2007年10月24日18时05分，素有“金牌火箭”美誉的“长征三号甲”运载火箭托举着我国第一颗月球探测卫星——嫦娥一号在四川西昌卫星发射中心发射升空。18时29分，星箭分离，嫦娥一号卫星正常进入初始地球轨道。此后，嫦娥一号卫星开始消除初始偏差，建立巡航姿态。北京航天飞行控制中心随后宣布：嫦娥一号发射圆满成功。
在未来两周内，卫星将经过4次变轨，2到3次中途修正和3次近月制动，最终建立起距月球200公里的环月轨道，对月球开展科学探测。在这个轨道上，嫦娥一号将飞行1年时间，完成其探月使命。
迄今为止，我国研制发射的各类卫星均是在地球引力的范围内运行。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。“嫦娥一号”卫星的研制有许多关键技术需要攻克。
轨道设计是绕月探测卫星成败的关键。分析求解地球至月球转移轨道，建立中途修正的数学模型、方法和编制软件，利用调相轨道扩大发射窗口，环月轨道的超长期性状研究，月球卫星轨道捕获、调整以及长期运行过程中轨道调整的控制策略和具体方法，月球卫星轨道的测轨预报的精确度分析、月球卫星轨道优化设计等都是必须解决的问题。
为保证有效载荷的正常工作，对卫星的姿态控制精度有较高的要求。而月球表面不像地球有比较稳定的红外辐射场，因此，对月姿态确定不能采用红外敏感器，必须采用其他手段，如紫外敏感器或星敏感器加外推算法。
月球探测卫星距离地球遥远，测控通信的自由空间损耗高于中低轨道卫星和地球同步轨道卫星，同时由于我国测控网网站的分布有限，因此，卫星在很多时间内处于不可见的地域。
如何提高卫星上天线的发射增益，在有限的时间内完成测控和科学数据的传输，是一个需要解决的问题。
日—一地一月三者相互关系和环月轨道决定了一年中卫星与太阳的相对位置变化很大，同时月球反照、红外辐射随时间的变化也较大。因此，卫星的外热流环境复杂多变。这给热控和电源系统的设计带来了新的问题。由于“嫦娥一号”卫星复杂的飞行阶段和飞行姿态，以及月球表面特殊的温度分布，卫星表面的外热流非常复杂、变化剧烈，给整星的热控设计带来很大困难。
能否突破这些关键技术，既决定了“嫦娥一号”卫星能否完成月球探测任务，也决定了“嫦娥工程”的成败。
近期中国的月球探测可分为三个发展阶段 即探月三步走。第一步是环月探测。研制和发射中国第一个月球探测器——“嫦娥一号”月球探测卫星，对月球进行全球性、整体性与综合性探测。第二步是月面软着陆器探测与月球车月面巡视勘察、2012年左右发射月球软着陆器。试验月球软着陆和月球车技术。第三步是月面自动采样返回。2017年前