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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务。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“嫦娥一号”发射任务的“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务。
越是临近发射，孙家栋的大脑就越是紧张。前面的工作范围广、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务，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。
卫星测控任务则由我国卫星测控网和甚长基线干涉仪天文测量系统（VLBI）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，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、遥控及测轨任务。地面应用系统的主要任务是卫星在轨运行期间科学探测业务管理、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。
“嫦娥一号”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，“嫦娥一号”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。
地面应用系统包括月球探测卫星运行管理中心、数据接收中心以及科学数据处理和研究中心三个部分，按照总体技术要求也在稳步进行工程建设、设备研制以及各项准备工作。
根据国外探月走过的道路，美国、欧空局、俄罗斯和日本等国家在以前探月过程中从未使用过可以全天候、全天时工作和具有一定穿透能力的微波遥感技术，而我国的“嫦娥一号”则使用了微波探测仪，这将是世界上首次在探月卫星上装载微波遥感装置，一旦成功应用将可以实现对月面更为细致深入的探测，并将对所发回的数据进行反演和解析。不过，由于月球远离地球，对月球进行微波遥感探测有很大的技术难度和一定的风险。为确保探测成功和能稳定地发回数据，专家们制定了相应的可靠性方案加强对月球微波遥感的地面仿真研究，在借鉴以往经验的基础上进行技术改进，以确保成功。
“嫦娥一号”发射时间的选择要考虑到光照、太阳入射角、测控条件和轨道限制等因素。发射后，卫星将用8～9天时间完成调相轨道段、地…月转移轨道段和环月轨道段飞行。在经过发射、飞行和进入预定轨道等程序后，如何将探测数据传回地面，是工程的技术难题。通俗讲，该工程有三大目标，即“到得了”、“转得起”和“传得到”。“嫦娥一号”从起飞到进入目标轨道将多次经过中国上空。如地理位置和天气条件允许，人们有可能用肉眼观测到现代“嫦娥奔月”的情景。
要实现工程的技术领先，就必须要有所创新。在科学研究的征程上，每一个微小的创新都有可能带来连锁性的技术难点。孙家栋组织技术人员反复分析论证，下决心要攻克工程目标中出现的技术难点。中国航天人正在克服困难、攻克难关，正在坚定地按照自己的步伐向国际航天新时代迈进。
我国探月工程的实施，实现了高起点、有特色、有创新的设计目标，为开展航天国际合作搭建了新的平台，必将有力地推动我国航天领域的国际合作。在世界掀起新一轮月球探测高潮之际，探月的跨国界合作与交流，为我国在这一领域开展国际合作提供了广阔前景。我国可以利用这一平台开展多层次、多渠道的国际合作，加快我国空间科学和空间技术的发展。
人类登月的艰辛历程
孙家栋在研究月球的同时，不仅自己安排了大量时间了解国外登月的事例，而且多次向大家提出要多了解一些国外发展的动向，要求相关技术人员深入分析国外在探月、登月方面的成功经验和失败教训，通过对国外情况的了解增加自我的感性认识。
我国虽然是世界上最早对月球的运行进行科学观测和记录的国家之一，但现在已经远远落后于发达国家。根据从河南安阳出土的文物记载，在公元前14世纪，中国殷朝甲骨文中已有日食和月食的常规记录。明代以前，中国对日月运行的观测、研究和认识达到了很高的水平，发明了一系列精巧的天文观测仪器，以日月运行规律为基础编制出来的历法，曾经一直领先于世界水平。明代中叶以后，欧洲科技的发展突飞猛进，对月球的科学认知水平很快就有了超越，从对月的远距离观测逐步走向全面的科学探索。
国外登月历程虽然有许多趣闻逸事，但更多的是艰辛与不幸。
人类对月球的探测始于20世纪50年代末。当时美苏两个航天大国出于争夺空间的霸权目的，展开了以月球探测为核心的空间竞赛。
1961年5月，美国宣布“在60年代结束之前人类将登上月球，而且要让上去月球的人平安返回地面”，为了完成“阿波罗”登月计划，在18年时间内，美国耗用资金高达250亿美元，先后参加登月计划的人员多达400余万人，其中仅工程技术专家就有1200余名，参加研制的有2万多家工厂、100多所大学。
在其后的十余年里，美苏两国共成功发射了45个月球探测器，美国曾经先后6次将人类送上月球。
然而，人类在探索月球的道路上，虽然取得了辉煌成就，但探月之路并不是一帆风顺，不论是美国还是苏联，他们在探月、登月的道路上都充满着艰辛。
1967年1月27日，阿波罗14号飞船在飞行中突起大火，3名美国宇航员在飞船内被无情的大火夺去了生命。
1967年4月24日，苏联出于政治目的，为了急于向“五一”献礼，在匆忙之中发射了“联盟一号”飞船。然而，在飞船返回即将回归大地时由于减速用的主降落伞没能打开，回收舱落地后航天员被摔得粉身碎骨。
1969年7月，“阿波罗11号”实现了人类登月之梦，月球上留下了12名美国宇航员的足迹。这些活动显示了科学的力量，推动了航天技术的发展，促进了人类对月球的认识。
“阿波罗11号”登月道路也并非平坦，可以说是险象环生。从发射到返回竟有6次惊心动魄的险情。第一个险情发生在飞船起飞前4小时，当时发射场已经进入倒计时发射程序，而矗立在发射台上运送“阿波罗11号”飞船的“土星5型”火箭却出现了燃料泄漏，宇航员对此毫不知晓，所幸泄漏问题得到了解决，火箭终于点火起飞了。第二个险情发生在火箭升空后的48小时，这时的飞船已经安全飞行了20万英里。然而却出现了一个意外现象，宇航员在飞船内看到外面有一个不明飞行物尾随着飞船时隐时现，并且还发现舱内似乎也有神秘的闪光。在没有空气的太空中，飞船出现任何泄漏都会发生灾难。当地面控制中心了解了这一情况后告知，这种现象应该是高速重粒子，幸运的“阿波罗11号”没有被重粒子的轰击所破坏。第三个险情发生在飞船进入环月轨道，飞船即将着陆月球的时刻，飞船上的计算机突然出现乱码，接着死机而停止显示。紧急检查后认为是着陆传感器获取的信息超过了飞船计算机的内存，超量信息阻塞了计算机所致。这一问题得以解决，飞船才开始降落。然而，第四个险情又悄悄降临。这时显示器上出现发动机燃料严重不足的指示，表明登月舱的燃料只能支持30秒，如果按照往返数量计算，宇航员必须在15秒内登月。而正常情况宇航员完成降落至少需要10分钟，所以宇航员决定立即紧急降落，登月舱得到了安全着陆。第五个险情发生在宇航员准备历史性月球漫步的那一刻，登月舱的舱门竟然无法打开，原来是由于内外压差所置，当宇航员平衡了压力才把舱门打开。然而第六个险情却差点把宇航员留在月球而永远回不到地球。宇航员完成了2小时的月球行走后，偶然在月球的尘埃中发现了一个类似登月舱内电路开关的断裂头。经查，是臃肿的宇航服在狭小的登月舱内刮断了启动发动机的一个重要的电路开关。如果没有这个开关，宇航员将有可能会永远留在月球上。聪明的宇航员使用一支笔头没有金属的圆珠笔接好了电路，成功地使发动机点了火，登月舱具有历史意义地离开了月球回返地球。
７月22日下午１时56分，阿姆斯特朗奉命指挥“阿波罗11号”飞船指令舱离开月球轨道，踏上返回地球的旅途。7月25日凌晨1时50分，“阿波罗11号”飞船指挥舱载着三名航天英雄平安溅落在太平洋中部海面，人类首次登月宣告圆满结束。尼克松总统在白宫举行盛宴欢迎他们凯旋归来，他们所到之处充满了鲜花、鼓声……
美国1969年7月，“阿波罗11号”飞船实现了人类登月之梦，这是迄今为止人类在月球探测中取得的最辉煌的成就。
1976年以后，苏联停止了月球探测计划。接着，美国也停止了探月计划。至此，两个超级大国历时十多年的探月竞赛以美国领先而告结束。又过了近二十年，随着冷战年代的结束，学者们逐步披露出一些探月竞赛鲜为人知的秘闻。
1989年11月，美国麻省理工学院和加州理工学院的六位教授访苏联时，在莫斯科航空学院，亲眼看到了当年匆忙研制出来的登月舱，看到了用于把两名航天员从月球送回地球的飞船。莫斯科航空学院的主人在沉默近二十年后，坦率地向客人说：“这些是为了抢在阿波罗登月之前而研制的，苏联原计划于1968年12月实现载人绕月飞行，但1968年12月初，‘阿波罗8号’抢先实现了绕月飞行，苏联终止了这次绕月活动。1969年7月21日，美国‘阿波罗11号’又率先登月成功。这时，苏联火箭不幸连续发生事故，便确定