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1968年2月，中国第一颗返回式遥感卫星方案论证工作完成以后，返回式遥感卫星的总体研究任务开始转到空间技术研究院，任务正式落到了此时正在主持研制“东方红一号”卫星的孙家栋肩上。
从此，孙家栋开始担任起中国第一颗返回式遥感卫星技术总负责人。
20世纪60年代的中国，虽然还没有研制过返回式卫星，甚至连第一颗卫星还处于研制状态，但对一系列探究火箭的回收技术，科学家们还是有一定的经验的。
早在1959年秋天，一群平均年龄仅21岁，刚刚走出大学校门的年轻人便接受了研制小型探空火箭回收系统的任务。经过一系列试验，终于多次成功地完成了气象探测、生物试验、电离层探测、高空试验和红外地平仪试验等火箭回收工作。
从探空火箭上取得的回收技术，为返回式卫星的成功创造了必要条件。
当然，火箭不是卫星，返回式卫星的结构十分复杂，全星由结构系统、温度控制系统、摄影系统、姿态控制系统、程序控制系统、遥控系统、遥测系统、跟踪系统、返回系统、天线系统和供配电系统组成。
卫星的返回过程简单地说，是在预定轨道完成任务后，为了使制动火箭按预定的推力方向工作，卫星首先进行瓷态调整，即将卫星从轨道运行时的头部向前姿态转到底部稍稍向前的姿态。然后，返回舱与仪器舱分离。接着，用起旋发动机使返回舱绕地轴旋转，以稳定返回舱的姿态。随后，制动火箭点火工作，使返回舱从卫星运行轨道转到一条飞向地面的轨道。
在进入大气层前，起旋发动机开始工作，使返回舱的自旋速度减小，以便返回舱再入大气层后能较快地转到头部朝前的姿态。
返回舱在下降到离地面一定高度时，抛掉制动火箭壳体和底部防热罩。最后，装在返回舱的降落系统的4顶降落伞依次打开，返回舱乘着主降落伞以每秒14米的速度安全着陆。
中国返回式卫星的研制虽然起步较早，但进展却十分缓慢，由于当时各种实际原因，返回式遥感卫星的研制进度和发射计划一再拖延。
返回式卫星的研制必须要经历4个阶段。首先是方案论证阶段，这在1967年9月已经圆满完成。然后是方案设计阶段、初样研制阶段和正样研制阶段。
1970年，中国的第一颗卫星发射成功之后，美国《航空周刊》的老编辑克拉斯即发表评论说：
预计在10年内，也许就在1975年，将会有新的旅行伙伴加入美苏的秘密侦察卫星行列。
新的旅行伙伴，即指“返回式卫星”。
为加速中国第一颗返回式卫星的研制进程，国防科委建议将这一工程列为国家重点工程。
周恩来批准了这一建议，并指示在北京地区组织大会战，由此全面展开了各系统的研制和发射准备工作。
返回式遥感卫星的正检星从1973年4月开始，进行了为期8个月的噪声、分离冲击、热真空和整星振动试验，获得了大量的试验数据。
孙家栋组织研制人员，针对暴露出来的问题又制定了若干改进措施。
返回式遥感卫星是一种用于国土普查的遥感卫星，被广泛应用于大地测量、资源勘探、资源普查、交通建设、城市规划等很多领域。因此，尽快将返回式遥感卫星发射上天投入使用，必将在我国国民经济建设中发挥重要作用。
返回式遥感卫星最主要的作用是要有较强的观测能力，最主要的技术指标是对地观测的分辨率。
卫星的观测能力表现在卫星飞行时间和卫星所携带的胶片数量。卫星上所使用的电源是锌银蓄电池组，卫星飞行的时间完全取决于锌银蓄电池组的容量。
卫星在空中飞行拍摄，受地球天气的影响比较严重，云层天气的影响大约占40％至60％，如果能够增加飞行时间，不仅可以增加拍摄区域，而且在观测区域的安排上可以根据气象情况进行拍摄调整，可以充分提高胶片的利用率。卫星所携带的胶片量是对地观测能力的重要因素，但胶片量的增加不仅涉及火箭的运载能力，也涉及星载遥感相机和卫星返回舱的综合布局。
当时，除了要完成卫星本身的研制，在研制中还要与星上有效载荷的研制同步进行。
星上相关技术的攻克情况，比如全景扫描相机光学设备、胶片的厚薄及质量水平等，所出现的问题会直接涉及到卫星方案，常常会牵一发而动全局，不仅大的方案，就是很多具体细节都需要孙家栋随时进行全面考虑，综合协调。
第一颗返回式遥感卫星的形状为羽毛球状的钝头截锥体，最大直径2200毫米，总长度3144毫米，头部半锥角为10度。由仪器舱和返回舱两个舱段组成。卫星由有效载荷、结构、电源、控制、热控、程控、遥控、遥测、跟踪、天线、返回，共11个系统组成。这一环扣一环，各个系统紧密结合恰似巧夺天工般的杰作。
孙家栋组织总体部门将任务分配到各个系统，由各个系统按照总体技术、质量指标开始研制。
有效载荷为胶片型可见光遥感相机，卫星完成全部摄影任务后，由返回舱脱离空中运行轨道带着胶片舱返回地面。
结构系统主要是仪器舱和返回舱两个舱段。仪器舱具有良好的密闭性，以满足遥感相机在太空工作的压力环境。仪器舱壳体为铝合金金属结构，舱内主要安装遥感相机和在轨道上工作的仪器。回收舱内衬为铝合金，外部为耐高温的抗烧蚀材料。
电源系统包括锌银蓄电池组、电源变换器、配电器及其电缆等设备。其功能是为卫星上的设备供、配电，保证星上设备正常工作。
控制系统包括姿态控制和轨道维持两部分功能。姿态控制是对地定向三轴稳定系统，以满足有效载荷对地摄影的姿态要求，用陀螺和红外线地球敏感器作为姿态测量部件，用冷气喷气系统作为执行机构来完成控制功能，正确地完成运行及返回前的姿态基准。
热控系统的功能是通过保温与散热等不同措施，保证卫星上设备所要求的环境温度。
程控系统的主要功能是产生程序控制指令，控制遥感相机和其他设备的定期开、关机。
遥控系统的功能是接收地面发送的指令信息，接收机收到指令后，向星上其他设备发出指令，控制星上设备的开关机以及状态变化。
遥测系统的功能是采集星上的数据，经过编码、调制后，由无线电射频传输到地面站，经对面站接收、解调和处理后得到所需要的卫星工程数据。
跟踪系统的功能是利用星上双频测速和雷达测距设备，由地面和星上设备相互配合测出卫星到地面站的方位和距离，经计算得到卫星的轨道数据，完成地面跟踪和轨道测量。
天线系统是为完成遥控、遥测、跟踪、回收标位等设备无线电信号发送和接收所配套的设备。
返回系统是当卫星完成在轨遥感摄影和科学试验任务后，由姿态控制系统调整好卫星姿态，保证返回舱与仪器舱分离后，执行卫星的回收程序，发出制动发动机点火、无线设备开机、降落伞开伞等一系列指令，使返回舱安全着陆返回地面。
在孙家栋的主持下，中国的第一颗返回式遥感卫星的研制工作终于就要完成了，研制人员期待着它早日通过测试，飞上蓝天。