嫦娥远征
孙家栋、栾恩杰和欧阳自远作为探月工程“三巨头”，他们深知自己在工程中所扮演的角色。正如2006年他们在中央电视台演播室与广大电视观众见面时，主持人向观众做的形象介绍：“今天我来介绍一下现在请到演播室的三位嘉宾，他们是中国探月工程最核心的三位负责人。左边的这位是绕月探测工程总指挥栾恩杰，中间这位是绕月探测工程总设计师孙家栋院士，右边这位是绕月探测工程应用科学首席科学家欧阳自远院士。他们三位所承担的工作，形象地说就是，总指挥管的是绕月工程要做什么？总设计师管的是怎么做？而欧阳院士管的是为什么要做。”
他们非常关注航天事业未来发展的前瞻战略，在航天技术对现代科学带动作用下，探月工程以期实现工程目标与科学目标并重的国家战略。他们按照自己肩上所承担的责任，只要有时间他们就会在一起畅谈，在一起探讨，在一起互相启发。他们的畅谈往往能够撞击出意想不到的火花。很多时候他们也深入研究议论国外登月的情况，他们要把眼光瞄向当今的发展水平，虽然起步晚，但确立的科学目标不能低，中国首次月球探测的成果起码相当于21世纪初美国所得到结果的进一步拓展。
孙家栋和栾恩杰、欧阳自远认为，利用这个机会展开一些必要的宣传不仅能够起到全民科学普及教育、增强人们对航天爱好的效果，而且可以以探月为契机，获得全国人民的支持，从而推动航天产业的发展。他们做了专题研究后，发布了下列七条言简意赅的解释：
第一，出于维护我国月球权益的需要。尽管1984年联合国通过的《指导各国在月球和其他天体上活动的协定》（简称《月球条约》）中规定，月球及其自然资源是人类共同财产，任何国家、团体和个人不得据为已有。但是，当前，主要航天国家和组织正加紧实施月球探测计划。作为联合国外空委员会的成员国，我国开展月球探测，并取得一定成果，才具有履行《月球条约》和分享开发月球权益的实力，维护我国的合法权益。
第二，月球是人类研究宇宙和地球本身的最佳平台。科学家认为，通过利用月面上没有人为改造和破坏的某些本来面目研究月球，了解月球的成因、演变和构造等诸方面的信息，有助于了解地球的远古状态、太阳系乃至整个宇宙的起源和演变，有助于搞清空间现象和地球自然现象之间的关系，可以极大地丰富人们对地球、太阳系以至整个宇宙起源和演变及其特性的认识，从中寻求有关地球上生命起源和进化的线索。
第三，月球是促进科技的进步和发展的重要载体。开发月球是空前艰巨的事业，需要解决一系列难题，这必然会带动诸如大推力火箭、巨型航天器、高速飞行、人工智能、计算机、机器人、加工自动化、精密仪器、遥感作业、通信、材料、建筑、能源等工程技术以及空间生物、空间物理、空间天文等科学技术的突飞猛进。
第四，为开发利用月球资源做准备。据探测，月岩中含有地壳中的全部物质元素，约有60种矿藏。在月球岩土中，具有丰富的氧、铁、镁、韩、桂、钛、钠、钾、锰等物质，初步估计共含有8万亿吨铁。此外，月球上有丰富的能源，尤其是月球上的氦3是地球上所没有的核聚变反应的高效燃料，据估计，在月壤中氦3的资源总量可以达到100万~500万吨，能够支持地球7000年的电量需要。
第五，促进深空探测。月球表面的引力只有地球表面的六分之一，因此，航天器从月球上起飞，可大大节省能源。月岩土壤中氧占40%，可以就地生产推进剂和作为受控生态环境和生命保障系统的氧气来源。硅占20%，可以为航天器制作太阳电池阵，其他金属可以为航天器制作各种部件设备。还可以用月球做中转站，为过往的航天器进行检修和补充燃料。
第六，进行天文观测和研究的平台。月球表面的地质构造极其稳定，月球直接承受太阳的辐射，没有大气层对光线和电波的吸收、散射和折射等干扰，没有尘埃污染，没有磁场，月球的背面没有人造光源和射电的干扰，地震很微小。同时，月球有漫长的黑夜，黑夜温度极低。这种环境为建造高精度天文观测台提供了理想的场所。
第七，推动经济发展。开发月球，可以产生难以估量的经济效益，而且其他技术的二次开发应用，势必促进工业的发展与提升。如美国研制和发射“阿波罗”号载人飞船时，就产生了3000多项专利，带动了高新技术产业的发展，在“阿波罗计划”中，每投入1美元，就会带来5美元的效益。
当然，月球上相当多的状态还属于理论推算或试验预测，真正定性、定量分析尚需要进行实际的科学考察才能得出准确答案，这也是中国开展这项工作的出发点。
在实施月球探测工程的同时，将带动和促进我国基础科学和高科技的发展，将会促进宇宙学、比较行星学、月球科学、地球与行星科学、太阳系演化学、空间天文学、空间物理学、空间材料科学、空间天气与空间环境科学等的创新和发展，这些学科的进展又将带动更多的基础学科交叉、渗透与共同发展。
孙家栋组织相关人员认真分析了国外探月活动的经验教训，使他所领导的专家和技术队伍胸中更加有底，更加信心十足，虽然地月之间距离遥远以及迄今尚未进行过月球探测活动等因素，但中国的月球探测工程将更多地采用目前世界上最成熟技术。虽然许多技术问题还需要进一步试验和攻关，但经过专家们的多方论证的结果是：中国的探月工程不论是总体还是各系统、各分系统、子系统都已不存在“颠覆性”的技术问题。
孙家栋认为：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。过去我们的航天活动都是围绕地球做文章，现在月球探测则拉开了中国深空探测的帷幕。国家决定上马月球探测工程，我们将充分利用成熟技术，大胆采用我们已经具备的当代高新技术，尽可能用最少的投资，在最快的时间里获得月球探测第一手资料，为后续更加深入的探测积累经验。随着月球探测各期工程的分步实施，中国将逐步突破绕月探测关键技术、月球软着陆及自动巡视勘察技术、月球自动采样及地月往返技术，研制和发射月球探测卫星、月球软着陆器和月球车、月球采样返回器，建立并逐步健全月球探测航天工程系统，为未来的深空探测活动奠定技术基础。国家批准工程立项后，探月卫星在远地轨道的控制、紫外遥感月球、接近月球时的减速“刹车”等月球探测关键技术难题，也一定会逐项得到解决。
随着时间的飞快推进，探月工程在稳步进行，在孙家栋的领导之下，总体技术的难关逐项得到了攻克，每一步艰辛后面都显现出了可喜的成果。国防科工委适时召开工作会议，总结、检査、部署探月工程工作。
2005年1月，国防科工委在北京召开了绕月探测工程第二次工作会议，绕月探测工程五大系统二百余名代表参加了会议。会议要求全体人员以高度的政治责任感、使命感抓好这一具有战略意义的工程，要以质量促进度、保成功。航天探测是高技术、高效益，同时也是高投入、高风险的科学活动，积极开展国际合作，是快速提升技术水平、节约投入、分散风险、培养人才的捷径，因此要实施请进来、走出去的战略，推进航天领域的国际交流与合作；最后应通过探月工程的实施培养一批勇于探索的年轻的高科献才。
2006年3月24日，国防科工委在北京召开了绕月探测工程第三次工作会暨决战动员会。会议提出，2006年将是中国绕月探测工程的决战年，工程五大系统在本年内要具备执行发射任的能力，要求工程各系统和各参研单位以决战的姿态做好各项工作，采取各种有力措施，确保工程每一个细节设计正确、生产规范、验证全面。要求全系统所有研制、生产和建设人员抖擞精神，严细慎实，努力铺就“嫦娥”飞天路。会上，国防科工委向绕月探测工程五大系统的总指挥、总设计师颁发责任书，并对工程初狮制建设阶段先进个人予以表彰。
随着探月工程各系统按计划进度纷纷完成了任，探月工程已经接近卫星发射的关键时刻。就在此时，国防科工委于2006年11月18日在北京召开了绕月探测工程五大系统的总指挥、总设计师年度两总扩大会议，孙家栋参加会议并在会上讲话强调：“探月工程已经到决战的总攻阶段，设计质量、各种配套产品质量必须严格按照要求进行逐项检查，各个环节的工作绝对不能放松，使设计、生产全部做到百分之百的可靠。越是到了发射的关键时刻越是不能掉以轻心、不能松懈、不能麻痹，除此之外，还要把各个系统的查漏、补遗工作抓好，必须认真地把这些工作落到实处！”
2007年1月29日，温家宝总理、曾培炎副总理来到探月工程研制现场，视察绕月探测工程进展情况，孙家栋参加陪同并进行了汇报。温家宝总理对绕月探测工程提出四点具体要求：一要高度重视，全力以赴；二要安全可靠，质量第一；三要团结奋战，大力协同；四要尊重科学，敢于探索。
当今世界，航天方面的竞争还是非常激烈的。谁占有这个优势，谁就取得了主动权。孙家栋充满信心地表述了自己的观点：“中国航天经过几十年的迅速发展，已建立起一套非常完整的系统，为中国绕月探测工程的实施奠定了充分的技术、物质、人才和管理基础。”开展月球探测工程，是中国启动深空探索活动的一条可行、便捷之路。我们一定能够圆满完成“绕、落、回”各个阶段的月球探测任，为中国乃至整个人类积累一笔宝贵的财富。这是孙家栋对中国航天满怀深情的期望，是他内心积蓄已久的心声。
孙家栋认为：当前国际形势对我们有利，怎么样用我们自已的智慧，用自已的能力把我们中国的航天事业发展得更快，这是非常重要的一件事情，也确实是当前一个很难得的机遇。
中国航天经过几十年的发展和几代人的奋斗，在科学技术和人才等方面积累了丰富的经验，为中国绕月探测工程的实施奠定了坚实的基础。随着我国综合国力的持续增强，为中国绕月探测工程的实施提供了有力保证。同时，我国航天技术的飞速发展和一大批科学家的不懈努力，使酝酿了十年之久的探月计划变得切实可行。
探秘月球
2007年10月24日是“妇娥一号”卫星实施发射的日子。这天上午，大凉山环抱的西昌卫星发射场上空笼罩的阴云密雾，在发射前，从发射场袅袅飘走，阳光普照下的发射场显出新鲜与活力，发射场各岗位人员有条不紊地按预定程序进行着各项发射前的准备工作，中国第一颗探月卫星将在这里按计划发射升空。
“一小时准备！”指控大厅的扬声器里传来调度指挥员的口令。此时，孙家栋面容沉稳地坐在指控大厅摆有孙家栋名字座签的位子上，不时侧过身子小声与旁座的探月工程副总设计师龙乐豪、“妇娥一号”卫星总指挥兼总设计师叶培建交谈。
“三分钟准备！”这时，指挥大厅所有的人都不约而同地将视线集中到了大屏幕上的运载火箭上。群山环抱的航天发射塔巍峨壮观，坐落在发射台上的“长征三号甲”运载火箭屹立挺拔。火箭在这个时间段有几个非常关键的动作，液氧加注排泄连接器、液氢加注排泄连接器以及若干电信号、供气管路连接器将要实施脱落。所有的监控镜头都对准了这些关键部位。
“一分钟准备！”正常脱落后的供电连接器从火箭和卫星外壁脱落下来的一瞬间，被发射塔架伸出来的长长摆杆带着连接器插头徐徐摆向火箭后面的发射塔架一侧，顶天立地的火箭和卫星挺拔在发射台上即将告别地球。
18时05分04秒随着发射调度指挥员那气壮山河的“点火”口令，“长征三号甲”运载火箭喷射出巨大的烈焰，在震耳欲聋的轰鸣声中腾空而起、直剌苍穹，它运载着“嫦娥一号”探月卫星开始了奔月征程。
18时29分，“星箭分离！”“卫星入轨！”
北京航天指挥控制中心传来的数据表明，火箭已将“嫦娥一号”卫星成功送入近地点205公里、远地点50930公里、轨道倾角31度的超地球同步轨道，创造了长征系列运载火箭第103次发射和连续61次发射成功的纪录，取得了“长征三号甲”火箭第15次连续发射成功的佳绩。
发射场指挥大厅里，人们激动得全体站立鼓掌，孙家栋瞬时放松了紧绷的神经，但他的眼睛仍然紧紧盯着大屏幕，虽然火箭早已飞出了人们的视线，但他还沉浸在发射成功的喜悦中。
探月卫星“嫦娥一号”发射成功后，孙家栋立即乘坐专用飞机从西昌赶回北京。在那一个多月的时间里，他基本每天早出晚归待在位于北京城北航天城的指挥控制中心，遇到卫星运行的关键节点，他常常昼夜难眠地守候在航天城，他坐在航天室里时刻凝望着“嫦娥一号”卫星运行的数据图，他的大脑紧紧地随着“嫦娥一号”卫星的运行轨迹而移动，他的心随着显示屏上“妇娥一号”卫星前进的数据跳动而跳动。
“嫦娥一号”卫星发射升空后经过长途跋涉，在地面技术人员的精确指挥控制下，先后经过1次远地点加速和3次近地点加速，共绕地球飞行7圈，逐步将轨道由近地点高度205公里、远地点高度50900公里，调整到近地点高度约600公里、远地点高度约40.5万公里的地月转移轨道。卫星的飞行速度也由星箭分离时的10.33公里秒提高到地月转移轨道所需的10.58公里秒。
10月30日17时40分“嫦娥一号”卫星飞行至距离地球约11.98万公里的距离，突破了我国航天器到达的最远距离纪录。
10月31日17时28分，卫星按预定的时间、位置、速度成功进入地月转移轨道，标志着“嫦娥一号”卫星开始进入奔月。
在这成功的欢喜时刻，新华社记者就中国绕月探测工程有哪些创新点和新跨越的问题专门采访了总设计师孙家栋。孙家栋认为：