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"嫦娥一号"卫星上选用的有效载荷共6套24件，包括CCD立体相机、激光高度计、成像光谱仪、伽马/X射线谱仪、微波探测仪和太阳风粒子探测器等。其中CCD立体相机是拍摄全月面三维影像的专用相机，在中国属首次使用。成像光谱仪用于获取月面光波图谱。伽马/X射线谱仪用于探测月球表面元素。微波探测仪除用于获取月壤厚度信息外，还能给出月球背面的亮度温度图和月球两极地面的信息。集望远镜、激光器和接收电路三部分为一体的激光高度计，由中科院上海技术物理研究所研制。它在探月卫星的发射阶段和转移阶段都处在"睡眠状态"。卫星进入环月轨道后，激光高度计首先向月面发射激光束，并立刻用望远镜把反射回来的光束变成电信号。接着，接收电路盒将迅速进行精确计算，用最短时间得出该探测点的月球海拔高度。激光高度计完成绕月旅行，便可清楚地得到月面每个探测点的海拔高度。这些数值一旦与CCD立体相机拍摄的平面图像相叠加，就是一幅完整而精确的月面三维地形图。只要激光高度计发射的探测点足够密，就能获得覆盖整个月球的地形图，包括人类探月活动从未涉及的月球两极区域。
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。
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