该工程的第一步是确定登月方案，它包括论证飞船登月飞行轨道和确定载人飞船总体布局。最后选定月球轨道交会方案，相应地确定由指挥舱、服务舱和登月舱组成飞船的总体布局。
为了进行载人登月，美国先实施了四个辅助计划，即在1961年至1965年发射九个“徘徊者”月球轨道器，用以了解未来的“阿波罗”飞船在月面着陆的可能性；在1966年至1968年发射五个“勘探者”月球着陆器，了解月球土壤的理化特性；在1966年至1967年发射三个“月球轨道环形器”，对40多个预选着陆地点进行详细观测，从而选出10个登月点；在1965年至1966年发射10艘“双子座”飞船，进行生物医学研究和飞船机动飞行、对接及舱外活动训练等。
“阿波罗”工程的第三个方面就是研制低轨道运载能力为127吨的大推力“土星5”运载火箭。
研制“阿波罗”飞船是该工程的“重头戏”。飞船的指令舱是航天员生活和工作的地方，也是全飞船的控制中心；服务舱装有主发动机等系统；登月舱由下降级和上升级组成。
首次载人登月是由“阿波罗11号”飞船完成的。当时飞船上载有三名航天员，当飞船与“土星5”火箭第三级分离，且阿波罗11号搭载登月舱飞船沿过渡轨道飞行2．5天后，便开始接近月球，此时飞船服务舱的主发动机减速，使飞船进入环月轨道。接着，两名航天员进入登月舱，并驾驶登月舱与飞船分离，这时飞船指挥舱内的一名航天员继续驾驶飞船绕月球轨道飞行，而另两名航天员则乘登月舱在月面着陆。登月后航天员采集了岩石和土壤（22千克），展开了太阳电池阵，安装了月震仪等。任务完成后，他们乘登月舱的上升级返回月球轨道，与飞船对接，最后返回地球。
1969年11月至1972年12月，美国又陆续发射了“阿波罗”12至17飞船，其中除“阿波罗13号”因故没有登月（航天员安全返回地面），另五艘飞船均登月成功，“阿波罗”15至17飞船的航天员还驾月球车在月面活动，采集岩石。
航天员在月球上钻取了三米的月球岩芯，发现多达57层，每层代表一次陨石冲击，还测量了月球内部发出的热流……“阿波罗”工程极为壮观，它激动了无数人的心，使载人登月的千年梦想变成了现实。
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