'人類登月五十年了，可至今居然還有人在問——阿波羅是怎麼飛回地球的'
作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
共橢圓交會第一圈
按這個方案，需要兩個航天器共同繞月亮轉2圈，總計花費約4個小時時間才能完成。阿波羅10，11，12都採用了這個辦法，結果宇航員們精疲力盡，所以當阿波羅計劃因為阿波羅13號的事故而陷入停頓的時候，宇航員們在模擬器上反覆試驗，提出了一個新的方案：直接交會（又稱快速交會）。從阿波羅14號開始，宇航員們都採用直接交會方法實現了登月艙與指令艙的交會對接，這隻需要兩個航天器繞月亮飛行一圈，時間也減少了2個小時。
一切都從指令艙最後一次經過登月艙上空開始，此時登月艙上的交會雷達會嘗試和指令艙上的應答機通訊，向登月艙內的宇航員提供目標飛行器的距離、距離變化率和方向，同時指令艙上的宇航員用28倍的六分儀觀察月面上的登月艙，幫助地面飛行控制中心確定登月艙的狀態矢量。登月艙內的宇航員拋掉一切不需要帶回地球的物品，然後把要攜帶的物品按照計劃放置在登月艙艙內的特定位置，儘量保持上升級的重心在理想重心附近，以避免過多消耗姿控發動機的推進劑。
接著，地面上的飛行控制中心向登月艙內的宇航員和指令艙內的宇航員分別報讀起飛用的PAD（Pre-Advisory Data），宇航員複述這些數據，並將這些數據輸入各自的機載計算機。阿波羅11號登月時，指令長阿姆斯特朗聽到的月面起飛PAD是這樣的：
伊文思（地面飛控人員）：好的。登月艙上升級Pad：TIG（起飛時刻），124:22:00:00；名詞 76，55349，00322，+0017；DEDA 47，+37104，-70470，+58604，+56936。你們的登月艙重量 10837（單位是英磅，約合4915.58千克）。你們的T14（下一個起飛窗口時間）是126，+20，+12。結束。
有了這些點火數據，機載計算機就能控制登月艙上升級發動機的燃燒時間，在登月艙上升級上安裝的加速度計達到指定速度增量的時候關閉發動機，從而把登月艙上升級送入預定的軌道。在阿波羅計劃的時代，地面飛控人員並不直接控制載人飛船，他們扮演的角色類似於航空系統的空管人員，向宇航員提供飛行建議和數據，對飛船的控制由宇航員通過機載計算機完成，或者手動完成。有些人質疑在有通信延遲的情況下地面如何對飛船進行實時控制，答案很簡單：不存在這種來自地面的實時控制，飛船是由宇航員控制的。
在進行發射清單檢查的時候，宇航員需要穿戴好頭盔和手套，以避免上升級發動機點火時可能引發的衝擊波對登月艙上升級的影響。離起飛還有幾分鐘的時候，宇航員開始進行最後的檢查。起飛前30秒，指令長阿姆斯特朗打開了點火保險，起飛前20秒，奧爾德林注意到顯示器突然空白，這意味著船載導航計算機開始工作。接著奧爾德林開始倒計時：9，8，7，6，5。然後他按下了“異常終止級”按鈕，登月艙上升級和下降級之間的4個連接點被火工品炸斷，同時一把設計精巧的剪刀割斷了連接上升級和下降級之間一束電纜和管子，接著他又按下了“發動機解除保險”按鈕，從而允許船載計算機自動啟動登月艙主發動機。隨後，登月艙上升級發動機點火，在主發動機15.6千牛推力作用下，登月艙上升級開始起飛。
從阿波羅15號任務開始，登月艙下降級上攜帶了一部電動月球漫遊車（LRV），在月球車上安裝了一部由地面遙控的攝像機，當月球車靜止時，攝像機拍攝的畫面可以通過月球車上安裝的定向天線傳輸到地面，由位於澳大利亞新南威爾士州的一面直徑64米的拋物面天線接收後轉播到全世界。在宇航員進入登月艙準備返回前，他們需要把月球車停放在登月艙以東約100米的地方（從地面看是登月艙以西），讓月球車上的電視攝像機對準登月艙方向。負責遙控攝像機的人是休斯頓航天中心的操作員艾德·芬德爾（Ed Fendell），從他發出攝像機傾斜指令到從監視器上看到結果有約3秒的延遲，由於種種原因阿波羅15和16號登月艙起飛的畫面他沒來得及追蹤上，登月艙幾秒鐘後就飛出了攝像機的視野，這個缺憾是在阿波羅17號任務上彌補的。
通過電視畫面可以看到登月艙下降級垂直起飛後不到10秒就開始轉彎，在這之前姿控發動機在空中努力把登月艙的指向調整到發射方位（在降落時下降級不可能停到完全水平的位置上，所以坐在下降級上的登月艙上升級也不可能完全豎直向上，登月艙軸線和鉛垂線之間的偏差在起飛前由宇航員用儀器精確測量，並報告給地面控制人員，並輸入船載導航計算機），登月艙上升級頭部迅速向下傾斜50°多一些，然後在主發動機的推動下開始水平加速。此外，由於月面上沒有大氣，通過阿波羅15號登月艙起飛的電視直播畫面可以看到，被登月艙上升級發動機所噴出的羽流吹起來的月塵在1/6g的重力加速度作用下乾淨利落的回落在月球表面，原本被四散飛舞的月塵包裹著的登月艙下降級很快就又露出了真容。這是地球上的攝影棚內根本無法做到的。
宇航員在起飛過程中時刻關注著登月艙的高度和速度，同時船載計算機也在監控著這些數據，一旦它確定上升級達到了足夠的速度（上文提到的PAD就做這個用途，它提供的鷹號登月艙上升級發動機關機條件是速度達到5693.6英尺/秒，也就是約1.7千米/秒）就關閉主發動機。阿波羅11號在起飛後7分17秒關閉了發動機，宇航員向地面報告此時他們的速度是水平5337.3英尺/秒、豎直32.8英尺/秒，高度是60,666英尺（18.5千米），1分40秒後，機載計算機算出他們的軌道是遠月點47.3海里（87.6千米）X近月點9.5海里（17.6千米）橢圓軌道，登月艙成功從月面起飛入軌。
然後阿波羅11號開始按照既定規程圓化其軌道，這時他們的總質量是2,669千克，7分鐘的多起飛過程已經用去了2.247噸推進劑（航空肼50+四氧化二氮），此時鷹號登月艙上的兩名宇航員和哥倫比亞號指令勤務艙上的一名宇航員開始通過VHF系統頻繁通話，因為這時兩個航天器已經進入月球背向地球的一面，地面與他們的通信已經中斷，他們只能彼此依靠了。鷹號登月艙的姿控發動機工作51秒後，進入圓軌道，哥倫比亞號上的宇航員測出登月艙的軌道為91.7X85.4千米的近圓軌道並告知了鷹號上的宇航員。與地面的通信恢復之後，在起飛2小時的時候，鷹號登月艙進行了CDH點火，完成了上文提到的步驟4，進入與哥倫比亞號保持28千米高度差的軌道。
40分鐘的共同飛行之後，鷹號進行TPI點火，開始與哥倫比亞號的交會對接（很快就進入與地面的通信盲區了）。三名宇航員通過VHF系統密集溝通，鷹號登月艙進行了兩次中途軌道修正，兩個航天器的高度差逐漸縮短，TPI點火33分鐘後，鷹號登月艙開始制動（否則就會從哥倫比亞號前面飛過去），從哥倫比亞號上宇航員柯林斯用哈蘇像機拍到的畫面上看，鷹號從下方一點一點接近。就在兩個航天器即將接觸的時候，意料之外的情況發生了。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
共橢圓交會第一圈
按這個方案，需要兩個航天器共同繞月亮轉2圈，總計花費約4個小時時間才能完成。阿波羅10，11，12都採用了這個辦法，結果宇航員們精疲力盡，所以當阿波羅計劃因為阿波羅13號的事故而陷入停頓的時候，宇航員們在模擬器上反覆試驗，提出了一個新的方案：直接交會（又稱快速交會）。從阿波羅14號開始，宇航員們都採用直接交會方法實現了登月艙與指令艙的交會對接，這隻需要兩個航天器繞月亮飛行一圈，時間也減少了2個小時。
一切都從指令艙最後一次經過登月艙上空開始，此時登月艙上的交會雷達會嘗試和指令艙上的應答機通訊，向登月艙內的宇航員提供目標飛行器的距離、距離變化率和方向，同時指令艙上的宇航員用28倍的六分儀觀察月面上的登月艙，幫助地面飛行控制中心確定登月艙的狀態矢量。登月艙內的宇航員拋掉一切不需要帶回地球的物品，然後把要攜帶的物品按照計劃放置在登月艙艙內的特定位置，儘量保持上升級的重心在理想重心附近，以避免過多消耗姿控發動機的推進劑。
接著，地面上的飛行控制中心向登月艙內的宇航員和指令艙內的宇航員分別報讀起飛用的PAD（Pre-Advisory Data），宇航員複述這些數據，並將這些數據輸入各自的機載計算機。阿波羅11號登月時，指令長阿姆斯特朗聽到的月面起飛PAD是這樣的：
伊文思（地面飛控人員）：好的。登月艙上升級Pad：TIG（起飛時刻），124:22:00:00；名詞 76，55349，00322，+0017；DEDA 47，+37104，-70470，+58604，+56936。你們的登月艙重量 10837（單位是英磅，約合4915.58千克）。你們的T14（下一個起飛窗口時間）是126，+20，+12。結束。
有了這些點火數據，機載計算機就能控制登月艙上升級發動機的燃燒時間，在登月艙上升級上安裝的加速度計達到指定速度增量的時候關閉發動機，從而把登月艙上升級送入預定的軌道。在阿波羅計劃的時代，地面飛控人員並不直接控制載人飛船，他們扮演的角色類似於航空系統的空管人員，向宇航員提供飛行建議和數據，對飛船的控制由宇航員通過機載計算機完成，或者手動完成。有些人質疑在有通信延遲的情況下地面如何對飛船進行實時控制，答案很簡單：不存在這種來自地面的實時控制，飛船是由宇航員控制的。
在進行發射清單檢查的時候，宇航員需要穿戴好頭盔和手套，以避免上升級發動機點火時可能引發的衝擊波對登月艙上升級的影響。離起飛還有幾分鐘的時候，宇航員開始進行最後的檢查。起飛前30秒，指令長阿姆斯特朗打開了點火保險，起飛前20秒，奧爾德林注意到顯示器突然空白，這意味著船載導航計算機開始工作。接著奧爾德林開始倒計時：9，8，7，6，5。然後他按下了“異常終止級”按鈕，登月艙上升級和下降級之間的4個連接點被火工品炸斷，同時一把設計精巧的剪刀割斷了連接上升級和下降級之間一束電纜和管子，接著他又按下了“發動機解除保險”按鈕，從而允許船載計算機自動啟動登月艙主發動機。隨後，登月艙上升級發動機點火，在主發動機15.6千牛推力作用下，登月艙上升級開始起飛。
從阿波羅15號任務開始，登月艙下降級上攜帶了一部電動月球漫遊車（LRV），在月球車上安裝了一部由地面遙控的攝像機，當月球車靜止時，攝像機拍攝的畫面可以通過月球車上安裝的定向天線傳輸到地面，由位於澳大利亞新南威爾士州的一面直徑64米的拋物面天線接收後轉播到全世界。在宇航員進入登月艙準備返回前，他們需要把月球車停放在登月艙以東約100米的地方（從地面看是登月艙以西），讓月球車上的電視攝像機對準登月艙方向。負責遙控攝像機的人是休斯頓航天中心的操作員艾德·芬德爾（Ed Fendell），從他發出攝像機傾斜指令到從監視器上看到結果有約3秒的延遲，由於種種原因阿波羅15和16號登月艙起飛的畫面他沒來得及追蹤上，登月艙幾秒鐘後就飛出了攝像機的視野，這個缺憾是在阿波羅17號任務上彌補的。
通過電視畫面可以看到登月艙下降級垂直起飛後不到10秒就開始轉彎，在這之前姿控發動機在空中努力把登月艙的指向調整到發射方位（在降落時下降級不可能停到完全水平的位置上，所以坐在下降級上的登月艙上升級也不可能完全豎直向上，登月艙軸線和鉛垂線之間的偏差在起飛前由宇航員用儀器精確測量，並報告給地面控制人員，並輸入船載導航計算機），登月艙上升級頭部迅速向下傾斜50°多一些，然後在主發動機的推動下開始水平加速。此外，由於月面上沒有大氣，通過阿波羅15號登月艙起飛的電視直播畫面可以看到，被登月艙上升級發動機所噴出的羽流吹起來的月塵在1/6g的重力加速度作用下乾淨利落的回落在月球表面，原本被四散飛舞的月塵包裹著的登月艙下降級很快就又露出了真容。這是地球上的攝影棚內根本無法做到的。
宇航員在起飛過程中時刻關注著登月艙的高度和速度，同時船載計算機也在監控著這些數據，一旦它確定上升級達到了足夠的速度（上文提到的PAD就做這個用途，它提供的鷹號登月艙上升級發動機關機條件是速度達到5693.6英尺/秒，也就是約1.7千米/秒）就關閉主發動機。阿波羅11號在起飛後7分17秒關閉了發動機，宇航員向地面報告此時他們的速度是水平5337.3英尺/秒、豎直32.8英尺/秒，高度是60,666英尺（18.5千米），1分40秒後，機載計算機算出他們的軌道是遠月點47.3海里（87.6千米）X近月點9.5海里（17.6千米）橢圓軌道，登月艙成功從月面起飛入軌。
然後阿波羅11號開始按照既定規程圓化其軌道，這時他們的總質量是2,669千克，7分鐘的多起飛過程已經用去了2.247噸推進劑（航空肼50+四氧化二氮），此時鷹號登月艙上的兩名宇航員和哥倫比亞號指令勤務艙上的一名宇航員開始通過VHF系統頻繁通話，因為這時兩個航天器已經進入月球背向地球的一面，地面與他們的通信已經中斷，他們只能彼此依靠了。鷹號登月艙的姿控發動機工作51秒後，進入圓軌道，哥倫比亞號上的宇航員測出登月艙的軌道為91.7X85.4千米的近圓軌道並告知了鷹號上的宇航員。與地面的通信恢復之後，在起飛2小時的時候，鷹號登月艙進行了CDH點火，完成了上文提到的步驟4，進入與哥倫比亞號保持28千米高度差的軌道。
40分鐘的共同飛行之後，鷹號進行TPI點火，開始與哥倫比亞號的交會對接（很快就進入與地面的通信盲區了）。三名宇航員通過VHF系統密集溝通，鷹號登月艙進行了兩次中途軌道修正，兩個航天器的高度差逐漸縮短，TPI點火33分鐘後，鷹號登月艙開始制動（否則就會從哥倫比亞號前面飛過去），從哥倫比亞號上宇航員柯林斯用哈蘇像機拍到的畫面上看，鷹號從下方一點一點接近。就在兩個航天器即將接觸的時候，意料之外的情況發生了。
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面1
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
共橢圓交會第一圈
按這個方案，需要兩個航天器共同繞月亮轉2圈，總計花費約4個小時時間才能完成。阿波羅10，11，12都採用了這個辦法，結果宇航員們精疲力盡，所以當阿波羅計劃因為阿波羅13號的事故而陷入停頓的時候，宇航員們在模擬器上反覆試驗，提出了一個新的方案：直接交會（又稱快速交會）。從阿波羅14號開始，宇航員們都採用直接交會方法實現了登月艙與指令艙的交會對接，這隻需要兩個航天器繞月亮飛行一圈，時間也減少了2個小時。
一切都從指令艙最後一次經過登月艙上空開始，此時登月艙上的交會雷達會嘗試和指令艙上的應答機通訊，向登月艙內的宇航員提供目標飛行器的距離、距離變化率和方向，同時指令艙上的宇航員用28倍的六分儀觀察月面上的登月艙，幫助地面飛行控制中心確定登月艙的狀態矢量。登月艙內的宇航員拋掉一切不需要帶回地球的物品，然後把要攜帶的物品按照計劃放置在登月艙艙內的特定位置，儘量保持上升級的重心在理想重心附近，以避免過多消耗姿控發動機的推進劑。
接著，地面上的飛行控制中心向登月艙內的宇航員和指令艙內的宇航員分別報讀起飛用的PAD（Pre-Advisory Data），宇航員複述這些數據，並將這些數據輸入各自的機載計算機。阿波羅11號登月時，指令長阿姆斯特朗聽到的月面起飛PAD是這樣的：
伊文思（地面飛控人員）：好的。登月艙上升級Pad：TIG（起飛時刻），124:22:00:00；名詞 76，55349，00322，+0017；DEDA 47，+37104，-70470，+58604，+56936。你們的登月艙重量 10837（單位是英磅，約合4915.58千克）。你們的T14（下一個起飛窗口時間）是126，+20，+12。結束。
有了這些點火數據，機載計算機就能控制登月艙上升級發動機的燃燒時間，在登月艙上升級上安裝的加速度計達到指定速度增量的時候關閉發動機，從而把登月艙上升級送入預定的軌道。在阿波羅計劃的時代，地面飛控人員並不直接控制載人飛船，他們扮演的角色類似於航空系統的空管人員，向宇航員提供飛行建議和數據，對飛船的控制由宇航員通過機載計算機完成，或者手動完成。有些人質疑在有通信延遲的情況下地面如何對飛船進行實時控制，答案很簡單：不存在這種來自地面的實時控制，飛船是由宇航員控制的。
在進行發射清單檢查的時候，宇航員需要穿戴好頭盔和手套，以避免上升級發動機點火時可能引發的衝擊波對登月艙上升級的影響。離起飛還有幾分鐘的時候，宇航員開始進行最後的檢查。起飛前30秒，指令長阿姆斯特朗打開了點火保險，起飛前20秒，奧爾德林注意到顯示器突然空白，這意味著船載導航計算機開始工作。接著奧爾德林開始倒計時：9，8，7，6，5。然後他按下了“異常終止級”按鈕，登月艙上升級和下降級之間的4個連接點被火工品炸斷，同時一把設計精巧的剪刀割斷了連接上升級和下降級之間一束電纜和管子，接著他又按下了“發動機解除保險”按鈕，從而允許船載計算機自動啟動登月艙主發動機。隨後，登月艙上升級發動機點火，在主發動機15.6千牛推力作用下，登月艙上升級開始起飛。
從阿波羅15號任務開始，登月艙下降級上攜帶了一部電動月球漫遊車（LRV），在月球車上安裝了一部由地面遙控的攝像機，當月球車靜止時，攝像機拍攝的畫面可以通過月球車上安裝的定向天線傳輸到地面，由位於澳大利亞新南威爾士州的一面直徑64米的拋物面天線接收後轉播到全世界。在宇航員進入登月艙準備返回前，他們需要把月球車停放在登月艙以東約100米的地方（從地面看是登月艙以西），讓月球車上的電視攝像機對準登月艙方向。負責遙控攝像機的人是休斯頓航天中心的操作員艾德·芬德爾（Ed Fendell），從他發出攝像機傾斜指令到從監視器上看到結果有約3秒的延遲，由於種種原因阿波羅15和16號登月艙起飛的畫面他沒來得及追蹤上，登月艙幾秒鐘後就飛出了攝像機的視野，這個缺憾是在阿波羅17號任務上彌補的。
通過電視畫面可以看到登月艙下降級垂直起飛後不到10秒就開始轉彎，在這之前姿控發動機在空中努力把登月艙的指向調整到發射方位（在降落時下降級不可能停到完全水平的位置上，所以坐在下降級上的登月艙上升級也不可能完全豎直向上，登月艙軸線和鉛垂線之間的偏差在起飛前由宇航員用儀器精確測量，並報告給地面控制人員，並輸入船載導航計算機），登月艙上升級頭部迅速向下傾斜50°多一些，然後在主發動機的推動下開始水平加速。此外，由於月面上沒有大氣，通過阿波羅15號登月艙起飛的電視直播畫面可以看到，被登月艙上升級發動機所噴出的羽流吹起來的月塵在1/6g的重力加速度作用下乾淨利落的回落在月球表面，原本被四散飛舞的月塵包裹著的登月艙下降級很快就又露出了真容。這是地球上的攝影棚內根本無法做到的。
宇航員在起飛過程中時刻關注著登月艙的高度和速度，同時船載計算機也在監控著這些數據，一旦它確定上升級達到了足夠的速度（上文提到的PAD就做這個用途，它提供的鷹號登月艙上升級發動機關機條件是速度達到5693.6英尺/秒，也就是約1.7千米/秒）就關閉主發動機。阿波羅11號在起飛後7分17秒關閉了發動機，宇航員向地面報告此時他們的速度是水平5337.3英尺/秒、豎直32.8英尺/秒，高度是60,666英尺（18.5千米），1分40秒後，機載計算機算出他們的軌道是遠月點47.3海里（87.6千米）X近月點9.5海里（17.6千米）橢圓軌道，登月艙成功從月面起飛入軌。
然後阿波羅11號開始按照既定規程圓化其軌道，這時他們的總質量是2,669千克，7分鐘的多起飛過程已經用去了2.247噸推進劑（航空肼50+四氧化二氮），此時鷹號登月艙上的兩名宇航員和哥倫比亞號指令勤務艙上的一名宇航員開始通過VHF系統頻繁通話，因為這時兩個航天器已經進入月球背向地球的一面，地面與他們的通信已經中斷，他們只能彼此依靠了。鷹號登月艙的姿控發動機工作51秒後，進入圓軌道，哥倫比亞號上的宇航員測出登月艙的軌道為91.7X85.4千米的近圓軌道並告知了鷹號上的宇航員。與地面的通信恢復之後，在起飛2小時的時候，鷹號登月艙進行了CDH點火，完成了上文提到的步驟4，進入與哥倫比亞號保持28千米高度差的軌道。
40分鐘的共同飛行之後，鷹號進行TPI點火，開始與哥倫比亞號的交會對接（很快就進入與地面的通信盲區了）。三名宇航員通過VHF系統密集溝通，鷹號登月艙進行了兩次中途軌道修正，兩個航天器的高度差逐漸縮短，TPI點火33分鐘後，鷹號登月艙開始制動（否則就會從哥倫比亞號前面飛過去），從哥倫比亞號上宇航員柯林斯用哈蘇像機拍到的畫面上看，鷹號從下方一點一點接近。就在兩個航天器即將接觸的時候，意料之外的情況發生了。
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面1
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面2
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
共橢圓交會第一圈
按這個方案，需要兩個航天器共同繞月亮轉2圈，總計花費約4個小時時間才能完成。阿波羅10，11，12都採用了這個辦法，結果宇航員們精疲力盡，所以當阿波羅計劃因為阿波羅13號的事故而陷入停頓的時候，宇航員們在模擬器上反覆試驗，提出了一個新的方案：直接交會（又稱快速交會）。從阿波羅14號開始，宇航員們都採用直接交會方法實現了登月艙與指令艙的交會對接，這隻需要兩個航天器繞月亮飛行一圈，時間也減少了2個小時。
一切都從指令艙最後一次經過登月艙上空開始，此時登月艙上的交會雷達會嘗試和指令艙上的應答機通訊，向登月艙內的宇航員提供目標飛行器的距離、距離變化率和方向，同時指令艙上的宇航員用28倍的六分儀觀察月面上的登月艙，幫助地面飛行控制中心確定登月艙的狀態矢量。登月艙內的宇航員拋掉一切不需要帶回地球的物品，然後把要攜帶的物品按照計劃放置在登月艙艙內的特定位置，儘量保持上升級的重心在理想重心附近，以避免過多消耗姿控發動機的推進劑。
接著，地面上的飛行控制中心向登月艙內的宇航員和指令艙內的宇航員分別報讀起飛用的PAD（Pre-Advisory Data），宇航員複述這些數據，並將這些數據輸入各自的機載計算機。阿波羅11號登月時，指令長阿姆斯特朗聽到的月面起飛PAD是這樣的：
伊文思（地面飛控人員）：好的。登月艙上升級Pad：TIG（起飛時刻），124:22:00:00；名詞 76，55349，00322，+0017；DEDA 47，+37104，-70470，+58604，+56936。你們的登月艙重量 10837（單位是英磅，約合4915.58千克）。你們的T14（下一個起飛窗口時間）是126，+20，+12。結束。
有了這些點火數據，機載計算機就能控制登月艙上升級發動機的燃燒時間，在登月艙上升級上安裝的加速度計達到指定速度增量的時候關閉發動機，從而把登月艙上升級送入預定的軌道。在阿波羅計劃的時代，地面飛控人員並不直接控制載人飛船，他們扮演的角色類似於航空系統的空管人員，向宇航員提供飛行建議和數據，對飛船的控制由宇航員通過機載計算機完成，或者手動完成。有些人質疑在有通信延遲的情況下地面如何對飛船進行實時控制，答案很簡單：不存在這種來自地面的實時控制，飛船是由宇航員控制的。
在進行發射清單檢查的時候，宇航員需要穿戴好頭盔和手套，以避免上升級發動機點火時可能引發的衝擊波對登月艙上升級的影響。離起飛還有幾分鐘的時候，宇航員開始進行最後的檢查。起飛前30秒，指令長阿姆斯特朗打開了點火保險，起飛前20秒，奧爾德林注意到顯示器突然空白，這意味著船載導航計算機開始工作。接著奧爾德林開始倒計時：9，8，7，6，5。然後他按下了“異常終止級”按鈕，登月艙上升級和下降級之間的4個連接點被火工品炸斷，同時一把設計精巧的剪刀割斷了連接上升級和下降級之間一束電纜和管子，接著他又按下了“發動機解除保險”按鈕，從而允許船載計算機自動啟動登月艙主發動機。隨後，登月艙上升級發動機點火，在主發動機15.6千牛推力作用下，登月艙上升級開始起飛。
從阿波羅15號任務開始，登月艙下降級上攜帶了一部電動月球漫遊車（LRV），在月球車上安裝了一部由地面遙控的攝像機，當月球車靜止時，攝像機拍攝的畫面可以通過月球車上安裝的定向天線傳輸到地面，由位於澳大利亞新南威爾士州的一面直徑64米的拋物面天線接收後轉播到全世界。在宇航員進入登月艙準備返回前，他們需要把月球車停放在登月艙以東約100米的地方（從地面看是登月艙以西），讓月球車上的電視攝像機對準登月艙方向。負責遙控攝像機的人是休斯頓航天中心的操作員艾德·芬德爾（Ed Fendell），從他發出攝像機傾斜指令到從監視器上看到結果有約3秒的延遲，由於種種原因阿波羅15和16號登月艙起飛的畫面他沒來得及追蹤上，登月艙幾秒鐘後就飛出了攝像機的視野，這個缺憾是在阿波羅17號任務上彌補的。
通過電視畫面可以看到登月艙下降級垂直起飛後不到10秒就開始轉彎，在這之前姿控發動機在空中努力把登月艙的指向調整到發射方位（在降落時下降級不可能停到完全水平的位置上，所以坐在下降級上的登月艙上升級也不可能完全豎直向上，登月艙軸線和鉛垂線之間的偏差在起飛前由宇航員用儀器精確測量，並報告給地面控制人員，並輸入船載導航計算機），登月艙上升級頭部迅速向下傾斜50°多一些，然後在主發動機的推動下開始水平加速。此外，由於月面上沒有大氣，通過阿波羅15號登月艙起飛的電視直播畫面可以看到，被登月艙上升級發動機所噴出的羽流吹起來的月塵在1/6g的重力加速度作用下乾淨利落的回落在月球表面，原本被四散飛舞的月塵包裹著的登月艙下降級很快就又露出了真容。這是地球上的攝影棚內根本無法做到的。
宇航員在起飛過程中時刻關注著登月艙的高度和速度，同時船載計算機也在監控著這些數據，一旦它確定上升級達到了足夠的速度（上文提到的PAD就做這個用途，它提供的鷹號登月艙上升級發動機關機條件是速度達到5693.6英尺/秒，也就是約1.7千米/秒）就關閉主發動機。阿波羅11號在起飛後7分17秒關閉了發動機，宇航員向地面報告此時他們的速度是水平5337.3英尺/秒、豎直32.8英尺/秒，高度是60,666英尺（18.5千米），1分40秒後，機載計算機算出他們的軌道是遠月點47.3海里（87.6千米）X近月點9.5海里（17.6千米）橢圓軌道，登月艙成功從月面起飛入軌。
然後阿波羅11號開始按照既定規程圓化其軌道，這時他們的總質量是2,669千克，7分鐘的多起飛過程已經用去了2.247噸推進劑（航空肼50+四氧化二氮），此時鷹號登月艙上的兩名宇航員和哥倫比亞號指令勤務艙上的一名宇航員開始通過VHF系統頻繁通話，因為這時兩個航天器已經進入月球背向地球的一面，地面與他們的通信已經中斷，他們只能彼此依靠了。鷹號登月艙的姿控發動機工作51秒後，進入圓軌道，哥倫比亞號上的宇航員測出登月艙的軌道為91.7X85.4千米的近圓軌道並告知了鷹號上的宇航員。與地面的通信恢復之後，在起飛2小時的時候，鷹號登月艙進行了CDH點火，完成了上文提到的步驟4，進入與哥倫比亞號保持28千米高度差的軌道。
40分鐘的共同飛行之後，鷹號進行TPI點火，開始與哥倫比亞號的交會對接（很快就進入與地面的通信盲區了）。三名宇航員通過VHF系統密集溝通，鷹號登月艙進行了兩次中途軌道修正，兩個航天器的高度差逐漸縮短，TPI點火33分鐘後，鷹號登月艙開始制動（否則就會從哥倫比亞號前面飛過去），從哥倫比亞號上宇航員柯林斯用哈蘇像機拍到的畫面上看，鷹號從下方一點一點接近。就在兩個航天器即將接觸的時候，意料之外的情況發生了。
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面1
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面2
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面3
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
共橢圓交會第一圈
按這個方案，需要兩個航天器共同繞月亮轉2圈，總計花費約4個小時時間才能完成。阿波羅10，11，12都採用了這個辦法，結果宇航員們精疲力盡，所以當阿波羅計劃因為阿波羅13號的事故而陷入停頓的時候，宇航員們在模擬器上反覆試驗，提出了一個新的方案：直接交會（又稱快速交會）。從阿波羅14號開始，宇航員們都採用直接交會方法實現了登月艙與指令艙的交會對接，這隻需要兩個航天器繞月亮飛行一圈，時間也減少了2個小時。
一切都從指令艙最後一次經過登月艙上空開始，此時登月艙上的交會雷達會嘗試和指令艙上的應答機通訊，向登月艙內的宇航員提供目標飛行器的距離、距離變化率和方向，同時指令艙上的宇航員用28倍的六分儀觀察月面上的登月艙，幫助地面飛行控制中心確定登月艙的狀態矢量。登月艙內的宇航員拋掉一切不需要帶回地球的物品，然後把要攜帶的物品按照計劃放置在登月艙艙內的特定位置，儘量保持上升級的重心在理想重心附近，以避免過多消耗姿控發動機的推進劑。
接著，地面上的飛行控制中心向登月艙內的宇航員和指令艙內的宇航員分別報讀起飛用的PAD（Pre-Advisory Data），宇航員複述這些數據，並將這些數據輸入各自的機載計算機。阿波羅11號登月時，指令長阿姆斯特朗聽到的月面起飛PAD是這樣的：
伊文思（地面飛控人員）：好的。登月艙上升級Pad：TIG（起飛時刻），124:22:00:00；名詞 76，55349，00322，+0017；DEDA 47，+37104，-70470，+58604，+56936。你們的登月艙重量 10837（單位是英磅，約合4915.58千克）。你們的T14（下一個起飛窗口時間）是126，+20，+12。結束。
有了這些點火數據，機載計算機就能控制登月艙上升級發動機的燃燒時間，在登月艙上升級上安裝的加速度計達到指定速度增量的時候關閉發動機，從而把登月艙上升級送入預定的軌道。在阿波羅計劃的時代，地面飛控人員並不直接控制載人飛船，他們扮演的角色類似於航空系統的空管人員，向宇航員提供飛行建議和數據，對飛船的控制由宇航員通過機載計算機完成，或者手動完成。有些人質疑在有通信延遲的情況下地面如何對飛船進行實時控制，答案很簡單：不存在這種來自地面的實時控制，飛船是由宇航員控制的。
在進行發射清單檢查的時候，宇航員需要穿戴好頭盔和手套，以避免上升級發動機點火時可能引發的衝擊波對登月艙上升級的影響。離起飛還有幾分鐘的時候，宇航員開始進行最後的檢查。起飛前30秒，指令長阿姆斯特朗打開了點火保險，起飛前20秒，奧爾德林注意到顯示器突然空白，這意味著船載導航計算機開始工作。接著奧爾德林開始倒計時：9，8，7，6，5。然後他按下了“異常終止級”按鈕，登月艙上升級和下降級之間的4個連接點被火工品炸斷，同時一把設計精巧的剪刀割斷了連接上升級和下降級之間一束電纜和管子，接著他又按下了“發動機解除保險”按鈕，從而允許船載計算機自動啟動登月艙主發動機。隨後，登月艙上升級發動機點火，在主發動機15.6千牛推力作用下，登月艙上升級開始起飛。
從阿波羅15號任務開始，登月艙下降級上攜帶了一部電動月球漫遊車（LRV），在月球車上安裝了一部由地面遙控的攝像機，當月球車靜止時，攝像機拍攝的畫面可以通過月球車上安裝的定向天線傳輸到地面，由位於澳大利亞新南威爾士州的一面直徑64米的拋物面天線接收後轉播到全世界。在宇航員進入登月艙準備返回前，他們需要把月球車停放在登月艙以東約100米的地方（從地面看是登月艙以西），讓月球車上的電視攝像機對準登月艙方向。負責遙控攝像機的人是休斯頓航天中心的操作員艾德·芬德爾（Ed Fendell），從他發出攝像機傾斜指令到從監視器上看到結果有約3秒的延遲，由於種種原因阿波羅15和16號登月艙起飛的畫面他沒來得及追蹤上，登月艙幾秒鐘後就飛出了攝像機的視野，這個缺憾是在阿波羅17號任務上彌補的。
通過電視畫面可以看到登月艙下降級垂直起飛後不到10秒就開始轉彎，在這之前姿控發動機在空中努力把登月艙的指向調整到發射方位（在降落時下降級不可能停到完全水平的位置上，所以坐在下降級上的登月艙上升級也不可能完全豎直向上，登月艙軸線和鉛垂線之間的偏差在起飛前由宇航員用儀器精確測量，並報告給地面控制人員，並輸入船載導航計算機），登月艙上升級頭部迅速向下傾斜50°多一些，然後在主發動機的推動下開始水平加速。此外，由於月面上沒有大氣，通過阿波羅15號登月艙起飛的電視直播畫面可以看到，被登月艙上升級發動機所噴出的羽流吹起來的月塵在1/6g的重力加速度作用下乾淨利落的回落在月球表面，原本被四散飛舞的月塵包裹著的登月艙下降級很快就又露出了真容。這是地球上的攝影棚內根本無法做到的。
宇航員在起飛過程中時刻關注著登月艙的高度和速度，同時船載計算機也在監控著這些數據，一旦它確定上升級達到了足夠的速度（上文提到的PAD就做這個用途，它提供的鷹號登月艙上升級發動機關機條件是速度達到5693.6英尺/秒，也就是約1.7千米/秒）就關閉主發動機。阿波羅11號在起飛後7分17秒關閉了發動機，宇航員向地面報告此時他們的速度是水平5337.3英尺/秒、豎直32.8英尺/秒，高度是60,666英尺（18.5千米），1分40秒後，機載計算機算出他們的軌道是遠月點47.3海里（87.6千米）X近月點9.5海里（17.6千米）橢圓軌道，登月艙成功從月面起飛入軌。
然後阿波羅11號開始按照既定規程圓化其軌道，這時他們的總質量是2,669千克，7分鐘的多起飛過程已經用去了2.247噸推進劑（航空肼50+四氧化二氮），此時鷹號登月艙上的兩名宇航員和哥倫比亞號指令勤務艙上的一名宇航員開始通過VHF系統頻繁通話，因為這時兩個航天器已經進入月球背向地球的一面，地面與他們的通信已經中斷，他們只能彼此依靠了。鷹號登月艙的姿控發動機工作51秒後，進入圓軌道，哥倫比亞號上的宇航員測出登月艙的軌道為91.7X85.4千米的近圓軌道並告知了鷹號上的宇航員。與地面的通信恢復之後，在起飛2小時的時候，鷹號登月艙進行了CDH點火，完成了上文提到的步驟4，進入與哥倫比亞號保持28千米高度差的軌道。
40分鐘的共同飛行之後，鷹號進行TPI點火，開始與哥倫比亞號的交會對接（很快就進入與地面的通信盲區了）。三名宇航員通過VHF系統密集溝通，鷹號登月艙進行了兩次中途軌道修正，兩個航天器的高度差逐漸縮短，TPI點火33分鐘後，鷹號登月艙開始制動（否則就會從哥倫比亞號前面飛過去），從哥倫比亞號上宇航員柯林斯用哈蘇像機拍到的畫面上看，鷹號從下方一點一點接近。就在兩個航天器即將接觸的時候，意料之外的情況發生了。
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面1
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面2
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面3
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面4
阿姆斯特朗發現如果他按照規程將登月艙頭部向下壓90度再繞軸線旋轉60度，則登月艙頭部下壓時刺眼的陽光正好通過舷窗射入，所以他決定改變規程，先轉動60度，再下壓登月艙頭部，這是一種從來沒有訓練過的操作，結果導致船載主導航設備處於萬向架鎖定狀態。阿姆斯特朗當機立斷，用輔助導航設備完成了對接。但輔助導航設備非常敏感，當柯林斯操縱對接探頭將登月艙拉近指令勤務艙時，輔助導航設備誤以為登月艙狀態發生了變化，於是啟動姿控發動機準備“糾正”，登月艙開始扭動，但8秒鐘後登月艙和質量大得多的指令艙硬連接成功，登月艙終於放棄了抵抗。
這個小插曲讓阿姆斯特朗後來做了好幾次檢討。其他的宇航員汲取了他的教訓，此後的登月艙與指令艙交會對接活動中沒有出現類似的情況。
登月艙與指令艙對接成功後，兩邊的宇航員檢查連接通道的氣密性，並開始加壓，之後打開登月艙一側的艙門。登月艙內的宇航員開始執行淨化程序，設法除去沾染在他們宇航服上的月塵。完成淨化後，宇航員們把登月艙內需要帶回地球的物品搬入指令勤務艙指定的位置，不用的物資留在登月艙內，之後將登月艙丟棄。
阿波羅11號丟棄鷹號登月艙的時刻是它在月面上點火起飛後的第5小時47分鐘，登月艙後來以每小時6000千米的速度墜毀在月面上，激起的月震波被安裝在月面上的月震儀記錄併發回地球。
宇航員們在指令勤務艙內匯合後，開始著手返回地球的旅程。和在月面上起飛一樣，宇航員們首先要從地面飛控人員那裡獲取進入月地轉移軌道的PAD數據。奧爾德林聽到的PAD是這樣的：
杜克（地面飛控人員）：好的。來了：TEI-30， SPS/G&N：36691；-0.61， +0.67；135:23:41.49。名詞 81，+3202.0， +0671.3， -0277.3；181， 054， 013。名詞 44， 遠地點 不適用， +0023.0；3283.3， 2:28。Delta-VC， 3262.5；24，151.0 35.5。接下來三行不適用。名詞 61，+11.03，-172.37；1180.6， 36275， 195:04:52。你們的定位星是天津四和織女一， 242, 172, 012。我們希望兩個推進器沉底16秒。Tig-2分鐘時，地平線在11°線上，補充一點：你們的六分儀恆星在134:50後可見。準備好回讀。結束。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
共橢圓交會第一圈
按這個方案，需要兩個航天器共同繞月亮轉2圈，總計花費約4個小時時間才能完成。阿波羅10，11，12都採用了這個辦法，結果宇航員們精疲力盡，所以當阿波羅計劃因為阿波羅13號的事故而陷入停頓的時候，宇航員們在模擬器上反覆試驗，提出了一個新的方案：直接交會（又稱快速交會）。從阿波羅14號開始，宇航員們都採用直接交會方法實現了登月艙與指令艙的交會對接，這隻需要兩個航天器繞月亮飛行一圈，時間也減少了2個小時。
一切都從指令艙最後一次經過登月艙上空開始，此時登月艙上的交會雷達會嘗試和指令艙上的應答機通訊，向登月艙內的宇航員提供目標飛行器的距離、距離變化率和方向，同時指令艙上的宇航員用28倍的六分儀觀察月面上的登月艙，幫助地面飛行控制中心確定登月艙的狀態矢量。登月艙內的宇航員拋掉一切不需要帶回地球的物品，然後把要攜帶的物品按照計劃放置在登月艙艙內的特定位置，儘量保持上升級的重心在理想重心附近，以避免過多消耗姿控發動機的推進劑。
接著，地面上的飛行控制中心向登月艙內的宇航員和指令艙內的宇航員分別報讀起飛用的PAD（Pre-Advisory Data），宇航員複述這些數據，並將這些數據輸入各自的機載計算機。阿波羅11號登月時，指令長阿姆斯特朗聽到的月面起飛PAD是這樣的：
伊文思（地面飛控人員）：好的。登月艙上升級Pad：TIG（起飛時刻），124:22:00:00；名詞 76，55349，00322，+0017；DEDA 47，+37104，-70470，+58604，+56936。你們的登月艙重量 10837（單位是英磅，約合4915.58千克）。你們的T14（下一個起飛窗口時間）是126，+20，+12。結束。
有了這些點火數據，機載計算機就能控制登月艙上升級發動機的燃燒時間，在登月艙上升級上安裝的加速度計達到指定速度增量的時候關閉發動機，從而把登月艙上升級送入預定的軌道。在阿波羅計劃的時代，地面飛控人員並不直接控制載人飛船，他們扮演的角色類似於航空系統的空管人員，向宇航員提供飛行建議和數據，對飛船的控制由宇航員通過機載計算機完成，或者手動完成。有些人質疑在有通信延遲的情況下地面如何對飛船進行實時控制，答案很簡單：不存在這種來自地面的實時控制，飛船是由宇航員控制的。
在進行發射清單檢查的時候，宇航員需要穿戴好頭盔和手套，以避免上升級發動機點火時可能引發的衝擊波對登月艙上升級的影響。離起飛還有幾分鐘的時候，宇航員開始進行最後的檢查。起飛前30秒，指令長阿姆斯特朗打開了點火保險，起飛前20秒，奧爾德林注意到顯示器突然空白，這意味著船載導航計算機開始工作。接著奧爾德林開始倒計時：9，8，7，6，5。然後他按下了“異常終止級”按鈕，登月艙上升級和下降級之間的4個連接點被火工品炸斷，同時一把設計精巧的剪刀割斷了連接上升級和下降級之間一束電纜和管子，接著他又按下了“發動機解除保險”按鈕，從而允許船載計算機自動啟動登月艙主發動機。隨後，登月艙上升級發動機點火，在主發動機15.6千牛推力作用下，登月艙上升級開始起飛。
從阿波羅15號任務開始，登月艙下降級上攜帶了一部電動月球漫遊車（LRV），在月球車上安裝了一部由地面遙控的攝像機，當月球車靜止時，攝像機拍攝的畫面可以通過月球車上安裝的定向天線傳輸到地面，由位於澳大利亞新南威爾士州的一面直徑64米的拋物面天線接收後轉播到全世界。在宇航員進入登月艙準備返回前，他們需要把月球車停放在登月艙以東約100米的地方（從地面看是登月艙以西），讓月球車上的電視攝像機對準登月艙方向。負責遙控攝像機的人是休斯頓航天中心的操作員艾德·芬德爾（Ed Fendell），從他發出攝像機傾斜指令到從監視器上看到結果有約3秒的延遲，由於種種原因阿波羅15和16號登月艙起飛的畫面他沒來得及追蹤上，登月艙幾秒鐘後就飛出了攝像機的視野，這個缺憾是在阿波羅17號任務上彌補的。
通過電視畫面可以看到登月艙下降級垂直起飛後不到10秒就開始轉彎，在這之前姿控發動機在空中努力把登月艙的指向調整到發射方位（在降落時下降級不可能停到完全水平的位置上，所以坐在下降級上的登月艙上升級也不可能完全豎直向上，登月艙軸線和鉛垂線之間的偏差在起飛前由宇航員用儀器精確測量，並報告給地面控制人員，並輸入船載導航計算機），登月艙上升級頭部迅速向下傾斜50°多一些，然後在主發動機的推動下開始水平加速。此外，由於月面上沒有大氣，通過阿波羅15號登月艙起飛的電視直播畫面可以看到，被登月艙上升級發動機所噴出的羽流吹起來的月塵在1/6g的重力加速度作用下乾淨利落的回落在月球表面，原本被四散飛舞的月塵包裹著的登月艙下降級很快就又露出了真容。這是地球上的攝影棚內根本無法做到的。
宇航員在起飛過程中時刻關注著登月艙的高度和速度，同時船載計算機也在監控著這些數據，一旦它確定上升級達到了足夠的速度（上文提到的PAD就做這個用途，它提供的鷹號登月艙上升級發動機關機條件是速度達到5693.6英尺/秒，也就是約1.7千米/秒）就關閉主發動機。阿波羅11號在起飛後7分17秒關閉了發動機，宇航員向地面報告此時他們的速度是水平5337.3英尺/秒、豎直32.8英尺/秒，高度是60,666英尺（18.5千米），1分40秒後，機載計算機算出他們的軌道是遠月點47.3海里（87.6千米）X近月點9.5海里（17.6千米）橢圓軌道，登月艙成功從月面起飛入軌。
然後阿波羅11號開始按照既定規程圓化其軌道，這時他們的總質量是2,669千克，7分鐘的多起飛過程已經用去了2.247噸推進劑（航空肼50+四氧化二氮），此時鷹號登月艙上的兩名宇航員和哥倫比亞號指令勤務艙上的一名宇航員開始通過VHF系統頻繁通話，因為這時兩個航天器已經進入月球背向地球的一面，地面與他們的通信已經中斷，他們只能彼此依靠了。鷹號登月艙的姿控發動機工作51秒後，進入圓軌道，哥倫比亞號上的宇航員測出登月艙的軌道為91.7X85.4千米的近圓軌道並告知了鷹號上的宇航員。與地面的通信恢復之後，在起飛2小時的時候，鷹號登月艙進行了CDH點火，完成了上文提到的步驟4，進入與哥倫比亞號保持28千米高度差的軌道。
40分鐘的共同飛行之後，鷹號進行TPI點火，開始與哥倫比亞號的交會對接（很快就進入與地面的通信盲區了）。三名宇航員通過VHF系統密集溝通，鷹號登月艙進行了兩次中途軌道修正，兩個航天器的高度差逐漸縮短，TPI點火33分鐘後，鷹號登月艙開始制動（否則就會從哥倫比亞號前面飛過去），從哥倫比亞號上宇航員柯林斯用哈蘇像機拍到的畫面上看，鷹號從下方一點一點接近。就在兩個航天器即將接觸的時候，意料之外的情況發生了。
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面1
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面2
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面3
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面4
阿姆斯特朗發現如果他按照規程將登月艙頭部向下壓90度再繞軸線旋轉60度，則登月艙頭部下壓時刺眼的陽光正好通過舷窗射入，所以他決定改變規程，先轉動60度，再下壓登月艙頭部，這是一種從來沒有訓練過的操作，結果導致船載主導航設備處於萬向架鎖定狀態。阿姆斯特朗當機立斷，用輔助導航設備完成了對接。但輔助導航設備非常敏感，當柯林斯操縱對接探頭將登月艙拉近指令勤務艙時，輔助導航設備誤以為登月艙狀態發生了變化，於是啟動姿控發動機準備“糾正”，登月艙開始扭動，但8秒鐘後登月艙和質量大得多的指令艙硬連接成功，登月艙終於放棄了抵抗。
這個小插曲讓阿姆斯特朗後來做了好幾次檢討。其他的宇航員汲取了他的教訓，此後的登月艙與指令艙交會對接活動中沒有出現類似的情況。
登月艙與指令艙對接成功後，兩邊的宇航員檢查連接通道的氣密性，並開始加壓，之後打開登月艙一側的艙門。登月艙內的宇航員開始執行淨化程序，設法除去沾染在他們宇航服上的月塵。完成淨化後，宇航員們把登月艙內需要帶回地球的物品搬入指令勤務艙指定的位置，不用的物資留在登月艙內，之後將登月艙丟棄。
阿波羅11號丟棄鷹號登月艙的時刻是它在月面上點火起飛後的第5小時47分鐘，登月艙後來以每小時6000千米的速度墜毀在月面上，激起的月震波被安裝在月面上的月震儀記錄併發回地球。
宇航員們在指令勤務艙內匯合後，開始著手返回地球的旅程。和在月面上起飛一樣，宇航員們首先要從地面飛控人員那裡獲取進入月地轉移軌道的PAD數據。奧爾德林聽到的PAD是這樣的：
杜克（地面飛控人員）：好的。來了：TEI-30， SPS/G&N：36691；-0.61， +0.67；135:23:41.49。名詞 81，+3202.0， +0671.3， -0277.3；181， 054， 013。名詞 44， 遠地點 不適用， +0023.0；3283.3， 2:28。Delta-VC， 3262.5；24，151.0 35.5。接下來三行不適用。名詞 61，+11.03，-172.37；1180.6， 36275， 195:04:52。你們的定位星是天津四和織女一， 242, 172, 012。我們希望兩個推進器沉底16秒。Tig-2分鐘時，地平線在11°線上，補充一點：你們的六分儀恆星在134:50後可見。準備好回讀。結束。
PAD實例
從這些PAD數據中我們可以解讀出的信息是，此刻指令艙總質量16,643 千克，點火時刻為135:23:41.49，使用指令艙主發動機，總點火時間2分28秒，點火後指令艙速度要增加1,000.7米/秒，之後進入近地點為42.6千米的一個橢圓軌道。眾所周知，距離地球42.6千米的地方位於地球大氣層內，也就是飛船將再入大氣層。進入大氣層時刻預計為195:04:52，之後飛船將飛行2186.4千米，初始速度為約11千米/秒，降落地點為北緯11.03°西經172.37°（太平洋中部）。
指令艙主發動機點火時指令艙位於月球背面，速度為1,633米/秒，在點火時刻到來之前，宇航員們按照點火清單，一項一項操作。倒計時35秒時，柯林斯注意到制導系統開始工作，15秒時計算機顯示屏上開始閃爍“99”，請求點燃發動機，指令長阿姆斯特朗予以確認，然後開始執行儲箱沉底操作，飛船被稍向前推進，使處於失重狀態的推進劑被推入儲箱底部。預定點火時刻到來時，主發動機準時點火。不過由於發動機推力與地面控制中心預估的不一致，發動機在點火2分28秒後並未自動關閉，而是又多燒了3.4秒，最後是柯林斯和計算機同時關閉了發動機。但結果很不錯，飛船增速1000.6米/秒，誤差只有5釐米/秒，完美進入月地轉移軌道，開始了返回地球的三天旅程。
離開地球的時候，指令勤務艙內存儲著18.5噸推進劑，在此次點火之後已經所剩無幾了。阿波羅11號任務時，還剩1/8，而到了阿波羅17號時，只剩了4%，不過從月球返回地球的途中已經基本上不再需要發動機點火了，就好像他們是從38萬千米之外的地方掉回地面一樣。這段時間是宇航員最輕鬆的時候，因為登月目的已經達到，大部分危險已經度過，只要指令勤務艙良好運轉，安全返回是有足夠保障的。值得指出的是，返回的時候指令艙駕駛員（對應於阿波羅11號就是柯林斯）負責導航，他負責定期對準制導平臺，並維持飛船的自主導航能力，以便在失去與地面通信的情況下依然能夠引導飛船準確再入並濺落。他不斷測量月球或地球與指定恆星的夾角，並通過船載計算機上的P23計算出飛船的位置、軌道和接觸地球大氣時的夾角。這個夾角的理想值是6.5°±0.5°，如果角度過大，飛船將會在大氣層內燒燬，如果角度過小，飛船將會被大氣層彈出（就像用石片或者瓦片在水面上打水漂一樣）而返回宇宙空間，無論那種結果，都將是災難性的。最終阿波羅11號再入大氣層時的夾角為6.48°。
在著陸前4個小時，飛船上的宇航員們開始接收最後一張PAD，用來確定飛船的再入參數。人們並不知道飛船在什麼時候開始接觸地球大氣層，不過飛船接觸地球大氣後會減速，所以NASA簡單的規定以空氣阻力對飛船開始產生0.05g的加速度這一事件作為飛船接觸地球大氣的標誌，這時兩件事將產生：1，計算機開始控制再入飛行；2，再入監視系統開始監控飛行路徑的進展。在此之前，宇航員們要做好準備，首先是切斷勤務艙的電源，並打開VHF通信系統，他們還需要穿好救生衣。宇航員需要檢查飛船的姿態，並確保飛船各系統工作正常。再入前25分鐘，宇航員們開始準備丟棄勤務艙，一切正常後由計算機執行程序P62丟棄勤務艙。之後計算機控制飛船調整姿態，使宇航員處於腳朝上頭朝下的姿勢，以這種姿態開始進入如今人所共知的“黑障”區。
飛船以高速衝入大氣層後，飛船底部隔熱層的前面產生了強大的衝擊波，把氣體瞬間加熱到等離子態，從而圍繞著飛船形成一個等離子鞘套，這就妨礙了飛船與地面的無線電通信，時間長達3分鐘多。在這期間地面與飛船之間的通信斷絕，所以被稱作“黑障”。在這個階段宇航員們承受了6g（峰值6.5g）的加速度，他們通過舷窗看到了包裹著飛船的熾熱氣體產生的輝光。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
共橢圓交會第一圈
按這個方案，需要兩個航天器共同繞月亮轉2圈，總計花費約4個小時時間才能完成。阿波羅10，11，12都採用了這個辦法，結果宇航員們精疲力盡，所以當阿波羅計劃因為阿波羅13號的事故而陷入停頓的時候，宇航員們在模擬器上反覆試驗，提出了一個新的方案：直接交會（又稱快速交會）。從阿波羅14號開始，宇航員們都採用直接交會方法實現了登月艙與指令艙的交會對接，這隻需要兩個航天器繞月亮飛行一圈，時間也減少了2個小時。
一切都從指令艙最後一次經過登月艙上空開始，此時登月艙上的交會雷達會嘗試和指令艙上的應答機通訊，向登月艙內的宇航員提供目標飛行器的距離、距離變化率和方向，同時指令艙上的宇航員用28倍的六分儀觀察月面上的登月艙，幫助地面飛行控制中心確定登月艙的狀態矢量。登月艙內的宇航員拋掉一切不需要帶回地球的物品，然後把要攜帶的物品按照計劃放置在登月艙艙內的特定位置，儘量保持上升級的重心在理想重心附近，以避免過多消耗姿控發動機的推進劑。
接著，地面上的飛行控制中心向登月艙內的宇航員和指令艙內的宇航員分別報讀起飛用的PAD（Pre-Advisory Data），宇航員複述這些數據，並將這些數據輸入各自的機載計算機。阿波羅11號登月時，指令長阿姆斯特朗聽到的月面起飛PAD是這樣的：
伊文思（地面飛控人員）：好的。登月艙上升級Pad：TIG（起飛時刻），124:22:00:00；名詞 76，55349，00322，+0017；DEDA 47，+37104，-70470，+58604，+56936。你們的登月艙重量 10837（單位是英磅，約合4915.58千克）。你們的T14（下一個起飛窗口時間）是126，+20，+12。結束。
有了這些點火數據，機載計算機就能控制登月艙上升級發動機的燃燒時間，在登月艙上升級上安裝的加速度計達到指定速度增量的時候關閉發動機，從而把登月艙上升級送入預定的軌道。在阿波羅計劃的時代，地面飛控人員並不直接控制載人飛船，他們扮演的角色類似於航空系統的空管人員，向宇航員提供飛行建議和數據，對飛船的控制由宇航員通過機載計算機完成，或者手動完成。有些人質疑在有通信延遲的情況下地面如何對飛船進行實時控制，答案很簡單：不存在這種來自地面的實時控制，飛船是由宇航員控制的。
在進行發射清單檢查的時候，宇航員需要穿戴好頭盔和手套，以避免上升級發動機點火時可能引發的衝擊波對登月艙上升級的影響。離起飛還有幾分鐘的時候，宇航員開始進行最後的檢查。起飛前30秒，指令長阿姆斯特朗打開了點火保險，起飛前20秒，奧爾德林注意到顯示器突然空白，這意味著船載導航計算機開始工作。接著奧爾德林開始倒計時：9，8，7，6，5。然後他按下了“異常終止級”按鈕，登月艙上升級和下降級之間的4個連接點被火工品炸斷，同時一把設計精巧的剪刀割斷了連接上升級和下降級之間一束電纜和管子，接著他又按下了“發動機解除保險”按鈕，從而允許船載計算機自動啟動登月艙主發動機。隨後，登月艙上升級發動機點火，在主發動機15.6千牛推力作用下，登月艙上升級開始起飛。
從阿波羅15號任務開始，登月艙下降級上攜帶了一部電動月球漫遊車（LRV），在月球車上安裝了一部由地面遙控的攝像機，當月球車靜止時，攝像機拍攝的畫面可以通過月球車上安裝的定向天線傳輸到地面，由位於澳大利亞新南威爾士州的一面直徑64米的拋物面天線接收後轉播到全世界。在宇航員進入登月艙準備返回前，他們需要把月球車停放在登月艙以東約100米的地方（從地面看是登月艙以西），讓月球車上的電視攝像機對準登月艙方向。負責遙控攝像機的人是休斯頓航天中心的操作員艾德·芬德爾（Ed Fendell），從他發出攝像機傾斜指令到從監視器上看到結果有約3秒的延遲，由於種種原因阿波羅15和16號登月艙起飛的畫面他沒來得及追蹤上，登月艙幾秒鐘後就飛出了攝像機的視野，這個缺憾是在阿波羅17號任務上彌補的。
通過電視畫面可以看到登月艙下降級垂直起飛後不到10秒就開始轉彎，在這之前姿控發動機在空中努力把登月艙的指向調整到發射方位（在降落時下降級不可能停到完全水平的位置上，所以坐在下降級上的登月艙上升級也不可能完全豎直向上，登月艙軸線和鉛垂線之間的偏差在起飛前由宇航員用儀器精確測量，並報告給地面控制人員，並輸入船載導航計算機），登月艙上升級頭部迅速向下傾斜50°多一些，然後在主發動機的推動下開始水平加速。此外，由於月面上沒有大氣，通過阿波羅15號登月艙起飛的電視直播畫面可以看到，被登月艙上升級發動機所噴出的羽流吹起來的月塵在1/6g的重力加速度作用下乾淨利落的回落在月球表面，原本被四散飛舞的月塵包裹著的登月艙下降級很快就又露出了真容。這是地球上的攝影棚內根本無法做到的。
宇航員在起飛過程中時刻關注著登月艙的高度和速度，同時船載計算機也在監控著這些數據，一旦它確定上升級達到了足夠的速度（上文提到的PAD就做這個用途，它提供的鷹號登月艙上升級發動機關機條件是速度達到5693.6英尺/秒，也就是約1.7千米/秒）就關閉主發動機。阿波羅11號在起飛後7分17秒關閉了發動機，宇航員向地面報告此時他們的速度是水平5337.3英尺/秒、豎直32.8英尺/秒，高度是60,666英尺（18.5千米），1分40秒後，機載計算機算出他們的軌道是遠月點47.3海里（87.6千米）X近月點9.5海里（17.6千米）橢圓軌道，登月艙成功從月面起飛入軌。
然後阿波羅11號開始按照既定規程圓化其軌道，這時他們的總質量是2,669千克，7分鐘的多起飛過程已經用去了2.247噸推進劑（航空肼50+四氧化二氮），此時鷹號登月艙上的兩名宇航員和哥倫比亞號指令勤務艙上的一名宇航員開始通過VHF系統頻繁通話，因為這時兩個航天器已經進入月球背向地球的一面，地面與他們的通信已經中斷，他們只能彼此依靠了。鷹號登月艙的姿控發動機工作51秒後，進入圓軌道，哥倫比亞號上的宇航員測出登月艙的軌道為91.7X85.4千米的近圓軌道並告知了鷹號上的宇航員。與地面的通信恢復之後，在起飛2小時的時候，鷹號登月艙進行了CDH點火，完成了上文提到的步驟4，進入與哥倫比亞號保持28千米高度差的軌道。
40分鐘的共同飛行之後，鷹號進行TPI點火，開始與哥倫比亞號的交會對接（很快就進入與地面的通信盲區了）。三名宇航員通過VHF系統密集溝通，鷹號登月艙進行了兩次中途軌道修正，兩個航天器的高度差逐漸縮短，TPI點火33分鐘後，鷹號登月艙開始制動（否則就會從哥倫比亞號前面飛過去），從哥倫比亞號上宇航員柯林斯用哈蘇像機拍到的畫面上看，鷹號從下方一點一點接近。就在兩個航天器即將接觸的時候，意料之外的情況發生了。
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面1
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柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面3
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面4
阿姆斯特朗發現如果他按照規程將登月艙頭部向下壓90度再繞軸線旋轉60度，則登月艙頭部下壓時刺眼的陽光正好通過舷窗射入，所以他決定改變規程，先轉動60度，再下壓登月艙頭部，這是一種從來沒有訓練過的操作，結果導致船載主導航設備處於萬向架鎖定狀態。阿姆斯特朗當機立斷，用輔助導航設備完成了對接。但輔助導航設備非常敏感，當柯林斯操縱對接探頭將登月艙拉近指令勤務艙時，輔助導航設備誤以為登月艙狀態發生了變化，於是啟動姿控發動機準備“糾正”，登月艙開始扭動，但8秒鐘後登月艙和質量大得多的指令艙硬連接成功，登月艙終於放棄了抵抗。
這個小插曲讓阿姆斯特朗後來做了好幾次檢討。其他的宇航員汲取了他的教訓，此後的登月艙與指令艙交會對接活動中沒有出現類似的情況。
登月艙與指令艙對接成功後，兩邊的宇航員檢查連接通道的氣密性，並開始加壓，之後打開登月艙一側的艙門。登月艙內的宇航員開始執行淨化程序，設法除去沾染在他們宇航服上的月塵。完成淨化後，宇航員們把登月艙內需要帶回地球的物品搬入指令勤務艙指定的位置，不用的物資留在登月艙內，之後將登月艙丟棄。
阿波羅11號丟棄鷹號登月艙的時刻是它在月面上點火起飛後的第5小時47分鐘，登月艙後來以每小時6000千米的速度墜毀在月面上，激起的月震波被安裝在月面上的月震儀記錄併發回地球。
宇航員們在指令勤務艙內匯合後，開始著手返回地球的旅程。和在月面上起飛一樣，宇航員們首先要從地面飛控人員那裡獲取進入月地轉移軌道的PAD數據。奧爾德林聽到的PAD是這樣的：
杜克（地面飛控人員）：好的。來了：TEI-30， SPS/G&N：36691；-0.61， +0.67；135:23:41.49。名詞 81，+3202.0， +0671.3， -0277.3；181， 054， 013。名詞 44， 遠地點 不適用， +0023.0；3283.3， 2:28。Delta-VC， 3262.5；24，151.0 35.5。接下來三行不適用。名詞 61，+11.03，-172.37；1180.6， 36275， 195:04:52。你們的定位星是天津四和織女一， 242, 172, 012。我們希望兩個推進器沉底16秒。Tig-2分鐘時，地平線在11°線上，補充一點：你們的六分儀恆星在134:50後可見。準備好回讀。結束。
PAD實例
從這些PAD數據中我們可以解讀出的信息是，此刻指令艙總質量16,643 千克，點火時刻為135:23:41.49，使用指令艙主發動機，總點火時間2分28秒，點火後指令艙速度要增加1,000.7米/秒，之後進入近地點為42.6千米的一個橢圓軌道。眾所周知，距離地球42.6千米的地方位於地球大氣層內，也就是飛船將再入大氣層。進入大氣層時刻預計為195:04:52，之後飛船將飛行2186.4千米，初始速度為約11千米/秒，降落地點為北緯11.03°西經172.37°（太平洋中部）。
指令艙主發動機點火時指令艙位於月球背面，速度為1,633米/秒，在點火時刻到來之前，宇航員們按照點火清單，一項一項操作。倒計時35秒時，柯林斯注意到制導系統開始工作，15秒時計算機顯示屏上開始閃爍“99”，請求點燃發動機，指令長阿姆斯特朗予以確認，然後開始執行儲箱沉底操作，飛船被稍向前推進，使處於失重狀態的推進劑被推入儲箱底部。預定點火時刻到來時，主發動機準時點火。不過由於發動機推力與地面控制中心預估的不一致，發動機在點火2分28秒後並未自動關閉，而是又多燒了3.4秒，最後是柯林斯和計算機同時關閉了發動機。但結果很不錯，飛船增速1000.6米/秒，誤差只有5釐米/秒，完美進入月地轉移軌道，開始了返回地球的三天旅程。
離開地球的時候，指令勤務艙內存儲著18.5噸推進劑，在此次點火之後已經所剩無幾了。阿波羅11號任務時，還剩1/8，而到了阿波羅17號時，只剩了4%，不過從月球返回地球的途中已經基本上不再需要發動機點火了，就好像他們是從38萬千米之外的地方掉回地面一樣。這段時間是宇航員最輕鬆的時候，因為登月目的已經達到，大部分危險已經度過，只要指令勤務艙良好運轉，安全返回是有足夠保障的。值得指出的是，返回的時候指令艙駕駛員（對應於阿波羅11號就是柯林斯）負責導航，他負責定期對準制導平臺，並維持飛船的自主導航能力，以便在失去與地面通信的情況下依然能夠引導飛船準確再入並濺落。他不斷測量月球或地球與指定恆星的夾角，並通過船載計算機上的P23計算出飛船的位置、軌道和接觸地球大氣時的夾角。這個夾角的理想值是6.5°±0.5°，如果角度過大，飛船將會在大氣層內燒燬，如果角度過小，飛船將會被大氣層彈出（就像用石片或者瓦片在水面上打水漂一樣）而返回宇宙空間，無論那種結果，都將是災難性的。最終阿波羅11號再入大氣層時的夾角為6.48°。
在著陸前4個小時，飛船上的宇航員們開始接收最後一張PAD，用來確定飛船的再入參數。人們並不知道飛船在什麼時候開始接觸地球大氣層，不過飛船接觸地球大氣後會減速，所以NASA簡單的規定以空氣阻力對飛船開始產生0.05g的加速度這一事件作為飛船接觸地球大氣的標誌，這時兩件事將產生：1，計算機開始控制再入飛行；2，再入監視系統開始監控飛行路徑的進展。在此之前，宇航員們要做好準備，首先是切斷勤務艙的電源，並打開VHF通信系統，他們還需要穿好救生衣。宇航員需要檢查飛船的姿態，並確保飛船各系統工作正常。再入前25分鐘，宇航員們開始準備丟棄勤務艙，一切正常後由計算機執行程序P62丟棄勤務艙。之後計算機控制飛船調整姿態，使宇航員處於腳朝上頭朝下的姿勢，以這種姿態開始進入如今人所共知的“黑障”區。
飛船以高速衝入大氣層後，飛船底部隔熱層的前面產生了強大的衝擊波，把氣體瞬間加熱到等離子態，從而圍繞著飛船形成一個等離子鞘套，這就妨礙了飛船與地面的無線電通信，時間長達3分鐘多。在這期間地面與飛船之間的通信斷絕，所以被稱作“黑障”。在這個階段宇航員們承受了6g（峰值6.5g）的加速度，他們通過舷窗看到了包裹著飛船的熾熱氣體產生的輝光。
進入之後9分鐘左右，阿姆斯特朗迴應了地面的通話請求，他報告了飛船的座標：北緯13.32°，西經167.17°，20秒後他又報告了他的新座標：北緯13.30°，西經169.15°。此刻他們的海拔高度是大約3千米，飛船主降落傘開始打開。主降落傘一共三面，每面直徑25米，NASA將其設計為即使只有兩面打開也能保證飛船安全降落，在正常情況下，飛船降落速度被進一步減緩到8.5米/秒。1969年7月24日12:50:35（美國東部夏令時），阿波羅11號飛船安全降落在太平洋中部地區，距離搜救他們的大黃蜂號航空母艦約24千米，1小時後，搜尋人員發現了他們。
類似的濺落日後又進行了6次。其中阿波羅12號的濺落最驚險，由於種種原因，飛船重重地砸在海面上，一架未固定好的16毫米攝影機掉了下來，砸在宇航員艾倫·比恩的頭上，一下子把他砸暈了，血流了出來，其他宇航員差點兒以為他被砸死了。事後艾倫頭上縫了6針。
阿波羅飛船就是這樣回到地球的。
下一個用類似方式回到地球的將是我國的嫦娥5號，讓我們拭目以待。
"作者丨飛蠓
上世紀60年代末，世代居住在地球上的人類藉由火箭的力量第一次衝出地球搖籃，踏訪了月球這個人類最熟悉的天體，在月球表面留下了人類活動的痕跡。這一幕無疑是人類歷史上最濃墨重彩的一頁。
由於種種原因，迄今仍有一部分認識字的科盲堅決拒絕承認這一事實，他們堅持認為人類的登月行動是騙局，是美國政府或NASA故意偽造出來欺騙他們這些聰明人的。他們到處尋找NASA發佈的照片和視頻中的所謂“破綻”，一旦照片或者視頻的內容與他們基於狹隘經驗所理解的“常識”相牴觸，他們就像發現了新大陸一樣，到處宣揚。更有甚者，以所謂的“邏輯”來否定登月事實。例如有人宣稱“失敗是成功之母”，而阿波羅登月行動成功之前就沒失敗過，故登月不可能；有人則說阿波羅登月行動中的登月艙沒事先進行無人試驗登月，違反了他們心目中的“先無人再有人”神聖規律，所以必然是假的。
當然最可笑的還是網絡大V李北方，他在頭條文章裡口口聲聲說阿波羅登月艙沒法返回，還裝模做樣列了理由一二三四。被打臉後又碰瓷中科院官微（“中科院之聲”），建議人家“認真地就美國人的登月做一次真正的科普，把過程講清楚些”，聲稱“你們能把這些具體的細節講清楚，就沒有人‘質疑’登月了”。中科院官微沒搭理他，他就興高采烈宣告勝利了。
其實這樣的科普書早就有了，我也貼出了資源鏈接，問題是他們根本不看。當然，也或者是他們看不懂，沒關係，我這就給他們寫一個淺顯易懂、中學生都能看明白的科普文章。
話說1961年NASA拿到了時任美國總統約翰·F·肯尼迪的撥款承諾，開始正式實施日後將燒去幾百億美元的阿波羅計劃，這個時候美國人連一次正兒八經的軌道飛行還沒搞過。NASA面臨的問題很多，但首要的問題是：阿波羅飛船應該怎麼飛到月球並飛回來。NASA的科學家們各抒己見，很快形成了三個方案：
一，直接上升方案。就是用一枚超級火箭把載人登月飛船發射出去，令其到達月球表面，完成登陸任務後從月面起飛，返回地球。這個方案簡單粗暴，直截了當，唯一的問題是：美國人能不能搞出這麼大推力的火箭。
二，地球軌道交會方案。就是用兩到三枚大型火箭把登月飛船分段發射到地球軌道上，然後令其在地球軌道上交會對接，之後這個組合體飛向月球並在月面著陸，再從月面起飛回到地球。這個方案對火箭的推力要求降低了很多，問題有兩個：1，美國人當時還不知道怎麼玩交會對接；2，搞一次探月需要發射好幾枚火箭，成本太高；
三，月球軌道交會方案。這種方案是最後提出來的，就是用一枚大型火箭把登月飛船組合體送入月球軌道，然後宇航員駕駛組合體中的登月艙在月面著陸，之後從月面起飛並與在環月軌道上飛行的其他飛船艙段對接，由環月飛船帶著宇航員脫離環月軌道回到地球。這個方案對火箭的推力要求最低，因為在這個方案裡需要降落在月面上的登月艙質量很小，需要從月面返回的部分質量更小，這就大大減少了登月艙需要攜帶的推進劑的數量，也就大大減少了整個阿波羅飛船的質量，從而減少了對運載火箭推力的要求。只有一個問題：美國人需要在距離地面38萬公里的地方玩一次交會對接。
NASA用了一年時間討論這個問題，最終於1962年6月選擇了月球軌道交會方案，因為這個方案雖然冒險，但是是唯一一個能夠在肯尼迪要求的時限內完成登月計劃的方案。此後NASA就開始按照這個方案來組織載人登月工程的實施（順便說一句，我國的“嫦娥5號”登月項目的方案就是阿波羅方案的無人版）。
在某些人眼裡，NASA在八年時間裡什麼都沒幹，突然就拿出錄像帶宣佈把人送上月球表面了。事實當然不是這樣。
NASA執行的第一個載人航天計劃是“水星”計劃，從1959年開始到1963年，共進行了20次不載人發射和6次載人發射（計劃9次載人飛行，後3次取消了），實現把人送入地球軌道的目標。
與此同時，NASA又實施了三個無人探測月球計劃：“徘徊者”（發射9顆，成功3顆）、“月球軌道”（發射5顆，成功5顆）和“勘測者”（發射7次，成功5次）。第一個系列是硬著陸器，就是探測器像石頭一樣砸到月面上，在快砸到月面之前用探測器上的攝像機拍月面，以獲取著陸場附近高分辨率照片（我國嫦娥1號最終任務類似於此）；第二個系列是繞月飛行的探測器，他們攜帶了高分辨率的照相機，獲取全月面高分辨率照片（我國的嫦娥1號和2號的主要任務類似於此），以確定合適的登月著陸點；第三個系列是軟著陸器，探測器像羽毛落地一樣在月面著陸，主要目標是驗證登月艙的四腿結構是否能在月面安全著陸（我國的嫦娥3號和4號即為軟著陸器）。
“勘測者”系列軟著陸器中比較重要的是1號（1966年5月30日發射）和6號（1967年11月7日發射），前者試驗了遠程遙控攝像功能，並第一次通過電視廣播信號直播了月面上的情況；後者在月面上成功軟著陸7天后，按地面指令又點火2.5秒，從月面上起飛了4米，然後在原著陸點西側2.5米處重新軟著陸，從而成為第一顆在地外天體上起飛的探測器。此外還值得一提的是3號（1967年4月17日發射），它的著陸不是很成功，但31個月後，阿波羅12號降落在距離它不到300米的地方，宇航員們實地查看了勘測者3號登陸器，並取走了約10千克的登陸器上的部件（包括電視攝像機），帶回地球，它也因此成為第一顆被人類在外空近距離探訪的無人探測器。
從1965年開始，NASA通過“雙子星座”計劃，執行了10次載人飛行任務，用兩年時間掌握了近地軌道飛行的基本技術，包括太空行走和近地軌道交會對接技術。執行阿波羅計劃的第一批宇航員大部分都參與過“雙子星座”計劃，從而獲得了寶貴的航天飛行經驗。
NASA把整個阿波羅計劃劃分成幾個相互銜接的任務，並用英文字母標註其順序：A任務不載人，測試土星5號的能力和阿波羅飛船指令艙的再入能力；B任務用土星IB進行，搭載一個不載人的登月艙；C任務依然用土星IB進行，發射一個搭載了一名宇航員的指令勤務艙，測試其地球軌道飛行能力；D任務用土星5號進行，向地球軌道發射搭載3名宇航員的指令勤務艙；E任務將發射指令艙與登月艙的組合體，並在遠離地球的地方測試其能力；F任務將是一次登月前的彩排，除了不實際登月，宇航員將實地執行全部機動變軌操作；G任務則是正式的登月行動，其目標就是兩個字：登月。G任務之後，將是H任務、I任務，分別是讓登月宇航員在月球上漫步兩次以及讓指令艙在軌運行一個月以測繪月球表面；最後又提出了J任務，就是讓宇航員在月面上停留3天，並攜帶月球車以擴大考察範圍。
從1967年開始，NASA以平均兩、三個月發射一次的頻率執行“阿波羅”計劃：
1967年11月9日 阿波羅4號 A任務；
1968年1月22日 阿波羅5號 B任務，由於測試很成功，第二次B任務取消；
1968年4月4日 阿波羅6號 A任務，測試中發現了土星5號的設計缺陷；
1968年10月11日 阿波羅7號 C任務；
1968年12月21日 阿波羅8號 原定執行D任務，但由於登月艙延期交付，故NASA把E任務的一部分提前，即把指令勤務艙送入環月軌道，命名為C‘任務，我國的嫦娥5號T1飛行試驗器的任務與此類似；
1969年3月3日 阿波羅9號 D任務，阿波羅組合體進入繞日軌道，宇航員從指令勤務艙進入登月艙，在繞日軌道上模擬了月球軌道上交會對接操作；
1969年5月18日 阿波羅10號 F任務，宇航員在環月軌道上練習了交會對接操作；
1969年7月16日 阿波羅11號 G任務。
7月20日16時17分43秒（美國東部夏令時），宇航員尼爾·阿姆斯特朗和巴茲·奧爾德林駕駛“鷹”號登月艙在月面靜海成功著陸。與此同時，蘇聯的月球15號探測器正在月球軌道上徘徊，準備軟著陸，7月21日11時51分（美國東部夏令時），它幾乎是在美國人的眼皮底下墜毀在月面危海一角，倉促結束了它的使命，而這個時候，美國宇航員正在為13時54分離開月面而忙碌。
和很多人想象的不同，登月宇航員並不是直接從月面上返回地球，原因有兩個：第一，他們攜帶的推進劑數量（只有2噸多）不足以讓他們從月面進入返回地球的軌道；第二，登月艙在設計時只能用在地球大氣層以外，完全沒有再入地球大氣層所必須的保護裝置。他們需要做的是在正確的時間從月面起飛，與在頭頂110千米上空飛過的阿波羅指令勤務艙對接，然後進入指令勤務艙，由指令勤務艙開動其主發動機將三名宇航員帶回地球。
NASA最初設想的月球軌道交會對接方案被稱作直接上升法，就是登月艙上升級從月面起飛後，直接進入一條與阿波羅指令勤務艙交會的彈道。這個方法容易理解，但太過冒險，一旦登月艙錯過與指令勤務艙的對接，很容易重新落回月面，到那時就是神仙也沒有辦法拯救登月宇航員了。所以NASA根據執行雙子星座計劃時獲得的經驗，提出了漸進的共橢圓交會法，其步驟如下：
1，指令艙首先變軌機動，進入能夠經過登月艙上空的圓軌道；
2，指令艙即將飛過登月艙上空時，登月艙上升級主發動機點火，7分鐘後進入近月點17千米，遠月點84千米的橢圓軌道；
3，登月艙上升級到達其遠月點後，姿態控制發動機點火，進入圓軌道，並開始跟蹤指令勤務艙；
4，再過半圈之後，登月艙上升級姿控發動機點火，將登月艙送入指令勤務艙下方28千米的軌道上；
5，40分鐘的滑行飛行階段，地面控制中心、登月艙上的宇航員和指令艙中的宇航員將同時計算並相互校核，最終確定合適的登月艙發動機點火參數；
6，登月艙上升級再次點火，將登月艙上升級送入與能與指令艙對接的轉移軌道，兩個航天器相遇；
7，登月艙上升級反複製動點火，令其與指令艙之間相對速度為0，相對距離為0，之後完成對接操作。
共橢圓交會第一圈
按這個方案，需要兩個航天器共同繞月亮轉2圈，總計花費約4個小時時間才能完成。阿波羅10，11，12都採用了這個辦法，結果宇航員們精疲力盡，所以當阿波羅計劃因為阿波羅13號的事故而陷入停頓的時候，宇航員們在模擬器上反覆試驗，提出了一個新的方案：直接交會（又稱快速交會）。從阿波羅14號開始，宇航員們都採用直接交會方法實現了登月艙與指令艙的交會對接，這隻需要兩個航天器繞月亮飛行一圈，時間也減少了2個小時。
一切都從指令艙最後一次經過登月艙上空開始，此時登月艙上的交會雷達會嘗試和指令艙上的應答機通訊，向登月艙內的宇航員提供目標飛行器的距離、距離變化率和方向，同時指令艙上的宇航員用28倍的六分儀觀察月面上的登月艙，幫助地面飛行控制中心確定登月艙的狀態矢量。登月艙內的宇航員拋掉一切不需要帶回地球的物品，然後把要攜帶的物品按照計劃放置在登月艙艙內的特定位置，儘量保持上升級的重心在理想重心附近，以避免過多消耗姿控發動機的推進劑。
接著，地面上的飛行控制中心向登月艙內的宇航員和指令艙內的宇航員分別報讀起飛用的PAD（Pre-Advisory Data），宇航員複述這些數據，並將這些數據輸入各自的機載計算機。阿波羅11號登月時，指令長阿姆斯特朗聽到的月面起飛PAD是這樣的：
伊文思（地面飛控人員）：好的。登月艙上升級Pad：TIG（起飛時刻），124:22:00:00；名詞 76，55349，00322，+0017；DEDA 47，+37104，-70470，+58604，+56936。你們的登月艙重量 10837（單位是英磅，約合4915.58千克）。你們的T14（下一個起飛窗口時間）是126，+20，+12。結束。
有了這些點火數據，機載計算機就能控制登月艙上升級發動機的燃燒時間，在登月艙上升級上安裝的加速度計達到指定速度增量的時候關閉發動機，從而把登月艙上升級送入預定的軌道。在阿波羅計劃的時代，地面飛控人員並不直接控制載人飛船，他們扮演的角色類似於航空系統的空管人員，向宇航員提供飛行建議和數據，對飛船的控制由宇航員通過機載計算機完成，或者手動完成。有些人質疑在有通信延遲的情況下地面如何對飛船進行實時控制，答案很簡單：不存在這種來自地面的實時控制，飛船是由宇航員控制的。
在進行發射清單檢查的時候，宇航員需要穿戴好頭盔和手套，以避免上升級發動機點火時可能引發的衝擊波對登月艙上升級的影響。離起飛還有幾分鐘的時候，宇航員開始進行最後的檢查。起飛前30秒，指令長阿姆斯特朗打開了點火保險，起飛前20秒，奧爾德林注意到顯示器突然空白，這意味著船載導航計算機開始工作。接著奧爾德林開始倒計時：9，8，7，6，5。然後他按下了“異常終止級”按鈕，登月艙上升級和下降級之間的4個連接點被火工品炸斷，同時一把設計精巧的剪刀割斷了連接上升級和下降級之間一束電纜和管子，接著他又按下了“發動機解除保險”按鈕，從而允許船載計算機自動啟動登月艙主發動機。隨後，登月艙上升級發動機點火，在主發動機15.6千牛推力作用下，登月艙上升級開始起飛。
從阿波羅15號任務開始，登月艙下降級上攜帶了一部電動月球漫遊車（LRV），在月球車上安裝了一部由地面遙控的攝像機，當月球車靜止時，攝像機拍攝的畫面可以通過月球車上安裝的定向天線傳輸到地面，由位於澳大利亞新南威爾士州的一面直徑64米的拋物面天線接收後轉播到全世界。在宇航員進入登月艙準備返回前，他們需要把月球車停放在登月艙以東約100米的地方（從地面看是登月艙以西），讓月球車上的電視攝像機對準登月艙方向。負責遙控攝像機的人是休斯頓航天中心的操作員艾德·芬德爾（Ed Fendell），從他發出攝像機傾斜指令到從監視器上看到結果有約3秒的延遲，由於種種原因阿波羅15和16號登月艙起飛的畫面他沒來得及追蹤上，登月艙幾秒鐘後就飛出了攝像機的視野，這個缺憾是在阿波羅17號任務上彌補的。
通過電視畫面可以看到登月艙下降級垂直起飛後不到10秒就開始轉彎，在這之前姿控發動機在空中努力把登月艙的指向調整到發射方位（在降落時下降級不可能停到完全水平的位置上，所以坐在下降級上的登月艙上升級也不可能完全豎直向上，登月艙軸線和鉛垂線之間的偏差在起飛前由宇航員用儀器精確測量，並報告給地面控制人員，並輸入船載導航計算機），登月艙上升級頭部迅速向下傾斜50°多一些，然後在主發動機的推動下開始水平加速。此外，由於月面上沒有大氣，通過阿波羅15號登月艙起飛的電視直播畫面可以看到，被登月艙上升級發動機所噴出的羽流吹起來的月塵在1/6g的重力加速度作用下乾淨利落的回落在月球表面，原本被四散飛舞的月塵包裹著的登月艙下降級很快就又露出了真容。這是地球上的攝影棚內根本無法做到的。
宇航員在起飛過程中時刻關注著登月艙的高度和速度，同時船載計算機也在監控著這些數據，一旦它確定上升級達到了足夠的速度（上文提到的PAD就做這個用途，它提供的鷹號登月艙上升級發動機關機條件是速度達到5693.6英尺/秒，也就是約1.7千米/秒）就關閉主發動機。阿波羅11號在起飛後7分17秒關閉了發動機，宇航員向地面報告此時他們的速度是水平5337.3英尺/秒、豎直32.8英尺/秒，高度是60,666英尺（18.5千米），1分40秒後，機載計算機算出他們的軌道是遠月點47.3海里（87.6千米）X近月點9.5海里（17.6千米）橢圓軌道，登月艙成功從月面起飛入軌。
然後阿波羅11號開始按照既定規程圓化其軌道，這時他們的總質量是2,669千克，7分鐘的多起飛過程已經用去了2.247噸推進劑（航空肼50+四氧化二氮），此時鷹號登月艙上的兩名宇航員和哥倫比亞號指令勤務艙上的一名宇航員開始通過VHF系統頻繁通話，因為這時兩個航天器已經進入月球背向地球的一面，地面與他們的通信已經中斷，他們只能彼此依靠了。鷹號登月艙的姿控發動機工作51秒後，進入圓軌道，哥倫比亞號上的宇航員測出登月艙的軌道為91.7X85.4千米的近圓軌道並告知了鷹號上的宇航員。與地面的通信恢復之後，在起飛2小時的時候，鷹號登月艙進行了CDH點火，完成了上文提到的步驟4，進入與哥倫比亞號保持28千米高度差的軌道。
40分鐘的共同飛行之後，鷹號進行TPI點火，開始與哥倫比亞號的交會對接（很快就進入與地面的通信盲區了）。三名宇航員通過VHF系統密集溝通，鷹號登月艙進行了兩次中途軌道修正，兩個航天器的高度差逐漸縮短，TPI點火33分鐘後，鷹號登月艙開始制動（否則就會從哥倫比亞號前面飛過去），從哥倫比亞號上宇航員柯林斯用哈蘇像機拍到的畫面上看，鷹號從下方一點一點接近。就在兩個航天器即將接觸的時候，意料之外的情況發生了。
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面1
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面2
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面3
柯林斯用哈蘇相機拍到的畫面4
阿姆斯特朗發現如果他按照規程將登月艙頭部向下壓90度再繞軸線旋轉60度，則登月艙頭部下壓時刺眼的陽光正好通過舷窗射入，所以他決定改變規程，先轉動60度，再下壓登月艙頭部，這是一種從來沒有訓練過的操作，結果導致船載主導航設備處於萬向架鎖定狀態。阿姆斯特朗當機立斷，用輔助導航設備完成了對接。但輔助導航設備非常敏感，當柯林斯操縱對接探頭將登月艙拉近指令勤務艙時，輔助導航設備誤以為登月艙狀態發生了變化，於是啟動姿控發動機準備“糾正”，登月艙開始扭動，但8秒鐘後登月艙和質量大得多的指令艙硬連接成功，登月艙終於放棄了抵抗。
這個小插曲讓阿姆斯特朗後來做了好幾次檢討。其他的宇航員汲取了他的教訓，此後的登月艙與指令艙交會對接活動中沒有出現類似的情況。
登月艙與指令艙對接成功後，兩邊的宇航員檢查連接通道的氣密性，並開始加壓，之後打開登月艙一側的艙門。登月艙內的宇航員開始執行淨化程序，設法除去沾染在他們宇航服上的月塵。完成淨化後，宇航員們把登月艙內需要帶回地球的物品搬入指令勤務艙指定的位置，不用的物資留在登月艙內，之後將登月艙丟棄。
阿波羅11號丟棄鷹號登月艙的時刻是它在月面上點火起飛後的第5小時47分鐘，登月艙後來以每小時6000千米的速度墜毀在月面上，激起的月震波被安裝在月面上的月震儀記錄併發回地球。
宇航員們在指令勤務艙內匯合後，開始著手返回地球的旅程。和在月面上起飛一樣，宇航員們首先要從地面飛控人員那裡獲取進入月地轉移軌道的PAD數據。奧爾德林聽到的PAD是這樣的：
杜克（地面飛控人員）：好的。來了：TEI-30， SPS/G&N：36691；-0.61， +0.67；135:23:41.49。名詞 81，+3202.0， +0671.3， -0277.3；181， 054， 013。名詞 44， 遠地點 不適用， +0023.0；3283.3， 2:28。Delta-VC， 3262.5；24，151.0 35.5。接下來三行不適用。名詞 61，+11.03，-172.37；1180.6， 36275， 195:04:52。你們的定位星是天津四和織女一， 242, 172, 012。我們希望兩個推進器沉底16秒。Tig-2分鐘時，地平線在11°線上，補充一點：你們的六分儀恆星在134:50後可見。準備好回讀。結束。
PAD實例
從這些PAD數據中我們可以解讀出的信息是，此刻指令艙總質量16,643 千克，點火時刻為135:23:41.49，使用指令艙主發動機，總點火時間2分28秒，點火後指令艙速度要增加1,000.7米/秒，之後進入近地點為42.6千米的一個橢圓軌道。眾所周知，距離地球42.6千米的地方位於地球大氣層內，也就是飛船將再入大氣層。進入大氣層時刻預計為195:04:52，之後飛船將飛行2186.4千米，初始速度為約11千米/秒，降落地點為北緯11.03°西經172.37°（太平洋中部）。
指令艙主發動機點火時指令艙位於月球背面，速度為1,633米/秒，在點火時刻到來之前，宇航員們按照點火清單，一項一項操作。倒計時35秒時，柯林斯注意到制導系統開始工作，15秒時計算機顯示屏上開始閃爍“99”，請求點燃發動機，指令長阿姆斯特朗予以確認，然後開始執行儲箱沉底操作，飛船被稍向前推進，使處於失重狀態的推進劑被推入儲箱底部。預定點火時刻到來時，主發動機準時點火。不過由於發動機推力與地面控制中心預估的不一致，發動機在點火2分28秒後並未自動關閉，而是又多燒了3.4秒，最後是柯林斯和計算機同時關閉了發動機。但結果很不錯，飛船增速1000.6米/秒，誤差只有5釐米/秒，完美進入月地轉移軌道，開始了返回地球的三天旅程。
離開地球的時候，指令勤務艙內存儲著18.5噸推進劑，在此次點火之後已經所剩無幾了。阿波羅11號任務時，還剩1/8，而到了阿波羅17號時，只剩了4%，不過從月球返回地球的途中已經基本上不再需要發動機點火了，就好像他們是從38萬千米之外的地方掉回地面一樣。這段時間是宇航員最輕鬆的時候，因為登月目的已經達到，大部分危險已經度過，只要指令勤務艙良好運轉，安全返回是有足夠保障的。值得指出的是，返回的時候指令艙駕駛員（對應於阿波羅11號就是柯林斯）負責導航，他負責定期對準制導平臺，並維持飛船的自主導航能力，以便在失去與地面通信的情況下依然能夠引導飛船準確再入並濺落。他不斷測量月球或地球與指定恆星的夾角，並通過船載計算機上的P23計算出飛船的位置、軌道和接觸地球大氣時的夾角。這個夾角的理想值是6.5°±0.5°，如果角度過大，飛船將會在大氣層內燒燬，如果角度過小，飛船將會被大氣層彈出（就像用石片或者瓦片在水面上打水漂一樣）而返回宇宙空間，無論那種結果，都將是災難性的。最終阿波羅11號再入大氣層時的夾角為6.48°。
在著陸前4個小時，飛船上的宇航員們開始接收最後一張PAD，用來確定飛船的再入參數。人們並不知道飛船在什麼時候開始接觸地球大氣層，不過飛船接觸地球大氣後會減速，所以NASA簡單的規定以空氣阻力對飛船開始產生0.05g的加速度這一事件作為飛船接觸地球大氣的標誌，這時兩件事將產生：1，計算機開始控制再入飛行；2，再入監視系統開始監控飛行路徑的進展。在此之前，宇航員們要做好準備，首先是切斷勤務艙的電源，並打開VHF通信系統，他們還需要穿好救生衣。宇航員需要檢查飛船的姿態，並確保飛船各系統工作正常。再入前25分鐘，宇航員們開始準備丟棄勤務艙，一切正常後由計算機執行程序P62丟棄勤務艙。之後計算機控制飛船調整姿態，使宇航員處於腳朝上頭朝下的姿勢，以這種姿態開始進入如今人所共知的“黑障”區。
飛船以高速衝入大氣層後，飛船底部隔熱層的前面產生了強大的衝擊波，把氣體瞬間加熱到等離子態，從而圍繞著飛船形成一個等離子鞘套，這就妨礙了飛船與地面的無線電通信，時間長達3分鐘多。在這期間地面與飛船之間的通信斷絕，所以被稱作“黑障”。在這個階段宇航員們承受了6g（峰值6.5g）的加速度，他們通過舷窗看到了包裹著飛船的熾熱氣體產生的輝光。
進入之後9分鐘左右，阿姆斯特朗迴應了地面的通話請求，他報告了飛船的座標：北緯13.32°，西經167.17°，20秒後他又報告了他的新座標：北緯13.30°，西經169.15°。此刻他們的海拔高度是大約3千米，飛船主降落傘開始打開。主降落傘一共三面，每面直徑25米，NASA將其設計為即使只有兩面打開也能保證飛船安全降落，在正常情況下，飛船降落速度被進一步減緩到8.5米/秒。1969年7月24日12:50:35（美國東部夏令時），阿波羅11號飛船安全降落在太平洋中部地區，距離搜救他們的大黃蜂號航空母艦約24千米，1小時後，搜尋人員發現了他們。
類似的濺落日後又進行了6次。其中阿波羅12號的濺落最驚險，由於種種原因，飛船重重地砸在海面上，一架未固定好的16毫米攝影機掉了下來，砸在宇航員艾倫·比恩的頭上，一下子把他砸暈了，血流了出來，其他宇航員差點兒以為他被砸死了。事後艾倫頭上縫了6針。
阿波羅飛船就是這樣回到地球的。
下一個用類似方式回到地球的將是我國的嫦娥5號，讓我們拭目以待。
-完-
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