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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。
如果月球探测器的最终目的为撞击月球的话，那么就要选择适当的发射时间，使月球探测器的飞行轨道与月球公转轨道相交；如果要击中月球表面的特定区域，发射初速度、发射时间和月球所在的位置及运动都需要严格地选择，而且在飞行途中还要严格修正。如果要长时间地考察月球，月球探测器需要成为围绕月球飞行的卫星。如果月球探测器要在月面上着陆，它可以从接近月球的轨道上经过机动飞行，在月球上着陆。但是，由于月球没有大气层，无论哪一种着陆方式，都需要在探测器下降过程中，用探测器本身携带的发动机制动，以便实现软着陆。
“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。
主动段。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51 000千米的大椭圆轨道，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380 000千米的地－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。这种特点要求卫星研制者必须着眼于月球卫星所处的特殊性，通过突破关键技术，实现技术创新，才能完成所赋予的科学探测任务。
研制攻克的关键技术
3年来，经过航天科技工作者的艰苦努力，卫星研制单位继续开展系统设计的完善和深化工作，尤其是在月球探测任务和“嫦娥一号”卫星特有的技术方面，各级技术人员充分沟通、勇于创新，在技术问题的不断细化过程中逐步完善设计。先后在轨道设计、飞行程序、月球空间环境、定向天线设计、热控设计、制导与控制设计、测控数传设计、月食问题等方面实现了突破，并形成了适应探月任务、具备深空探测应用背景的系统设计、分系统设计方法和专项技术，为“嫦娥工程”二、三期任务和对其他星体的探测设计提供了技术储备。
首先，从轨道来看，按照我国的设计，“嫦娥一号”卫星先绕地球飞行4～5天，经过3次加速后，进入第二个飞行阶段，即进入奔月轨道，飞往月球。在奔月轨道过程中，科技人员要时时观察测量卫星的轨道运转情况，如果有偏差，就要进行适时地修订。在这个阶段要对卫星进行2至3次的轨道修订，经过4天左右，到达月球。期间，最为关键的是，当卫星进入月球引力区时，要对卫星进行适时“刹车”，让其被月球引力捕获。而“刹车”是否成功，关键取决于卫星当时的位置和速度矢量是否正确。为此，科技人员要进行精确地测量和判断，然后指挥“嫦娥一号”及时“刹车”。如果“刹车”晚了，就要撞到月球上去；而“刹车”早了，就会飘向太空，所以这是一项非常关键的技术。科技人员经过反复地复核、复算，才突破了这个技术难题。
第二，在测控通信方面，国际上深空探测使用的一般都是直径35米，甚至70米的天线。由于我国的测控天线小，从38万千米外的月球上接收到的信号就弱。经过研制人员的共同努力，我国采用建设较大的天线，通过增大天线口径，增加接收信号的能力，解决了这个问题。
第三，卫星在设计上还要考虑经受两次月食环境、月球表面温差等影响。在月食期间，卫星太阳翼帆板将得不到太阳光，一次能源供应就中断了。因此，要解决月食期间的能源供应问题。另外，卫星绕月运行的周期大约2个小时，卫星要在300多度温差的环境下循环运行，经受冷热环境的周期考核，卫星上的所有仪器设备都要进行完整的热设计，这个技术难题也已经取得突破。
第四，要保证卫星的正常工作，需要卫星上的探测仪器对着月球、太阳翼帆板对着太阳、通讯系统和指挥控制系统对着地球，这三个矢量的控制很复杂，在科技人员的努力下，也成功解决了这一难题。
第五，卫星要对月球状况进行探测，首先要获得月球的三维影像，即三维照片。要用激光高度计、CCD相机、干涉成像光谱仪、γ/X射线探测仪，以获取三维影像和月球有用物质的分布，还要用微波探测器探测月壤厚度。因此，卫星要从微波、红外、可见光，到紫外、x和r射线，全谱段进行探测，有效载荷都是新研制的装置和设备，它们的工作特性要满足工程需求，其可靠性要满足一年的连续观测，这些技术难点的攻关都已经完成。此外，在理论分析上，科学家要对得到的信息进行分析处理，从而得到科学数据，这些技术难点都已经全部攻克。
值得一提的是，在“嫦娥一号”卫星研制中，已经取得了大量技术成果，体现了重大科学探索工程在科学进步方面的巨大拉动作用。例如，为从月球表面亮温数据反演出月壤厚度，“嫦娥一号”卫星研制队伍采集了多种岩石和矿物样品研制了模拟月壤和模拟月岩，并给研制的第一种模拟月壤取名叫“广寒一号”。通过对“广寒”系列模拟月壤进行研究，获得了月壤在观测波段的介电性质，根据相关的理论，可以得到特定条件下月球表面的亮温与月壤的厚度关系。这样，拿到月表亮温数据，就可以反演推算出月球表面月壤厚度和月球表面物质的电学特性。
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。
如果月球探测器的最终目的为撞击月球的话，那么就要选择适当的发射时间，使月球探测器的飞行轨道与月球公转轨道相交；如果要击中月球表面的特定区域，发射初速度、发射时间和月球所在的位置及运动都需要严格地选择，而且在飞行途中还要严格修正。如果要长时间地考察月球，月球探测器需要成为围绕月球飞行的卫星。如果月球探测器要在月面上着陆，它可以从接近月球的轨道上经过机动飞行，在月球上着陆。但是，由于月球没有大气层，无论哪一种着陆方式，都需要在探测器下降过程中，用探测器本身携带的发动机制动，以便实现软着陆。
“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。
主动段。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51 000千米的大椭圆轨道，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380 000千米的地－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。这种特点要求卫星研制者必须着眼于月球卫星所处的特殊性，通过突破关键技术，实现技术创新，才能完成所赋予的科学探测任务。
研制攻克的关键技术
3年来，经过航天科技工作者的艰苦努力，卫星研制单位继续开展系统设计的完善和深化工作，尤其是在月球探测任务和“嫦娥一号”卫星特有的技术方面，各级技术人员充分沟通、勇于创新，在技术问题的不断细化过程中逐步完善设计。先后在轨道设计、飞行程序、月球空间环境、定向天线设计、热控设计、制导与控制设计、测控数传设计、月食问题等方面实现了突破，并形成了适应探月任务、具备深空探测应用背景的系统设计、分系统设计方法和专项技术，为“嫦娥工程”二、三期任务和对其他星体的探测设计提供了技术储备。
首先，从轨道来看，按照我国的设计，“嫦娥一号”卫星先绕地球飞行4～5天，经过3次加速后，进入第二个飞行阶段，即进入奔月轨道，飞往月球。在奔月轨道过程中，科技人员要时时观察测量卫星的轨道运转情况，如果有偏差，就要进行适时地修订。在这个阶段要对卫星进行2至3次的轨道修订，经过4天左右，到达月球。期间，最为关键的是，当卫星进入月球引力区时，要对卫星进行适时“刹车”，让其被月球引力捕获。而“刹车”是否成功，关键取决于卫星当时的位置和速度矢量是否正确。为此，科技人员要进行精确地测量和判断，然后指挥“嫦娥一号”及时“刹车”。如果“刹车”晚了，就要撞到月球上去；而“刹车”早了，就会飘向太空，所以这是一项非常关键的技术。科技人员经过反复地复核、复算，才突破了这个技术难题。
第二，在测控通信方面，国际上深空探测使用的一般都是直径35米，甚至70米的天线。由于我国的测控天线小，从38万千米外的月球上接收到的信号就弱。经过研制人员的共同努力，我国采用建设较大的天线，通过增大天线口径，增加接收信号的能力，解决了这个问题。
第三，卫星在设计上还要考虑经受两次月食环境、月球表面温差等影响。在月食期间，卫星太阳翼帆板将得不到太阳光，一次能源供应就中断了。因此，要解决月食期间的能源供应问题。另外，卫星绕月运行的周期大约2个小时，卫星要在300多度温差的环境下循环运行，经受冷热环境的周期考核，卫星上的所有仪器设备都要进行完整的热设计，这个技术难题也已经取得突破。
第四，要保证卫星的正常工作，需要卫星上的探测仪器对着月球、太阳翼帆板对着太阳、通讯系统和指挥控制系统对着地球，这三个矢量的控制很复杂，在科技人员的努力下，也成功解决了这一难题。
第五，卫星要对月球状况进行探测，首先要获得月球的三维影像，即三维照片。要用激光高度计、CCD相机、干涉成像光谱仪、γ/X射线探测仪，以获取三维影像和月球有用物质的分布，还要用微波探测器探测月壤厚度。因此，卫星要从微波、红外、可见光，到紫外、x和r射线，全谱段进行探测，有效载荷都是新研制的装置和设备，它们的工作特性要满足工程需求，其可靠性要满足一年的连续观测，这些技术难点的攻关都已经完成。此外，在理论分析上，科学家要对得到的信息进行分析处理，从而得到科学数据，这些技术难点都已经全部攻克。
值得一提的是，在“嫦娥一号”卫星研制中，已经取得了大量技术成果，体现了重大科学探索工程在科学进步方面的巨大拉动作用。例如，为从月球表面亮温数据反演出月壤厚度，“嫦娥一号”卫星研制队伍采集了多种岩石和矿物样品研制了模拟月壤和模拟月岩，并给研制的第一种模拟月壤取名叫“广寒一号”。通过对“广寒”系列模拟月壤进行研究，获得了月壤在观测波段的介电性质，根据相关的理论，可以得到特定条件下月球表面的亮温与月壤的厚度关系。这样，拿到月表亮温数据，就可以反演推算出月球表面月壤厚度和月球表面物质的电学特性。