启动绕月探测
科学家们的科学探索总是无止境的，他们的大脑总在不停顿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”研制的过程中，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。我国已经成功地发射了人造地球卫星和载人航天器，但我国的深空探测活动，还一直属于空白。适时开展以距离地球最近的月球探测为起点的深空探测是中国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。
所谓深空探测，是指地球人造航天器脱离地球引力场，进入太阳系空间和宇宙空间的探测。主要有两方面的内容，即对太阳系的各个行星深入探测和进行天文观测。通过深空探测，人类可以进一步解答地球起源与演变，行星和太阳系的形成与演化，人类是不是宇宙中唯一的生命，地球的未来将是如何的变化趋势等一系列问题，同时有利于人类积极开发和利用空间资源。从现实和长远来看，对深空的探测和资源开发与利用、空间科学与技术创新的重要途径等，具有十分重要的科学价值和经济意义。尽管人类在深空探测中屡遭灾难和失败，但深空探测的脚步不仅没有停止，反而实施的步伐越来越快。国外深空探测的五个重点领域是月球探测、火星探测、7K星与金星探测、巨行星及其卫星探测和小行星与彗星探测，深空探测的总体目标是研究利用空间能源、资源、环境，扩展生存空间，探索太阳系和宇宙的起源(包括生命)和演化，为人类社会的可持续发厕艮。
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。
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、丰富的经验以及对中国航天的钟情和在航天界的影响力与人格魅力。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。
搞了一辈子航天工程总体的孙家栋明确提出了自已的观点。他认为，作为进军月球这样航天大工程的实施，首先应当进行技术、经济可行性研究，应当制定完整的项目建议书，必须获得国家对项目的批准。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。
2001年到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。论证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，在国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。
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。”
2004年2月19日，国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，在国院批准成立绕月探测工程领导小组不到一周时间内，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，主意出得局。
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。为确保这一重大科技工程的顺利实施，各参与单位与个人要按计划、高质量地完成任；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，敢于挑战，努力攀登新的科技高峰，为人类和平利用空间资源做出积极贡献。
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，以便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地了解，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。
经过设计研制人员的不懈努力，“嫦娥一号”卫星按要求完成了方案设计阶段工作，进入开始整星初样阶段的研制工作。2004年4月30日，孙家栋参加了在中国空间技术研究院召开的“妇娥一号”卫星转初样评审会，“嫦娥工程”副总指挥、时任中国航天科技集团公司副总经理马兴瑞以及国防科工委、中国运载火箭技术研究院、中国空间技术研究院、中国电子集团公司的有关领导和专家参加了会议。
至此，“媳娥一号”卫星方案设计阶段的各项工作已全部完成，具有较好的继承性，设计的功能和技术性能指标满足任要求；卫星总体与各分系统之间、卫星与各大系统之间接口要求明确，大型试验项目安排及试验方案合理可行；研制技术流程完整，计划流程合理可行；卫星进行了可靠性、安全性设计，可靠性关键项目明确，测试覆盖性分析的项目完整，可以转入初样阶段的研制工作。
实施奔月
自从2005年10月“神舟六号”载人飞船任获圆满成功后，人们对中国探月工程的关注与日倶增，尤其是公布了我国月球探测三步走，且将于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，卫星进入近月轨道后围绕月球飞行，卫星对月球遥测并将测量数据传回地面，计划2007年完成。
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2017年前后发射。“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新问题。
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。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已的观点，他认为，“妇娥一号”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，尽量采用成熟技发术，不仅可以提高可靠性，减少资金投入，而且可以缩短研制发周期。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，供大家制定方案时参考，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，绕月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。仅五大系经历过的。”
