中国第一颗人造卫星、第一颗科学实验卫星、第一颗返回式遥感卫星，他是技术负责人，总设计师；中国第一颗通信卫星、静止轨道气象卫星、资源探测卫星、北斗导航卫星，他担任工程总师；中国第一颗探月卫星“嫦娥一号”，他再次挑起工程总设计师重任……

说起最初接触航天，孙家栋觉得是命运的机缘。

学了7年飞机，搞了9年导弹，1967年，孙家栋的命运却来了个急转弯——由钱学森亲自点将，38岁的他被任命为中国第一颗人造地球卫星“东方红一号”的技术总负责人。1970年4月，中国第一颗人造卫星在“长征一号”运载火箭从戈壁大漠腾空而起，为此，钱学森曾对别人说：“看来，把孙家栋找来还是对的，他的确敢干事，会干事。”

此后数十年，他相继担任了我国第二颗人造卫星、第一颗返回式卫星、第一颗静止轨道试验通信卫星等的技术总负责人和总设计师。

2009年4月8日，他在西昌卫星发射中心参加指挥的卫星发射任务又一次获得成功。这是中国自主研制发射的第100个航天飞行器。1999年，孙家栋被授予“两弹一星”功勋奖章。

航天是一项非常复杂的系统工程，每项工程都由卫星、火箭、发射场、测控通信、应用等几大系统构成，每个系统都设有总师。而孙家栋则被人们尊称为“总总师”。

1985年10月，中国政府向世界正式宣布：中国的运载火箭将承担国外卫星发射业务。孙家栋这个“造卫星”的专家又担当起“生意人”的角色。

2004年，我国正式启动探月工程。已是75岁高龄的孙家栋再次披挂上阵，亲自担任总设计师。不知经过多少个昼夜，孙家栋和他带领的团队付出了全部的心血，“嫦娥一号”卫星终于研制成功了。 2007年10月24日，中国探月卫星飞向月球。当成功的消息传到指挥室，孙家栋这位为中国航天事业奋斗了几乎一生的科学家悄悄背过身子，流下了眼泪。