卫星起旋速率，具有很强的适应性。“长征三号甲”火箭主要用于发射地球同步轨道有效载荷，同时兼顾低轨道和太阳同步轨道等其他轨道有效载荷的发射，也可进行一箭双星或多星发射。即将承担运送“妇娥一号”发射任的“长征三号甲”火箭按照工程总体计划已经顺利完成了各项适应性改造以及研制试验和测试，随时待命前往发射场执行发射任。
越是临近发射，孙家栋的大脑就越是紧张。前面的工作范围遍布、千头万绪，而最后的千钧一发则将问题集中在了一起，此时的问题恰恰都是焦点性的问题。孙家栋提出：“最后的骨头虽然硬，但我们这支队伍练就的本事是专门对付硬骨头的，我们一定能够把最后的硬骨头啃下来！”
“嫦娥一号”探月卫星的发射场确定在西昌卫星发射中心。这个卫星发射中心自1984年1月29日执行第一次卫星发射后，已经完成了几十次地球同步轨道卫星的发射任，是中国专门用于发射地球同步轨道卫星的发射场。发射场的适应性改造工作量非常大，仅仅发射塔架就要对数十吨钢材大动干戈。截至2006年年底，发射场的改造工作也已经完成，正在进行验收测试。
卫星测控任则由我国卫星测控网和甚长基线干涉仪天文测量系统联合承担，地面应用系统立足我国现有测控设施，充分利用现有的S频段航天测控网和甚长基线干涉仪天文测量系统(VLBI)，通过适应性改造，可以完成月球探测工程各个轨道段的遥测、遥控及测轨任。地面应用系统的主要任是卫星在轨运行期间科学探测业管理、数据接收与处理、科学研究与普及。由于测控距离遥远，所以测控系统尤为重要。测控系统将以中国现有的S频段航天测控网为主，辅以甚长基线干涉仪天文测量系统组成，并进行必要的适应性改造。
“妇娥一号”卫星不仅需要对月球进行全天候的观测，还需要把太阳能电池板始终对准太阳，同时又要把传送天线对准地球。目前，中国在上海佘山和乌鲁木齐分别拥有一个直径25米的天线，但它们只能有4~6小时可用来接收星上信息。为了“嫦娥一号”计划的顺利实施，中国将分别在北京和昆明设一个直径50米(国内最大)和一个直径40米的天线。这样在我们的国土上，可用4个天线交叉干涉，对近40万公里远的“嫦娥一号”进行测控，并为应对外界干扰因素和意外因素留有应急的能量。
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，“妇娥一号”卫星与一般的地球卫星有很大不同，研制并发射月球探测卫星要解决轨道设计，制导、导航与控制，包括对月姿态，测控与数据传输，星上热控和电源分系统设计等关键技术，这些问题也在要求的时间内高质量地得到解决。
