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1976年12月，孙家栋以中国航天专家的身份，随团赴法国、联邦德国、荷兰、意大利等国家的航天部门考察访问，了解欧洲空间技术的发展水平。此后，他开始频繁地参与国际交流活动。通过一次次对外接触，他增长了见识，在国际上树立中国航天大国的思路逐渐清晰。
1985年10月，当我国又将一颗返回式遥感卫星发射升空后，时任航天工业部部长的李绪鄂向世界宣布：中国的运载火箭将投入国际市场，承担国外卫星发射业务。这一消息在国际上迅速引起强烈反响。几乎在同时，经中央批准，孙家栋升任航天工业部副部长，又一次受命于中国航天发展的关键时刻。
中国航天经过几十年的努力奋斗，已形成了一套完整的研制、生产、试验、发射体系，建立了与之相配套的设施，拥有一支庞大的、专业齐备的科研试验队伍。但如何有效地将中国航天这些优势充分利用起来，是摆在国家主管部门领导面前的一个重要课题！
中国航天领域的领导们已经清醒地看到：自从我国连续成功地发射了返回式遥感卫星和地球同步静止轨道通信卫星后，实际上已具备了承揽外国卫星发射的能力。用中国的火箭为外国发射卫星，不仅是一件壮国威、振民心的好事，在改革开放初期，它还可以为任务尚不饱满的航天产业带来新的生机，通过饱满的任务培养锻炼新一代科学技术人员，通过饱满的任务使设备得到充分利用和更新换代，以此促进航天产业能力的进一步提高。另外，通过发射外国卫星还能够增强海外华侨的爱国凝聚力，同时可以保本创汇，增加经济效益。
发射外国卫星是带有商业性质的国际技术合作。为此，中国航天人除了要懂研制发射卫星，还要学会跟国际商业客户打交道。孙家栋扮演起“生意人”的角色。20世纪80年代中期，孙家栋开始了自己角色的转换，他更多地作为中国的谈判代表活跃在国际航天界，促进火箭发射进军海外，将中国运载火箭推向国际市场，提供商业发射服务。
1988年，香港亚洲卫星公司购买了美国休斯公司的“亚洲一号”卫星，准备让长征三号火箭将其送入太空。但卫星要从大洋彼岸运到中国，必须有美国政府发放的出境许可证。争取许可证的使命，落到了时任航天工业部副部长的孙家栋肩上。1989年，60岁的孙家栋担任了航空航天工业部科学技术委员会主任，代表中国政府与美国政府进行艰苦的谈判并且签署了“关于卫星商业发射服务”的协议，推动了中国航天承揽对外发射的服务，坚定不移地将中国航天的步伐迈向了全世界。
当年10月，孙家栋代表中国与美国签订了《卫星技术安全》和《卫星发射责任》两个协议备忘录。但双方对一些国际贸易问题存在较大分歧，并未达成最终协议。1个月后的第二轮会谈，地点从北京移到了华盛顿。孙家栋作为代表团团长再次领命出征。
谈判刚一开始，美方主动进攻，气势逼人。孙家栋带领中国代表团据理力争，坚决反驳对方的“中国发射外星扰乱国际商业发射市场”观点。双方僵持不下，谈判在拉锯中进行，一直持续到当年圣诞节前夕。
孙家栋注意到，许多美方代表预订了12月20日旅游度假的机票，对谈判越来越没耐心。他抓住对方的这种心理，制定了“拖延战术”，从上午谈到下午、下午谈到晚上，寸步不让。12月19日，美国人的忍耐到了极限，在楼上都能听见美方代表与焦急的家人为调整出游行程而大声争论。这天，无心恋战的美国人终于签署了协议。这是他谈判生涯中的精彩之笔。
1990年1月，中国长城工业公司与香港亚洲卫星公司，在人民大会堂正式签署了卫星发射服务合同。聂荣臻听说此事，拉着孙家栋的手高兴地说：“中国能为世界上科技最发达的美国发射卫星，是一件很了不起的事。发射外国卫星对于中国航天事业来讲是具有划时代意义的。”
1990年4月7日，西昌卫星发射中心内，气氛紧张得让人窒息。“我一生中亲历过数十次发射现场，但那一次格外紧张。”孙家栋说，“当时大厅内一片寂静，我除了能听见自己的心跳，甚至还能感觉到周围人的心跳。”21点30分，长征三号运载火箭雷霆般呼啸着拔地而起，21分钟后，精确地将“亚洲一号”卫星送入预定轨道。现场的美方专家叹道：“没想到中国的运载火箭能达到这样的水平！”
如今回想起当时的情景，孙家栋依旧百感交集：“我突然想到小时候，老人常说‘洋火、洋油、洋车’，身边到处是外国产品。终于，我们的火箭能发射美国卫星了，那种激动与自豪，难以用语言形容。”
“亚洲一号”卫星发射成功，在美国休斯公司31颗同类卫星中入轨精度最高。
如今，中国已进行了50余次国际商业卫星发射，共发射了69颗商业卫星和20次搭载服务。中国不仅具备了20种型号长征系列火箭发射的能力，而且实现了从发射单一型号火箭到发射多种型号火箭，从单射向发射到多射向发射，从被动等待天气发射到全天候科学发射，从发射国内卫星到发射国外卫星，从发射通信卫星到发射地球普查遥感卫星，发射能力从每年5次提升到每年40次以上，从近控到远控等一系列重大技术突破和创新。发射准备时间也由以前的60天压缩为现在的15天。与此同时，锻炼、造就了一支完整的与国际航天市场接轨的技术、商务、法律等方面的人才队伍。