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2007年10月24 日西昌卫星发射中心，大地轰鸣，烈焰四起，长征三号甲运载火箭搭载我国嫦娥一号月球探测卫星，直冲云霄，奔向遥远的月球，实现了中华民族千年奔月梦想。嫦娥一号是我国自主研制的第一颗月球探测卫星，它的发射成功，标志着中国实施绕月探测工程迈出重要一步，是中国航天发展道路上继人造地球卫星和载人航天之后的第三个里程碑。
迎接新的挑战
中国发射的地球卫星，所到达距地球最远的距离约8万千米，要实现月球探测，嫦娥一号要进入到距地球38万千米以外的太空，比以前远4倍多，要跨过这样远的距离去探测未知领域，对航天是一个巨大的挑战。
嫦娥一号选用成熟的东方红三号通信卫星平台为基本平台。为使嫦娥一号达到探月的要求，完成精确变轨、绕月飞行、有效探测、一年寿命的任务目标，对星上制导、导航与控制分系统，结构分系统，星上热控电源分系统等，进行了适应性的改进，其上的有效载荷设备几乎全是新研制的。嫦娥绕月探测工程从2004年1月23日正式立项到发射，在短短的三年时间里，先后经过方案论证、初样和各种地面试验，到2007年1月19日正式进入发射实施阶段，期间我国航天专家先后解决了多项技术难关。
●突破空间环境关
嫦娥一号飞行中面临着严酷的环境考验，其中主要是空间辐射和热环境。
空间辐射环境主要是由地球辐射带中的俘获电子和质子，来自太阳系以外的银河系的高能粒子、太阳耀斑爆发期间从太阳表面的活动区喷射出来的高能粒子流及太阳风的低能带电粒子等构成。这个空间辐射环境会对嫦娥一号飞行和工作造成非常不利的影响。尤其是由于月球无磁场屏蔽作用，银河宇宙射线、太阳耀斑爆发产生的太阳宇宙射线，会直接作用到环月飞行的卫星上，银河宇宙射线和太阳宇宙射线可能会引发高能单粒子的破坏事件，使星内电子设备发生故障。经过在防护方面的刻苦攻关，嫦娥一号能够在复杂的空间辐射环境下正常工作。
月球环境温差特别大，白天太阳光直射的地方，最高温度可达123℃左右，而背向太阳的一面则为-233℃，卫星127分钟绕月球一圈，一半时间有阳光照射，一半时间笼罩在黑暗中，并不断地重复，而所有探测仪器必须保持在正负40℃范围内工作，否则会被损坏。可想而知嫦娥一号对温度控制的要求是多么高！这个难题得到了很好的解决。
●攻克三体定向关
地球卫星一般只需同时完成对地和对日的二体定向，即探测和通信都是对地方向，太阳帆板对日就可以工作。嫦娥一号在环绕月球飞行过程中，要始终保持对日、地和月的三体定向。即月球探测卫星太阳帆板对日，以保证获得足够的光照并产生足够的电能；探测目标是月球，因此嫦娥一号必须保证相应的科学载荷对准月球表面；为了将获取的科学数据送回地球，嫦娥一号在环绕月球飞行的过程中还应将定向天线对准地球，在限定的时间内将嫦娥一号自身工作状态信息和科学载荷的输出结果发回地球。其中只要有一个对不上就很难工作。
为使嫦娥一号具备同时对日、地、月三体定向的能力，嫦娥一号采取三轴稳定的姿态控制方式，使定向天线和太阳帆板具有一定的运动自由度，可以根据具体情况调整指向，以满足各自不同的定向要求。同时还采用紫外敏感器、星敏感器、陀螺仪以及提高控制、制导与导航分系统的高可靠性等多种手段，确保了三体定向的精度要求。
●应对月食
嫦娥一号环绕月球飞行的一年时间里，要遇到两次月食：一次全月食，时间约5小时，一次半月食，时间约3个半小时。月食期间地球挡住太阳光，因为没有阳光，太阳帆板不能供电，但卫星里还要保持足够的温度，需要继续供电，这个问题经过采取一系列措施也得到圆满解决。
启程
四川省西南部的凉山州首府西昌，位于四川省西南部，自古人们在西昌就能经常观赏到分外明亮皎洁的月亮，故西昌又称“月城”，而今它又亲送嫦娥一号奔向月球。
西昌卫星发射中心组建于1970年，是中国三大卫星发射中心之一，主要用于发射地球同步轨道卫星。经过30多年不断发展建设，建成了自成体系、配套完善的测试发射、测量控制、通信、气象和勤务保障等五大系统，先后成功组织了40多次国内外卫星的发射。目前，该中心能发射中国自行研制的长征三号甲、长征三号乙等五种大型运载火箭，是探月工程一期、二期的发射场。西昌卫星发射中心具有独特的地理优势，坐落在东经102°、北纬28°，所处纬度低，可以充分利用地球自转的附加速度，节省运载工具的能量消耗。发射中心由发射塔架、发射台、发射控制室、电源间、瞄准间、污水处理系统等组成。
为发射嫦娥一号新建的3号发射工位，设备与功能先进，发射塔架雄伟壮观，共13层，高85.5米。
●长三甲送嫦娥启程
嫦娥一号由长征三号甲（简称长三甲）运载火箭护送启程。
长三甲是一种技术先进而成熟的运载火箭，自1994年2月8日首次发射以来，已经进行了14次发射，成功地将14颗卫星送入所要求的地球同步转移轨道，100％取得成功。这次为发射嫦娥一号卫星，长三甲运载火箭进行了多项适应性改进，特别是在可靠性工程上下了大功夫，多项关键环节采取了冗余设计。
长三甲共有三级，火箭全长52.52米，最大直径3.35米，起飞推力2961千牛，第三级采用新型液氧液氢火箭发动机，嫦娥一号安装在火箭的最上面，外面有整流罩保护，用支架与火箭捆绑在一起。
10月24日18时05分，长三甲运载火箭准时点火起飞，火箭一级使火箭克服地球引力和空气阻力的巨大影响，冲出稠密大气层，向东偏南方向飞行，火箭起飞约148秒，便推到近60千米的高度，此时一级火箭关机并脱落。接着火箭二级点火开始工作，继续爬高，并进一步提高火箭的飞行速度。飞行95.3秒，飞行高度超过120千米。此时，火箭已完全冲出大气层，控制系统发出卫星整流罩分离的命令，用来保护嫦娥一号探月卫星免受气流冲刷的卫星整流罩被抛掉，二级火箭关机并与三级火箭分离。三级火箭点火工作，最终将卫星送入一条距离地球最近高度205千米、最远高度50930千米的大椭圆轨道，称初始轨道。从火箭点火起飞到卫星与运载火箭分离历时24分钟，长三甲运载火箭完成了送嫦娥启程的任务。
●发射窗口宽度仅35分钟
发射窗口是指航天器允许火箭发射的时间范围，它是根据航天器本身的要求及外部多种限制条件经综合分析计算后确定的，其范围的大小叫做发射窗口的宽度。
根据地月的运动规律，嫦娥一号每月只有一到两次的发射机会，考虑到轨道光照条件对探测器电源系统的影响，将进一步限制上述两次发射机会的时间，
对应于每次发射机会的发射轨道，嫦娥一号初始环月姿态、轨道光照条件以及测控条件均不同，经过对2007年所有的发射机会进行分析之后最终选择2007年10月作为首选发射时机。
对于所选的进入转移轨道的日期，对应的进入轨道的时刻是唯一的。推迟进入轨道的时刻带来的问题是额外增加中途修正的速度增量，因此发射时刻可延迟多少，即发射窗口的大小，取决于中途修正速度增量的允许范围。
根据轨道设计的分析结果，嫦娥一号一年中的每个月有连续三天的发射窗口，但这3天中并不是任何时候都能发射，每天仅仅在特定的35分钟内能够发射。
奔月
奔月之路
嫦娥一号不是直接飞向月球，而是经过四种不同的轨道飞行阶段以后飞近月球的，它们分别是调相轨道阶段、地月转移轨道阶段、月球捕获轨道阶段和环月工作轨道阶段。
●调相轨道阶段
在环绕地球飞行的调相轨道阶段，嫦娥一号通过4次变轨（1次远地点变轨，3次近地点变轨）使其达到进入地月转移轨道前的各项飞行参数要求。
10月24日长三甲运载火箭将嫦娥一号送入近地点205千米、远地点50900千米的初始轨道后星箭分离，10月25日17时嫦娥一号利用自身的推进系统首先进行一次远地点变轨，将环绕地球的大椭圆轨道的近地点从205千米提高到约600千米，远地点仍为50900千米，轨道周期为16小时，然后按程序完成了太阳帆板展开和定向天线展开。10月26日17时嫦娥一号卫星实施第二次变轨，这是卫星的第一次近地点变轨，嫦娥一号卫星第二次变轨后，进入了24小时周期轨道，远地点高度由5万多千米提高到7万多千米。
10月29日和31日分别进行了第二次和第三次近地点变轨。第二次近地点变轨，卫星远地点高度由7万余千米提高到12万余千米，进入绕地飞行48小时周期轨道；第三次近地点变轨，卫星远地点高度由12万余千米提高到37万余千米。第三次近地点变轨后，嫦娥一号便进入地月转移轨道，正式踏上奔月路程。
●为什么要经过环地球多次变轨的调相轨道阶段？
长征三号甲运载火箭是我国现有能力最强的运载火箭系列中的一员，过去，它所承担的任务一般是把卫星送入地球轨道。它能为嫦娥一号提供10.3千米/秒的速度，进入一条距离地球最近时离地面高度200千米、最远时达到51000千米的椭圆轨道，又被称作超GTO（地球同步转移轨道）。但是这还不够，为了使嫦娥一号进入到月球的轨道，其速度需达到约10.9千米/秒，这就要求卫星还要能给自己再增加约600米/秒的速度。如果卫星一次加速实现这么大的加速量，风险较大，加速过程如果出现偏差，很可能造成嫦娥一号错过和月球的“约会”，甚至无法沿着椭圆形的轨道飞回地球，而飞进茫茫的太空，那就永远消失在我们的视野里。经过精心的分析和计算，同时考虑到降低其他风险带来的不利因素，最后得出了一个经过四次加速的轨道调整过程。在7天的调整过程里，还可以有充分的时间对卫星的飞行状况进行监控，保证卫星进入一条正确的轨道。
●地月转移轨道阶段
地月转移轨道又称奔月轨道。经过调相轨道阶段的四次变轨后，嫦娥一号即进入飞向月球的114小时的地月转移轨道。
嫦娥一号进入地月转移轨道入口的时机以及运动状态，特别是位置和速度，包括速度的大小和方向就非常重要。如果时机不对，无法和月球相会；如果速度过大，将无法进入月球引力作用的范围；如果速度过小，将无法摆脱地球引力场的束缚到达月球。因此，经过调相轨道运动之后，嫦娥一号必须达到事先经过仔细设计和审核的位置，并具备所要求的速度大小和方向，才能沿着地月转移轨道到达月球。
为保证按预定的轨道飞行，在飞行过程中，还要进行中途轨道修正。所谓中途轨道修正，是在卫星运行中对其各项数据进行调整，以确保嫦娥一号准确进入绕月轨道。原计划在嫦娥一号进入地月转移轨道后，要进行三次轨道中途轨道修正，但是根据北京航天飞行控制中心的监控，嫦娥一号卫星的变轨精度很高，超过原设计要求，正沿着预想的轨道飞行，表现良好，因此取消了两次轨道中途轨道修正，只进行了一次。
●月球捕获轨道阶段
嫦娥一号进入半径为60000千米以内的月球引力影响时，起主导作用的是月球引力，而不是地球引力了，这时飞行轨迹完全变化，不再是围绕地球的椭圆，而变成围绕月球的双曲线轨道运动，从11月 5日开始对嫦娥一号进行了3次近月点制动。
所谓近月点制动，就是给在地月转移轨道高速飞行的卫星减缓速度，完成“太空刹车减速”，建立正常姿态，进入环月飞行。嫦娥一号卫星在地月转移轨道上经过114小时的“长途跋涉”，来到距月球约200千米的近月点时，卫星飞行速度达到每秒约2.4千米，如不及时有效制动，卫星将飞离月球，与月球的再次交汇将更加困难。如果制动量过大，将会撞击月球。因此，第一次近月点制动是又一个关键点，直接关系飞行任务的成败。
11月5日11时37分，北京航天飞行控制中心对嫦娥一号卫星成功实施了第一次近月点制动，顺利完成第一次“太空刹车减速”动作，月球捕获卫星。嫦娥一号顺利进入周期为12小时的椭圆环月轨道，成为中国第一颗月球卫星。
11月6日上午11时35分又成功进行了第二次近月点制动。此次制动把嫦娥一号轨道调整为近月点200千米，远月点1700千米，周期为3.5小时的环月小椭圆轨道。
●环月工作轨道阶段
环月工作轨道即“使命轨道”，从科学探测需要考虑，要尽可能地对全月面进行探测，特别是对月球南北两极的探测，因此环月工作轨道选择极月轨道，即轨道相对月球赤道的倾角为90°。嫦娥一号的环月工作轨道面垂直于月球的赤道面，环月工作轨道高度约为200千米，运行周期约为127分钟。
11月7日8时24分，嫦娥一号卫星主发动机点火，实施第三次近月点制动。8时35分，嫦娥一号卫星主发动机关机，第三次近月点制动结束，卫星已成功进入周期127分钟、高度200千米的极月圆轨道。从而正式进入科学探测的工作轨道。
嫦娥一号卫星到达工作轨道之后，进行了在轨测试，卫星保持三体定向的姿态。卫星绕月飞行之后，因为受月球的环境影响，对星上一些分系统，如热控、供电等相关的工作模式进行了调整，之后便开始进行各项科学探测活动。
●远程测控保驾护航
远程测控是指地面通过无线电手段对远距离的卫星进行跟踪、遥测和遥控的简称。
在运载火箭发射和卫星整个飞行任务期间，轨道测量、遥测监视、遥控以及卫星探测计划的实施都由测控系统负责，并通过高精度的测定轨道保障嫦娥一号正常稳定运行。
我国探月一期工程的远程测控系统以我国S频段航天测控网（USB）为主，辅以中国科学院的甚长基线干涉天文测量系统（VLBI），它包括新建的北京密云50米天线和昆明40米天线，上海佘山25米天线，乌鲁木齐25米天线等，并通过国际联网增加覆盖时段。北京航天飞行控制中心将调度多个地面测控站和远望号测量船，对卫星进行持续跟踪与测控，各部分按统一时间标准联成一个有机的系统整体，通过与箭载和星载测控合作目标的配合，共同完成长三甲运载火箭和嫦娥一号卫星的各项测控任务，确保了“跟踪完整、测量精确、指令无误”的责任目标。
绕月探测
嫦娥一号随身携带了8种24件科学探测仪器，重130千克，对月球进行为期一年的环月探测，完成四大科学探测目标。
●绘制月球立体地图
月球的地图以前国外已经做过很多，但有很多缺陷，例如，月球上南北纬70度以上高纬度的地方，由于太阳光是斜照的，照相机照的效果差一些，所以做得不是太好，还有南北极的地图也没有完全覆盖，而且大多不是立体图。嫦娥一号要做一个覆盖全月的最高级立体图。
获取月球表面三维立体影像，观测月球的地形地貌，嫦娥一号是利用CCD立体相机和激光高度计两者结合来实现的。
嫦娥一号卫星的有效载荷要求控制在140千克以下，因此探测仪器要做得小、轻而精确。一般说来，立体影像是由两台或者三台相机从不同的角度拍摄而成，如日本“月亮女神”月球探测器就是用两台相机从前后两个视角观测月球表面。而嫦娥一号卫星的相机设计很巧妙，只用了一台相机。巧妙之处在于，利用一片面阵CCD组成了这台相机的电子“底片”，在卫星飞行过程中每次只取CCD面阵中的前、中、后三行像素的信号，相机在随卫星飞行的过程中，对月球表面进行“逐行扫描”，就会获得星下点、前视17°、后视17°三个视角形成的三幅二维原始图像数据，经过三维重构后，月球表面三维立体影像就被再现出来。
激光高度计完全是自主创新的探测仪器，分辨率较高， CCD相机只能在月球表面有光照的情况下获取月表图像，而激光高度计则不受这个限制，在月球背阳面也能照常工作。当探测获得的点积累得足够多时，一张包括月球南北极的全月球的地表数字立体图像就出炉了。
●探测月球资源
月球上有很多元素对地球的将来可能是非常有用的，通过探测可以了解，哪些东西是可能对地球有价值，这些东西有多少，哪里比较富集等。美国利用1998年发射的月球勘探者探测器，探测过五种元素（铁、钛、铀、钍、钾）在全月球上的分布。而嫦娥一号探月卫星要做14种元素的全月球分布探测。这样，我们就能更清楚地知道月球上的资源有哪些，以及这些资源的分布情况。
嫦娥一号探测月球资源是利用干涉成像光谱仪、伽马射线谱仪和X射线谱仪三项探测仪器完成的。
月球表面物质的原子或者原子核受到宇宙射线粒子的轰击后，会激发出各具特征的X射线和γ射线。一些天然放射性元素不用宇宙射线的激发，自身就能发射X射线或γ射线。通过γ射线谱仪测量这些特征γ谱线的能量和通量，专家可以推导出月球表面元素的种类和蕴含程度。
但X射线谱仪和γ射线谱仪只能探测月球表面含有的元素，并不知道这些元素形成了哪些矿物质，这由干涉成像光谱仪来完成。由于不同的矿物质能吸收不同的光波，干涉成像光谱仪就根据这个特征判断岩石的种类。
●探测月球土壤层厚度
地球上的石油、天然气、煤炭等能源迟早要耗尽，人类渴望获得一种新的能源。氦-3是可控核聚变发电的重要燃料，据估算只需要一百多吨氦-3，就能满足全世界一年的用电量。地球上的资源严重匮乏，而月球上的氦-3资源丰富，通过探测全月球月壤层的厚度，可反演月球氦-3的资源量和分布。
为了探测月球土壤的厚度和氦-3的资源储量，嫦娥一号上搭载了一台微波探测仪，用以实施对月面细致深入的探测，对探测发回的数据进行反演和解析，从而估算出全月球的土壤厚度。
任何温度高于绝对零度(即零下273℃)的物体都会产生微波辐射能量。利用不同频率的微波信号穿透月球表面物质的能力区别，便可获取月壤的厚度信息。嫦娥一号卫星上的微波探测仪被设计成多频微波辐射计，选择的探测频率有3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz。微波的频率越高，其穿透能力越低，如37.0GHz，反映的仅仅是月球的表面微波辐射，而3.0GHz这个波段穿透能力较强，能反映月表深处月岩和月壤辐射的能量之和。利用测得的月表不同波段的微波辐射能量信息，专家就能分析出月壤的厚度。
土壤不如岩石那样坚硬，比较松散，也便于加工成各种形状的建筑材料，也容易提取其中的各种资源。因此，月球上土壤厚度的估算，对以后选择在哪个地区建立月球基地也十分重要。
●探测地月空间环境
这是我国首次探测距离地球38万千米范围内的日、地、月空间环境，是一项重要的基础性的工作。通过探测太阳宇宙线高能带电粒子和太阳风等离子体，其探测结果能够获得空间环境变化的主要参数，提供相关的日、地、月空间环境信息，研究太阳风和月球以及磁尾和月球的相互作用，对深入认识这些空间物理现象对地球空间以及对月球空间的影响有深远的科学及工程意义。
嫦娥一号采用搭载的太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器进行探测。
宇宙充满了各种射线，太阳每时每刻都在向外发射高能粒子、太阳风。由于一层厚厚的大气层环绕在地球周围，地球上万物生灵的脆弱生命才得以延续。地球外围的太阳风，在地球磁场的作用下完全变形，所以，科学家在地球上测到的太阳风都受到了地球环境的影响。月球虽然绕地球运转，但受地球磁场的影响极弱，那里有原始的太阳风。从月球探测的长远目标来看，人最终要在月球上开展活动，摸清月球上辐射的情况，有利于采取有效措施保护航天员的生命健康。
成果公布
●把探测信息传回地球
及时地把探测信息传回地球，是通过星上有效载荷数据管理系统实现的。
有效载荷数据管理系统，是整个有效载荷的管理和控制中心，担负着有效载荷探测的数据采集、数据存储和数据传输的任务。通过有效载荷数据管理分系统将光学成像系统、激光高度计、γ/X射线谱仪、微波探测仪、空间环境探测设备等有效载荷有机地集成到一起。
在嫦娥一号处于地面站接收范围以外时，有效载荷数据管理系统所收集和接收的上述数据和参数存储于大容量存储器；当嫦娥一号处于地面站接收范围内时，将存储器中的数据与实时收集、接收的数据，传输提供星上数传发射机，然后发送给地球。嫦娥一号卫星的数据传输天线有两个，一个叫定向天线，它的指定方就是地球，另一个叫全向天线，是没有固定指向的天线。
由于嫦娥一号卫星工作在38万千米之外，因此无线电信号的衰减量大，传输的时间延迟长，地面能够接收到数据的地域覆盖率低。现有的卫星地面接收天线和信道设备都是针对人造地球卫星建立的，无法直接用于完成嫦娥一号卫星的数据接收任务。因此需要大口径天线和特殊的接收设备。为了能够接收从遥远的嫦娥一号卫星上传来的数据，我国建设了两座国内最先进的深空探测地面站：北京密云50米天线地面站和云南昆明40米天线地面站。两个大天线像两只巨大的天眼，注意着嫦娥一号的一举一动，把从嫦娥一号传送来的所有信息接收下来。
●公布探测成果
通过天线接收下来的探测信息，只是一些二进制的数据，还不能供给科学家进行科学研究。把探月卫星传回来的数据，转变成可以看得见、摸得着、形象生动的图件以供应用研究的工作，是由地面应用系统内部的五个分系统，即运行管理分系统、数据接收分系统、数据管理分系统、数据处理分系统、科学应用与研究分系统来完成的。
它由一套大型的计算机软硬件系统把从探月卫星上接收下来的探测数据，按照预先设定的程序生产出合格的数据产品。经过预处理之后，本来非常抽象的探测数据变成科学家能识别的标准数据产品，然后对这些数据产品进行“深加工”，加工成能够很直观地反映月球表面各种特征的图件，例如我们期望看到的月球表面的“立体地图”、岩石类型的分布图等，并向社会公布。
嫦娥一号月球探测卫星发射成功，实现环月飞行并传回探测图像数据，这只是嫦娥工程迈出的第一步，下一步还将实现月球探测器的“落”和“回”的二、三期工程目标，嫦娥一号奔月之旅已经为此打开一条成功之路。
迎接新的挑战
中国发射的地球卫星，所到达距地球最远的距离约8万千米，要实现月球探测，嫦娥一号要进入到距地球38万千米以外的太空，比以前远4倍多，要跨过这样远的距离去探测未知领域，对航天是一个巨大的挑战。
嫦娥一号选用成熟的东方红三号通信卫星平台为基本平台。为使嫦娥一号达到探月的要求，完成精确变轨、绕月飞行、有效探测、一年寿命的任务目标，对星上制导、导航与控制分系统，结构分系统，星上热控电源分系统等，进行了适应性的改进，其上的有效载荷设备几乎全是新研制的。嫦娥绕月探测工程从2004年1月23日正式立项到发射，在短短的三年时间里，先后经过方案论证、初样和各种地面试验，到2007年1月19日正式进入发射实施阶段，期间我国航天专家先后解决了多项技术难关。
●突破空间环境关
嫦娥一号飞行中面临着严酷的环境考验，其中主要是空间辐射和热环境。
空间辐射环境主要是由地球辐射带中的俘获电子和质子，来自太阳系以外的银河系的高能粒子、太阳耀斑爆发期间从太阳表面的活动区喷射出来的高能粒子流及太阳风的低能带电粒子等构成。这个空间辐射环境会对嫦娥一号飞行和工作造成非常不利的影响。尤其是由于月球无磁场屏蔽作用，银河宇宙射线、太阳耀斑爆发产生的太阳宇宙射线，会直接作用到环月飞行的卫星上，银河宇宙射线和太阳宇宙射线可能会引发高能单粒子的破坏事件，使星内电子设备发生故障。经过在防护方面的刻苦攻关，嫦娥一号能够在复杂的空间辐射环境下正常工作。
月球环境温差特别大，白天太阳光直射的地方，最高温度可达123℃左右，而背向太阳的一面则为-233℃，卫星127分钟绕月球一圈，一半时间有阳光照射，一半时间笼罩在黑暗中，并不断地重复，而所有探测仪器必须保持在正负40℃范围内工作，否则会被损坏。可想而知嫦娥一号对温度控制的要求是多么高！这个难题得到了很好的解决。
●攻克三体定向关
地球卫星一般只需同时完成对地和对日的二体定向，即探测和通信都是对地方向，太阳帆板对日就可以工作。嫦娥一号在环绕月球飞行过程中，要始终保持对日、地和月的三体定向。即月球探测卫星太阳帆板对日，以保证获得足够的光照并产生足够的电能；探测目标是月球，因此嫦娥一号必须保证相应的科学载荷对准月球表面；为了将获取的科学数据送回地球，嫦娥一号在环绕月球飞行的过程中还应将定向天线对准地球，在限定的时间内将嫦娥一号自身工作状态信息和科学载荷的输出结果发回地球。其中只要有一个对不上就很难工作。
为使嫦娥一号具备同时对日、地、月三体定向的能力，嫦娥一号采取三轴稳定的姿态控制方式，使定向天线和太阳帆板具有一定的运动自由度，可以根据具体情况调整指向，以满足各自不同的定向要求。同时还采用紫外敏感器、星敏感器、陀螺仪以及提高控制、制导与导航分系统的高可靠性等多种手段，确保了三体定向的精度要求。
●应对月食
嫦娥一号环绕月球飞行的一年时间里，要遇到两次月食：一次全月食，时间约5小时，一次半月食，时间约3个半小时。月食期间地球挡住太阳光，因为没有阳光，太阳帆板不能供电，但卫星里还要保持足够的温度，需要继续供电，这个问题经过采取一系列措施也得到圆满解决。
启程
四川省西南部的凉山州首府西昌，位于四川省西南部，自古人们在西昌就能经常观赏到分外明亮皎洁的月亮，故西昌又称“月城”，而今它又亲送嫦娥一号奔向月球。
西昌卫星发射中心组建于1970年，是中国三大卫星发射中心之一，主要用于发射地球同步轨道卫星。经过30多年不断发展建设，建成了自成体系、配套完善的测试发射、测量控制、通信、气象和勤务保障等五大系统，先后成功组织了40多次国内外卫星的发射。目前，该中心能发射中国自行研制的长征三号甲、长征三号乙等五种大型运载火箭，是探月工程一期、二期的发射场。西昌卫星发射中心具有独特的地理优势，坐落在东经102°、北纬28°，所处纬度低，可以充分利用地球自转的附加速度，节省运载工具的能量消耗。发射中心由发射塔架、发射台、发射控制室、电源间、瞄准间、污水处理系统等组成。
为发射嫦娥一号新建的3号发射工位，设备与功能先进，发射塔架雄伟壮观，共13层，高85.5米。
●长三甲送嫦娥启程
嫦娥一号由长征三号甲（简称长三甲）运载火箭护送启程。
长三甲是一种技术先进而成熟的运载火箭，自1994年2月8日首次发射以来，已经进行了14次发射，成功地将14颗卫星送入所要求的地球同步转移轨道，100％取得成功。这次为发射嫦娥一号卫星，长三甲运载火箭进行了多项适应性改进，特别是在可靠性工程上下了大功夫，多项关键环节采取了冗余设计。
长三甲共有三级，火箭全长52.52米，最大直径3.35米，起飞推力2961千牛，第三级采用新型液氧液氢火箭发动机，嫦娥一号安装在火箭的最上面，外面有整流罩保护，用支架与火箭捆绑在一起。
10月24日18时05分，长三甲运载火箭准时点火起飞，火箭一级使火箭克服地球引力和空气阻力的巨大影响，冲出稠密大气层，向东偏南方向飞行，火箭起飞约148秒，便推到近60千米的高度，此时一级火箭关机并脱落。接着火箭二级点火开始工作，继续爬高，并进一步提高火箭的飞行速度。飞行95.3秒，飞行高度超过120千米。此时，火箭已完全冲出大气层，控制系统发出卫星整流罩分离的命令，用来保护嫦娥一号探月卫星免受气流冲刷的卫星整流罩被抛掉，二级火箭关机并与三级火箭分离。三级火箭点火工作，最终将卫星送入一条距离地球最近高度205千米、最远高度50930千米的大椭圆轨道，称初始轨道。从火箭点火起飞到卫星与运载火箭分离历时24分钟，长三甲运载火箭完成了送嫦娥启程的任务。
●发射窗口宽度仅35分钟
发射窗口是指航天器允许火箭发射的时间范围，它是根据航天器本身的要求及外部多种限制条件经综合分析计算后确定的，其范围的大小叫做发射窗口的宽度。
根据地月的运动规律，嫦娥一号每月只有一到两次的发射机会，考虑到轨道光照条件对探测器电源系统的影响，将进一步限制上述两次发射机会的时间，
对应于每次发射机会的发射轨道，嫦娥一号初始环月姿态、轨道光照条件以及测控条件均不同，经过对2007年所有的发射机会进行分析之后最终选择2007年10月作为首选发射时机。
对于所选的进入转移轨道的日期，对应的进入轨道的时刻是唯一的。推迟进入轨道的时刻带来的问题是额外增加中途修正的速度增量，因此发射时刻可延迟多少，即发射窗口的大小，取决于中途修正速度增量的允许范围。
根据轨道设计的分析结果，嫦娥一号一年中的每个月有连续三天的发射窗口，但这3天中并不是任何时候都能发射，每天仅仅在特定的35分钟内能够发射。
奔月
奔月之路
嫦娥一号不是直接飞向月球，而是经过四种不同的轨道飞行阶段以后飞近月球的，它们分别是调相轨道阶段、地月转移轨道阶段、月球捕获轨道阶段和环月工作轨道阶段。
●调相轨道阶段
在环绕地球飞行的调相轨道阶段，嫦娥一号通过4次变轨（1次远地点变轨，3次近地点变轨）使其达到进入地月转移轨道前的各项飞行参数要求。
10月24日长三甲运载火箭将嫦娥一号送入近地点205千米、远地点50900千米的初始轨道后星箭分离，10月25日17时嫦娥一号利用自身的推进系统首先进行一次远地点变轨，将环绕地球的大椭圆轨道的近地点从205千米提高到约600千米，远地点仍为50900千米，轨道周期为16小时，然后按程序完成了太阳帆板展开和定向天线展开。10月26日17时嫦娥一号卫星实施第二次变轨，这是卫星的第一次近地点变轨，嫦娥一号卫星第二次变轨后，进入了24小时周期轨道，远地点高度由5万多千米提高到7万多千米。
10月29日和31日分别进行了第二次和第三次近地点变轨。第二次近地点变轨，卫星远地点高度由7万余千米提高到12万余千米，进入绕地飞行48小时周期轨道；第三次近地点变轨，卫星远地点高度由12万余千米提高到37万余千米。第三次近地点变轨后，嫦娥一号便进入地月转移轨道，正式踏上奔月路程。
●为什么要经过环地球多次变轨的调相轨道阶段？
长征三号甲运载火箭是我国现有能力最强的运载火箭系列中的一员，过去，它所承担的任务一般是把卫星送入地球轨道。它能为嫦娥一号提供10.3千米/秒的速度，进入一条距离地球最近时离地面高度200千米、最远时达到51000千米的椭圆轨道，又被称作超GTO（地球同步转移轨道）。但是这还不够，为了使嫦娥一号进入到月球的轨道，其速度需达到约10.9千米/秒，这就要求卫星还要能给自己再增加约600米/秒的速度。如果卫星一次加速实现这么大的加速量，风险较大，加速过程如果出现偏差，很可能造成嫦娥一号错过和月球的“约会”，甚至无法沿着椭圆形的轨道飞回地球，而飞进茫茫的太空，那就永远消失在我们的视野里。经过精心的分析和计算，同时考虑到降低其他风险带来的不利因素，最后得出了一个经过四次加速的轨道调整过程。在7天的调整过程里，还可以有充分的时间对卫星的飞行状况进行监控，保证卫星进入一条正确的轨道。
●地月转移轨道阶段
地月转移轨道又称奔月轨道。经过调相轨道阶段的四次变轨后，嫦娥一号即进入飞向月球的114小时的地月转移轨道。
嫦娥一号进入地月转移轨道入口的时机以及运动状态，特别是位置和速度，包括速度的大小和方向就非常重要。如果时机不对，无法和月球相会；如果速度过大，将无法进入月球引力作用的范围；如果速度过小，将无法摆脱地球引力场的束缚到达月球。因此，经过调相轨道运动之后，嫦娥一号必须达到事先经过仔细设计和审核的位置，并具备所要求的速度大小和方向，才能沿着地月转移轨道到达月球。
为保证按预定的轨道飞行，在飞行过程中，还要进行中途轨道修正。所谓中途轨道修正，是在卫星运行中对其各项数据进行调整，以确保嫦娥一号准确进入绕月轨道。原计划在嫦娥一号进入地月转移轨道后，要进行三次轨道中途轨道修正，但是根据北京航天飞行控制中心的监控，嫦娥一号卫星的变轨精度很高，超过原设计要求，正沿着预想的轨道飞行，表现良好，因此取消了两次轨道中途轨道修正，只进行了一次。
●月球捕获轨道阶段
嫦娥一号进入半径为60000千米以内的月球引力影响时，起主导作用的是月球引力，而不是地球引力了，这时飞行轨迹完全变化，不再是围绕地球的椭圆，而变成围绕月球的双曲线轨道运动，从11月 5日开始对嫦娥一号进行了3次近月点制动。
所谓近月点制动，就是给在地月转移轨道高速飞行的卫星减缓速度，完成“太空刹车减速”，建立正常姿态，进入环月飞行。嫦娥一号卫星在地月转移轨道上经过114小时的“长途跋涉”，来到距月球约200千米的近月点时，卫星飞行速度达到每秒约2.4千米，如不及时有效制动，卫星将飞离月球，与月球的再次交汇将更加困难。如果制动量过大，将会撞击月球。因此，第一次近月点制动是又一个关键点，直接关系飞行任务的成败。
11月5日11时37分，北京航天飞行控制中心对嫦娥一号卫星成功实施了第一次近月点制动，顺利完成第一次“太空刹车减速”动作，月球捕获卫星。嫦娥一号顺利进入周期为12小时的椭圆环月轨道，成为中国第一颗月球卫星。
11月6日上午11时35分又成功进行了第二次近月点制动。此次制动把嫦娥一号轨道调整为近月点200千米，远月点1700千米，周期为3.5小时的环月小椭圆轨道。
●环月工作轨道阶段
环月工作轨道即“使命轨道”，从科学探测需要考虑，要尽可能地对全月面进行探测，特别是对月球南北两极的探测，因此环月工作轨道选择极月轨道，即轨道相对月球赤道的倾角为90°。嫦娥一号的环月工作轨道面垂直于月球的赤道面，环月工作轨道高度约为200千米，运行周期约为127分钟。
11月7日8时24分，嫦娥一号卫星主发动机点火，实施第三次近月点制动。8时35分，嫦娥一号卫星主发动机关机，第三次近月点制动结束，卫星已成功进入周期127分钟、高度200千米的极月圆轨道。从而正式进入科学探测的工作轨道。
嫦娥一号卫星到达工作轨道之后，进行了在轨测试，卫星保持三体定向的姿态。卫星绕月飞行之后，因为受月球的环境影响，对星上一些分系统，如热控、供电等相关的工作模式进行了调整，之后便开始进行各项科学探测活动。
●远程测控保驾护航
远程测控是指地面通过无线电手段对远距离的卫星进行跟踪、遥测和遥控的简称。
在运载火箭发射和卫星整个飞行任务期间，轨道测量、遥测监视、遥控以及卫星探测计划的实施都由测控系统负责，并通过高精度的测定轨道保障嫦娥一号正常稳定运行。
我国探月一期工程的远程测控系统以我国S频段航天测控网（USB）为主，辅以中国科学院的甚长基线干涉天文测量系统（VLBI），它包括新建的北京密云50米天线和昆明40米天线，上海佘山25米天线，乌鲁木齐25米天线等，并通过国际联网增加覆盖时段。北京航天飞行控制中心将调度多个地面测控站和远望号测量船，对卫星进行持续跟踪与测控，各部分按统一时间标准联成一个有机的系统整体，通过与箭载和星载测控合作目标的配合，共同完成长三甲运载火箭和嫦娥一号卫星的各项测控任务，确保了“跟踪完整、测量精确、指令无误”的责任目标。
绕月探测
嫦娥一号随身携带了8种24件科学探测仪器，重130千克，对月球进行为期一年的环月探测，完成四大科学探测目标。
●绘制月球立体地图
月球的地图以前国外已经做过很多，但有很多缺陷，例如，月球上南北纬70度以上高纬度的地方，由于太阳光是斜照的，照相机照的效果差一些，所以做得不是太好，还有南北极的地图也没有完全覆盖，而且大多不是立体图。嫦娥一号要做一个覆盖全月的最高级立体图。
获取月球表面三维立体影像，观测月球的地形地貌，嫦娥一号是利用CCD立体相机和激光高度计两者结合来实现的。
嫦娥一号卫星的有效载荷要求控制在140千克以下，因此探测仪器要做得小、轻而精确。一般说来，立体影像是由两台或者三台相机从不同的角度拍摄而成，如日本“月亮女神”月球探测器就是用两台相机从前后两个视角观测月球表面。而嫦娥一号卫星的相机设计很巧妙，只用了一台相机。巧妙之处在于，利用一片面阵CCD组成了这台相机的电子“底片”，在卫星飞行过程中每次只取CCD面阵中的前、中、后三行像素的信号，相机在随卫星飞行的过程中，对月球表面进行“逐行扫描”，就会获得星下点、前视17°、后视17°三个视角形成的三幅二维原始图像数据，经过三维重构后，月球表面三维立体影像就被再现出来。
激光高度计完全是自主创新的探测仪器，分辨率较高， CCD相机只能在月球表面有光照的情况下获取月表图像，而激光高度计则不受这个限制，在月球背阳面也能照常工作。当探测获得的点积累得足够多时，一张包括月球南北极的全月球的地表数字立体图像就出炉了。
●探测月球资源
月球上有很多元素对地球的将来可能是非常有用的，通过探测可以了解，哪些东西是可能对地球有价值，这些东西有多少，哪里比较富集等。美国利用1998年发射的月球勘探者探测器，探测过五种元素（铁、钛、铀、钍、钾）在全月球上的分布。而嫦娥一号探月卫星要做14种元素的全月球分布探测。这样，我们就能更清楚地知道月球上的资源有哪些，以及这些资源的分布情况。
嫦娥一号探测月球资源是利用干涉成像光谱仪、伽马射线谱仪和X射线谱仪三项探测仪器完成的。
月球表面物质的原子或者原子核受到宇宙射线粒子的轰击后，会激发出各具特征的X射线和γ射线。一些天然放射性元素不用宇宙射线的激发，自身就能发射X射线或γ射线。通过γ射线谱仪测量这些特征γ谱线的能量和通量，专家可以推导出月球表面元素的种类和蕴含程度。
但X射线谱仪和γ射线谱仪只能探测月球表面含有的元素，并不知道这些元素形成了哪些矿物质，这由干涉成像光谱仪来完成。由于不同的矿物质能吸收不同的光波，干涉成像光谱仪就根据这个特征判断岩石的种类。
●探测月球土壤层厚度
地球上的石油、天然气、煤炭等能源迟早要耗尽，人类渴望获得一种新的能源。氦-3是可控核聚变发电的重要燃料，据估算只需要一百多吨氦-3，就能满足全世界一年的用电量。地球上的资源严重匮乏，而月球上的氦-3资源丰富，通过探测全月球月壤层的厚度，可反演月球氦-3的资源量和分布。
为了探测月球土壤的厚度和氦-3的资源储量，嫦娥一号上搭载了一台微波探测仪，用以实施对月面细致深入的探测，对探测发回的数据进行反演和解析，从而估算出全月球的土壤厚度。
任何温度高于绝对零度(即零下273℃)的物体都会产生微波辐射能量。利用不同频率的微波信号穿透月球表面物质的能力区别，便可获取月壤的厚度信息。嫦娥一号卫星上的微波探测仪被设计成多频微波辐射计，选择的探测频率有3.0GHz、7.8GHz、19.35GHz和37.0GHz。微波的频率越高，其穿透能力越低，如37.0GHz，反映的仅仅是月球的表面微波辐射，而3.0GHz这个波段穿透能力较强，能反映月表深处月岩和月壤辐射的能量之和。利用测得的月表不同波段的微波辐射能量信息，专家就能分析出月壤的厚度。
土壤不如岩石那样坚硬，比较松散，也便于加工成各种形状的建筑材料，也容易提取其中的各种资源。因此，月球上土壤厚度的估算，对以后选择在哪个地区建立月球基地也十分重要。
●探测地月空间环境
这是我国首次探测距离地球38万千米范围内的日、地、月空间环境，是一项重要的基础性的工作。通过探测太阳宇宙线高能带电粒子和太阳风等离子体，其探测结果能够获得空间环境变化的主要参数，提供相关的日、地、月空间环境信息，研究太阳风和月球以及磁尾和月球的相互作用，对深入认识这些空间物理现象对地球空间以及对月球空间的影响有深远的科学及工程意义。
嫦娥一号采用搭载的太阳高能粒子探测器和太阳风离子探测器进行探测。
宇宙充满了各种射线，太阳每时每刻都在向外发射高能粒子、太阳风。由于一层厚厚的大气层环绕在地球周围，地球上万物生灵的脆弱生命才得以延续。地球外围的太阳风，在地球磁场的作用下完全变形，所以，科学家在地球上测到的太阳风都受到了地球环境的影响。月球虽然绕地球运转，但受地球磁场的影响极弱，那里有原始的太阳风。从月球探测的长远目标来看，人最终要在月球上开展活动，摸清月球上辐射的情况，有利于采取有效措施保护航天员的生命健康。
成果公布
●把探测信息传回地球
及时地把探测信息传回地球，是通过星上有效载荷数据管理系统实现的。
有效载荷数据管理系统，是整个有效载荷的管理和控制中心，担负着有效载荷探测的数据采集、数据存储和数据传输的任务。通过有效载荷数据管理分系统将光学成像系统、激光高度计、γ/X射线谱仪、微波探测仪、空间环境探测设备等有效载荷有机地集成到一起。
在嫦娥一号处于地面站接收范围以外时，有效载荷数据管理系统所收集和接收的上述数据和参数存储于大容量存储器；当嫦娥一号处于地面站接收范围内时，将存储器中的数据与实时收集、接收的数据，传输提供星上数传发射机，然后发送给地球。嫦娥一号卫星的数据传输天线有两个，一个叫定向天线，它的指定方就是地球，另一个叫全向天线，是没有固定指向的天线。
由于嫦娥一号卫星工作在38万千米之外，因此无线电信号的衰减量大，传输的时间延迟长，地面能够接收到数据的地域覆盖率低。现有的卫星地面接收天线和信道设备都是针对人造地球卫星建立的，无法直接用于完成嫦娥一号卫星的数据接收任务。因此需要大口径天线和特殊的接收设备。为了能够接收从遥远的嫦娥一号卫星上传来的数据，我国建设了两座国内最先进的深空探测地面站：北京密云50米天线地面站和云南昆明40米天线地面站。两个大天线像两只巨大的天眼，注意着嫦娥一号的一举一动，把从嫦娥一号传送来的所有信息接收下来。
●公布探测成果
通过天线接收下来的探测信息，只是一些二进制的数据，还不能供给科学家进行科学研究。把探月卫星传回来的数据，转变成可以看得见、摸得着、形象生动的图件以供应用研究的工作，是由地面应用系统内部的五个分系统，即运行管理分系统、数据接收分系统、数据管理分系统、数据处理分系统、科学应用与研究分系统来完成的。
它由一套大型的计算机软硬件系统把从探月卫星上接收下来的探测数据，按照预先设定的程序生产出合格的数据产品。经过预处理之后，本来非常抽象的探测数据变成科学家能识别的标准数据产品，然后对这些数据产品进行“深加工”，加工成能够很直观地反映月球表面各种特征的图件，例如我们期望看到的月球表面的“立体地图”、岩石类型的分布图等，并向社会公布。
嫦娥一号月球探测卫星发射成功，实现环月飞行并传回探测图像数据，这只是嫦娥工程迈出的第一步，下一步还将实现月球探测器的“落”和“回”的二、三期工程目标，嫦娥一号奔月之旅已经为此打开一条成功之路。