“嫦娥一号”卫星拉开了中国“嫦娥工程”的大幕。如果说“嫦娥工程”中的五大系统谁也离不开谁的话，相对而言，“嫦娥一号”是整个工程的重中之重。因为，一方面，奔向38万千米的月球靠它，对月球进行拍照探测的靠它，向地球传回图像照片的还靠它，没有它，“嫦娥工程”就无从谈起。另一方面，“嫦娥一号”卫星系统不仅较之其它系统有不同的特点，而且任务全新，挑战巨大，技术创新项目很多。
“嫦娥一号”卫星研制历程
2002年4月“嫦娥一号”卫星转入预发展阶段，开始进行卫星的方案设计工作。
2002年9月，完成了分系统方案的评审。
2003年12月，完成了卫星总体方案的评审，在紫外敏感器和定向天线等关键技术攻关方面，取得了突破性进展。
2003年12月，完成了卫星初样的设计工作和初步评审。
2004年初，完成了卫星各分系统的详细设计阶段。
2004年3月，国防科工委组织召开了“绕月探测工程第一次工作会和大总体协调会”，进行了大系统间的技术协调。
2004年4月，国防科工委下发了研制总要求。自此，研制队伍遵循温家宝总理“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”的指示精神，在国防科工委及中国航天科技集团公司的领导下，开展了嫦娥一号卫星的研制工作。
2004年7月1日，“嫦娥一号”卫星开始进行初样研制。
2005年12月，“嫦娥一号”卫星转入正样阶段研制。
2006年1月至5月，完成了正样星部装、管路焊接、分系统联试、星上产品验收及正样星总装。
2006年5月以后，完成了各种测试试验和演练。
2007年1月19日，在完成了研制流程规定的各项工作后，嫦娥一号卫星终于迎来了奔赴发射场前集团公司级和国防科工委级的“大考”。
评审组认为，嫦娥一号卫星已完成了正样研制流程规定的全部工作，卫星技术状态、功能和性能均满足工程大总体提出的要求；研制过程质量受控，出现的问题已按规定要求完成了归零和分析工作，对其它型号出现的问题已进行了举一反三工作，卫星质量状态良好，同意通过出厂评审。
如果从卫星方案设计算起，“嫦娥一号”卫星研制前前后后花了5年的时间。如果从“嫦娥工程”正式立项，卫星开始工程研制算起，实际研制只花了3年多时间。
“嫦娥一号”卫星，中国航天的新挑战
迄今为止，我国研制发射的各类卫星均在地球引力场范围内运行，而“嫦娥一号”卫星是我国第一次研制脱离地球引力场的空间飞行器，这既是对我国卫星研制者极大的挑战，也是我国卫星研制技术的跨越。太空环境复杂，未知因素多，地球到月球之间和环月球轨道上十分恶劣的环境，对航天器的影响极大，卫星在这样的环境里运行，充满着未知数。突破关键技术难点，确保“嫦娥一号”卫星研制质量和可靠性，事关整个“嫦娥工程”的成败。
特殊的卫星运行轨道
人造地球卫星按其用途可分为距地球200～300千米左右高度的低轨道卫星，距地球1000千米左右高度的太阳同步轨道卫星和距地球36000千米高度的地球静止轨道卫星。“嫦娥一号”卫星的运行轨道与这些卫星完全不同。
“嫦娥一号”卫星首先由运载火箭送入地球大椭圆轨道，卫星与运载火箭分离后，利用自身的推进系统经过三次加速，进入地月转移轨道。卫星在地月转移轨道运行4～5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。从发射到进入月球目标轨道大约需要8～9天。
由于地球、月球和卫星都在运动，在地球、月球、卫星三体运动条件下，“嫦娥一号”卫星的轨道设计，较以往的地球和卫星相对运动条件下的设计更为复杂。“嫦娥一号”卫星沿着一条精心设计的地月转移轨道脱离地球引力飞向月球，这一复杂的过程分为主动段、调相轨道段、地月转移轨道段、环月轨道段四个阶段。因此，“嫦娥一号”卫星对应于各飞行阶段的飞行程序更为复杂，给测控、变轨、能源、热控等方面提出了很高的要求。同时，“嫦娥一号”卫星科学探测的目的是要全面了解月球相关信息，对月面进行探测，特别是对月球南北两极的探测，卫星环绕月球飞行过程中轨道的设计就显得十分重要。因此，我国科学家在确定“嫦娥一号”卫星运行轨道的时候，选择了极月轨道，即轨道相对月球赤道的倾角为90度。为提高图像的分辨率，尽可能选择较低的轨道高度，我国“嫦娥一号”卫星绕月的轨道高度为200千米。
高难度的卫星三体定向
在卫星绕月飞行期间，其姿态要一直保持对月球、地球和太阳三个天体定向，各种探测器要保持对准月面，以完成科学探测任务；卫星发射和接收天线要保持对地球定向，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太阳定向；为了使太阳电池阵尽量获得日照，卫星需要采取正飞和侧飞两种姿态，以获得正常工作所需要的电能，但是这样做的同时也增加了卫星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，三体定向是一项非常复杂的定向技术，需要精确的姿态控制技术。同时，月球的引力场与地球引力场有很大的差别，因此，卫星的轨道动力学特性，轨道控制与姿态控制的设计要求和设计方案与地球卫星相比，有很大的不同。需要在卫星整体布局、质量分布、多轴控制跟踪等方面进行大量的新的理论研究和技术创新，也带来许多工程实践上的巨大挑战。
对卫星控制系统的设计和可靠性提出了更高的要求
“嫦娥一号”卫星在奔赴月球途中几个关键变轨点处，卫星的姿态和轨道控制必须及时、准确和可靠，尤其是近月制动阶段，是“嫦娥一号”卫星飞行任务中的最重要的环节，要求确保系统的可靠性和准确性。由于月球引力场的异常复杂性，使得卫星的轨道极不稳定，具体表现是近月点的高度会有较大的变化，卫星在环月飞行中的轨道越低这种变化越明显，如果控制技术不过硬，甚至会导致卫星坠入月面，在对卫星进行姿态控制中，这种大幅度改变卫星的运行轨道是过去没有遇到过的新问题。同时，月球的引力场与地球引力场有很大的差别。
对卫星电源和热控设计提出了新的要求
“嫦娥一号”卫星在绕月飞行和探测过程中，将遇到近月空间各种特殊环境，这些环境会对卫星的性能、可靠性和工作寿命产生影响。在卫星经历主动段、调相轨道阶段、地月转移轨道阶段、环月正飞/侧飞阶段过程中，星上设备存在多种工作模式，并且月球反照、红外辐射随在轨不同阶段及发射的时机不同而变化较大，此外，环月卫星与太阳的相对位置变化也较大。上述因素的综合影响，给卫星的热控设计增加了很大的难度。
同时，月球环境也是“嫦娥一号”卫星热控设计中所必须关注和重视的重要制约因素。“嫦娥一号”卫星在转移轨道上经受的地球空间自然环境以及在环月轨道上经受的月球空间自然环境，存在巨大的差别，对探测器的温度控制要求更高。同时，环月卫星与太阳的相对位置变化也较大，卫星上存在着复杂多变的内热源和外热流，为卫星的电源和热控设计增加了极大的难度。
此外，月食对“嫦娥一号”卫星的温度也有着重要的影响。月食时，月球正面的太阳直接辐射能、月表反射能和月表红外辐射能都迅速减少，同时，由于太阳电池供电减少，能源短缺，可用来给设备加热的电能也相当有限。准确地了解月食时月表的太阳辐照和温度，对于“嫦娥一号”卫星的热设计和热分析，以及应对方案的制定，具有重要意义。
对卫星的测控与通信技术
提出了更高的要求
“嫦娥一号”卫星飞离地球，到九天揽月，连接它与地球的是看不见的通信信号，必须确保地面对卫星的适时监控、指挥，“看”得见，“测”得上，“控”得准，是保证“嫦娥工程”取得成功的一个关键要素。地球至月球之间距离约38万千米，遥远的距离，必然使得测控信号的空间衰减增大，而且月球探测卫星的入轨过程，较中低轨道卫星和地球同步轨道卫星更为复杂，这个过程中的测控任务对测控系统提出了更高的要求，这就要求测控系统的传输能力要达到足够远的距离，这对卫星的测控系统提出了更高的要求。
空间环境对卫星防护设计
提出了很高的要求
由于“嫦娥一号”卫星与地球卫星所处的空间环境有极大的不同。
空间等离子体影响卫星通信和电源系统；地球磁层等离子体、太阳风可能引起星体表面充放电；地球辐射带粒子、太阳宇宙射线、银河宇宙射线引起总剂量效应和单粒子效应以及卫星内部充放电效应；地球磁场将对卫星姿态产生影响；太阳电磁辐射使卫星表面材料性能产生变化。除此之外，软X射线和紫外线也会影响表面涂层和光学器件。
“嫦娥一号”卫星的结构与系统组成
“嫦娥一号”卫星是借鉴我国以往卫星工程研制的经验，经过大量的适应性修改，根据任务进行技术创新研制的我国第一颗月球探测卫星。
卫星平台具有较大的承载、适应性修改和可扩充能力，其构型布局可以满足月球探测有效载荷的需求。整个平台的推进系统携带的燃料，除了可以保证卫星从地球到月球转移轨道和环月轨道过程中多次变轨机动外，根据计算，卫星在轨运行一年后，还有余量，可用于进一步的科学试验，完全能满足月球探测卫星的需求。
卫星结构分为上舱和下舱两大部分，其中上舱主要用于对月探测有效载荷设备的安装和部分卫星平台设备的安装。下舱主要安装蓄电池、电源控制器及控制分系统设备。
卫星重量2350千克，设计寿命1年。卫星由以下9个分系统组成。
有效载荷分系统
“嫦娥一号”卫星的有效载荷分系统由五类科学探测设备和有效载荷数据管理子系统6部分组成，共有25台设备。这些科学探测设备的主要任务是：获取月球表面的立体图像、多光谱图像以及地形高度数据，探测月壤厚度和有用元素的含量和分布，探测地月空间环境。有效载荷数据管理子系统的主要任务是：完成科学探测数据的采集、存储处理任务，完成有效载荷的在轨管理。
光学成像探测系统：主要用于月球表面三维影像探测。这项任务由卫星上现代的CCD相机和激光高度计来联合完成。通过两种设备配合使用，可以了解月球地形地貌，得到完整的月球三维地图，为后续优选软着陆地址提供参考依据，更好地了解月球的地质构造和演化历史。
干涉成像光谱仪：利用不同物体具有不同的光谱特性曲线成像的一种相机，对月面进行多光谱遥感。在立体成像得到的月面数字形貌模型的基础上填注专题要素信息, 可以完成对区域性的资源和物质特性调查的目的。
γ/X射线探测：γ/X射线谱仪探测月表元素受宇宙射线激发产生的γ射线和荧光X射线能谱，通过数据处理获得月表主要元素的含量和分布，从而确定月球表面位置类型和资源分布。 “嫦娥一号”将探测月面钛和铁等14种可能有开发利用前景的重要元素的分布特点和规律，并初步编制各元素的月面分布图。
微波探测仪 ：利用不同频段微波在月壤中穿透深度不同的特点，通过对月壤特定频段微波辐射亮温的测量，反演出月表不同地区月壤的厚度信息。主要用于评估月壤与氦-3资源。
空间环境探测：采用太阳高能粒子探测器和离子探测器对地－月空间环境进行探测，主要探测太阳风中的重离子成分、质子能谱、低能离子成分及其空间分布。
结构分系统
卫星结构用于支撑和固定卫星的各种设备、仪器，使之构成一个整体，以承受地面运输、卫星发射和空间运行时的各种力学和空间运行环境。“嫦娥一号”卫星主结构是由中心承力筒和蜂窝夹层板组成的一个长方体箱形结构。
热控分系统
热控分系统采用主动和被动热控技术，保证寿命期内卫星有效载荷系统及其它各分系统的仪器设备温度要求。其组成主要包括热控涂层、隔热材料、电加热器、传感器、热管、热控电性产品等。鉴于热设计边界条件复杂，系统较多地采用了主动控温设计。加热器的通断控制由数管分系统完成。
制导导航与控制分系统
制导导航与控制分系统由敏感器部件、执行机构部件和控制器部件组成。主要任务是：完成卫星奔月过程所需的多种姿态的变换和控制，实现卫星对月定向的三轴稳定姿态、太阳帆板对日定向跟踪、定向天线对地定向。
推进分系统
推进分系统采用双组元统一推进系统，主要任务是：与制导导航分系统配合，在从星箭分离开始到卫星寿命终了的时间内，向卫星提供变换和保持各种运行姿态，进行轨道控制和修正所需的动力。
供配电分系统
供配电分系统包括一次电源、二次电源和总体电路。一次电源采用太阳翼－蓄电池组联合电源，为卫星产生、贮存和调节电能，以满足卫星在整个飞行过程中的供电需求；二次电源采用分散供电方式；总体电路实现星上一次电源分配和控制，以及火工品的管理和控制。
数据管理分系统
数管分系统是二级分布式容错计算机系统，由中央单元、远置单元和遥控单元，以及一套双冗余的串行数据总线和数管分系统软件组成。用以实现卫星遥测、遥控、程控、星载自主控制、校时等整星控制和管理功能。
测控数传分系统
测控数传分系统由星载测控、数传和VLBI信标等部分构成。为卫星的跟踪测轨、遥控和遥测提供上、下行S波段射频信道；提供两个X波段信标信号供VLBI地面站测轨使用；为卫星提供高稳定度的基准时钟；完成科学数据的传输任务。
定向天线分系统
定向天线采用双自由度机构实现半空间覆盖，为数传下行信道和遥测下行信道提供满足任务要求的天线增益。
“嫦娥一号”怎样奔月？
发射月球探测器对月球进行考察，不外乎有两种形式，一种是探测器围绕月球进行考察，另一种是探测器在月面上着陆考察。由于它们的出发点地球和目的地月球都处于运动的状态中，因此，月球探测器必须选择合理的飞行路线，以便最近、最省时地飞向月球目标。
据计算，飞往月球的探测器的初速度不得小于10.848千米/秒。月球探测器在飞行过程中，常常是在地球和月球的共同作用下运动的。科学家将月球探测器的轨道飞行分为两个阶段，一个是以地球引力为主的阶段（当月球探测器与月球的距离大于6.6万千米·时），另一个是以月球引力为主的阶段（当月球探测器与月球的距离小于6.6万千米·时）。而且在实际飞行中，月球探测器还要受到太阳的引力。因此，月球探测器的飞行路线非常复杂。
“嫦娥一号”卫星的轨道由主动段、调相轨道段、地球至月球转移轨道段、环月轨道段四个部分组成。那么，具体来说，“嫦娥一号”卫星奔赴月球的过程是这样的：
火箭发射升空后，将“嫦娥一号”卫星送入轨道倾角为31度、近地点200千米、远地点51000千米的大椭圆轨道，即主动段。卫星与火箭分离后，依靠卫星自身的推进系统进行一系列机动变轨，最终到达飞行任务所要求的轨道。
调相轨道段。卫星进入这个阶段后，需要将大椭圆轨道的能量进一步增大，为此，要进行一系列远地点和近地点机动变轨，逐步增加卫星近地点的速度，使卫星远地点的高度逐步增加，使其变为远地点高度为380000千米的地－月转移轨道。
地－月转移轨道段。卫星到达近月点，进入月球捕获轨道时，为使其变为执行任务的圆轨道，将通过近月制动，使卫星减速，进入围绕月球运行的200千米高度的工作圆轨道。
环月轨道段。卫星正式进入环月运行轨道，轨道高度为200千米高的圆轨道。
