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“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。
“嫦娥一号”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。
“嫦娥一号”卫星重量2 350千克，设计寿命1年。卫星由9个分系统组成。即：有效载荷分系统、结构分系统、热控分系统、制导导航与控制分系统、推进分系统、供配电分系统、数据管理分系统、测控数传分系统、定向天线分系统。
有效载荷分系统。“嫦娥一号”卫星的有效载荷分系统由5类科学探测设备和有效载荷数据管理子系统6类载荷组成，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。CCD立体相机具备获取月表同一目标的星下点、前视、后视，获取三幅二维原始数据图像的能力，分别经辐射定标（绝对定标）修正后，利用精密定轨后所获得的月心坐标系中摄像坐标位置和摄像时刻的卫星姿态信息，重构月表三维立体影像。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点提供参考依据，更好地了解月球的地质构造和演化历史。
干涉成像光谱仪是利用不同物体具有不同的光谱特性曲线成像的一种相机，可对月面进行多光谱遥感。为获取高程数据，精化月面数字形貌模型，卫星配置激光高度计，与卫星轨道参数相结合，为三维立体成像提供高程参数。
γ/X射线探测：γ/X射线谱仪用于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，可获得月表主要元素的含量和分布，从而可确定月球表面位置类型和资源分布。由于宇宙线与元素相互作用产生的γ/X射线强度有限，因此要得到较好的统计精度，需要γ/X射线谱仪具有高探测效率和较长的采样时间，累加数月乃至一年。“嫦娥一号”将探测月面钛和铁等14种可能具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。这些任务将由γ/X射线谱仪联合完成。
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，反映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。
结构分系统。卫星结构主要用于支撑和固定卫星的各种设备、仪器，使之构成一个整体，以便能够承受地面运输、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他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据管理分系统完成。
制导导航与控制分系统。制导导航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。数据管理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”卫星的关键技术
轨道设计。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度分析、月球卫星轨道优化设计等都是必须解决的问题。
对月姿态确定技术。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。
测控和数据传输。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区域。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，是一个需要解决的关键技术。
星上热控和电源系统的设计。日－地－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，卫星的外部热流环境复杂多变，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，因此整星的热控设计也是一项关键技术。
“嫦娥一号”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。
“嫦娥一号”卫星重量2 350千克，设计寿命1年。卫星由9个分系统组成。即：有效载荷分系统、结构分系统、热控分系统、制导导航与控制分系统、推进分系统、供配电分系统、数据管理分系统、测控数传分系统、定向天线分系统。
有效载荷分系统。“嫦娥一号”卫星的有效载荷分系统由5类科学探测设备和有效载荷数据管理子系统6类载荷组成，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。CCD立体相机具备获取月表同一目标的星下点、前视、后视，获取三幅二维原始数据图像的能力，分别经辐射定标（绝对定标）修正后，利用精密定轨后所获得的月心坐标系中摄像坐标位置和摄像时刻的卫星姿态信息，重构月表三维立体影像。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点提供参考依据，更好地了解月球的地质构造和演化历史。
干涉成像光谱仪是利用不同物体具有不同的光谱特性曲线成像的一种相机，可对月面进行多光谱遥感。为获取高程数据，精化月面数字形貌模型，卫星配置激光高度计，与卫星轨道参数相结合，为三维立体成像提供高程参数。
γ/X射线探测：γ/X射线谱仪用于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，可获得月表主要元素的含量和分布，从而可确定月球表面位置类型和资源分布。由于宇宙线与元素相互作用产生的γ/X射线强度有限，因此要得到较好的统计精度，需要γ/X射线谱仪具有高探测效率和较长的采样时间，累加数月乃至一年。“嫦娥一号”将探测月面钛和铁等14种可能具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。这些任务将由γ/X射线谱仪联合完成。
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，反映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。
结构分系统。卫星结构主要用于支撑和固定卫星的各种设备、仪器，使之构成一个整体，以便能够承受地面运输、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他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据管理分系统完成。
制导导航与控制分系统。制导导航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。数据管理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”卫星的关键技术
轨道设计。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度分析、月球卫星轨道优化设计等都是必须解决的问题。
对月姿态确定技术。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。
测控和数据传输。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区域。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，是一个需要解决的关键技术。
星上热控和电源系统的设计。日－地－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，卫星的外部热流环境复杂多变，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，因此整星的热控设计也是一项关键技术。