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1957年之后就开始转向空间科学探索并带上了强烈的政治色彩。"土星5"号设计为一枚三级火箭，最大直径约为10米，采用先进的计算机技术进行控制，其中包括各级发动机的点火、熄火和过程协调等等。在当时，"土星 5"号火箭的设计水平已远远地超过了前苏联的同期产品，这也是前苏联不得不中途退出竞争的主要原因之一。 阿波罗计划主要是分三步走： 第一步，是“水星计划”，即将宇航员送上太空，以测试人在太空中的活动能力。这项计划很快就成功了，1963年5月15日“水星1号”载人发射，飞行了34小时，绕地球21圈，宣告“水星计划”结束。 第二步，是“双子星座计划”。这个计划有二个目的，一是测试人在太空中长时间停留可能引起的生理问题，一是将两个航天器在太空中对接，从而奠定登月技术的基础。该项计划实施得也比较顺利，1965年“双子星座3号”飞船做了变轨实验，同年，“双子星座7号”和“双子星座6号”做了太空会合实验，双子星座号在太空中飞行了14天，宇航员的身体安然无恙。 第三步，是“土星计划”，即制造能将载人飞船送出地球进入月球轨道的大动力火箭，最终完成登月计划。1965年4月，在冯·布朗领导下，研制出了“土星5号”火箭，它总长85米，竖起来有30层楼那么高，由三级组成，其第一级推力达3500吨。“土星5号”是“阿波罗计划”中最关键的一环，它的出现标志着在运载火箭技术方面，美国已经超过了苏联。“阿波罗计划”终于可以实施了。 1969年7月16日中午12点32分，肯尼迪发射中心，随着"点火"一声令下，载着3名宇航员：阿姆斯特朗、奥尔德林和柯林斯的阿波罗11号腾空而起。一片浓烈的烟雾在火箭的尾部从平台下喷涌而出，接着从发动机内喷射出闪耀刺目的火舌。3817t重的飞行器努力克服地心引力腾空而起，穿云拨雾作弧形直冲九霄外。火箭的巨响超出了正常的听觉范围。沉重的轰隆声、怒吼声和强烈的冲击波使人们感到恐怖和窒息。好一幅惊天动地的奇观！卫星和无线电波把电视和广播协会的公开电信节目传送到全世界。在这里所发生的事件，甚至连最老练的记者都没有经历过，以至于美联社和国际合众社的电视传真在一段很长的时间里哑然无声。这种情景在以往的新闻报导中是从未出现过的。相反，3名航天员却表现了异乎寻常的镇静。他们的心率比等待发射的时刻，以及在参加以往的"双子星座"号飞船发射时还要低。 7月19日正午，飞船进入月球轨道。扣人心弦的时刻到了。此后飞船飞到月球背面足有33分钟并与地球失去了无线电联系。此时若是设备失灵或出现一点点计算机错误，航天员就将永远无法返回故乡。飞船在绕月飞行的第13圈开始降落程序。当发动机点火时阿姆斯特朗的心率从77次／分钟一下子升到111次／分钟。
当两名航天员以150m/秒的速度迫近目标时，他们突然发现一个惊人的危险：预定的着陆点竟是一个大坑，里面散布着巨砾。阿姆斯特朗马上抓住操纵杆，花了大约19秒钟驾驶着登月舱避开大坑并安全着陆在离预定着陆点4英里远的地方。此时阿姆斯特朗的心率是156次／分钟。如果这次飞船不是有人驾驶，而是一艘无人驾驶的自动飞行器，那么很可能就会像前苏联的"月球-15"一样坠毁了。不同的结局充分表明载人航天的优越性。
着陆之后，航天员立刻对舱内系统进行检查，以便在发现威胁他们安全的隐患时迅速从月球起飞，紧急返回地球。
在美国东部时间7月20日下午4时17分42秒，船长阿姆斯特朗身背救生背包首先走上舱门平台，面对陌生的月球世界凝视几分钟后，挪动右脚，一步三停地爬下扶梯。5米高的9级台阶，他整整花了3分钟！ 随后，他的左脚小心翼翼地触及月面，而右脚仍然停留在台阶上。当他发现左脚陷入月面很少时，才鼓起勇气将右脚踏上月面，在月球土壤上印下了人类第一个脚印。这时他说了一句极富哲理又非常著名的话："对于一个人来说这只是一小步，但对于整个人类来说，这是跨出了一大步。" 18分钟后，宇航员奥尔德林也踏上月面，他俩穿着宇航服在月面上幽灵似的"游动"、跳跃，拍摄月面景色、收集月岩和月壤、安装仪器、进行实验和向地面控制中心发回探测信息。
1969年7月20日正好是星期天。据后来估计，在地球上收看登月实况的电视观众大约有5亿人。大概这是有史以来最多的观众。由于现代通信的奇迹，使亿万人同阿姆斯特朗一起分享胜利的喜悦，同时也经历着激动、紧张，为探险者的安全焦虑和担忧。
人类终于和月球接触了。对于探险家来说这是许多世纪梦寐以求、悠然神往的幻想的实现，而对于科学家来说这是了解月球和地球的起源与性质的最好机会。
航天员开始在1／6地心引力条件下小心翼翼地在月表上行走，样子好像梦游者，蹒跚而行。后来他们渐渐放大了胆子，而且发现以比较长的弹跳步伐前进是一种较好的前进方式。于是他们就像袋鼠般跳跃，其敏捷度又像羚羊。
人们通常用最美好的语言赞美月亮。说她洁白如玉，温柔安祥。然而亲临其境的航天员所看到的却是一种广大、寂寞和贫瘠的景象。这里既没有嫦娥白兔，也没有吴刚桂树。到处是粗石、细沙、高地、坑穴、断层、幽谷，千疮百孔，满目瘢疤。这里单调死寂，没有空气，也没有生命。月球上没有空气，这也造成了奇特的效果。因为没有空气传导声波，航天员除了无线电话机上的讲话声和劈拍声以及自己的呼吸声和动作发出的响声外，什么也听不到。月球上的天空没有颜色--白天夜间都是黑洞洞的。黑色天空中的星光比从地球上看见的要亮得多，而且不闪烁。由于没有空气调节，月球表面上的温度在白天可升到260度(高于地球上的沸点温度)，而在夜晚则至少降到零下240度，能使寒暑表里的水银冻结。因为月球自转较慢，月球上的白天和夜间大约是地球上相应时间的2倍。因没有空气的阻挡，月球表面上的辐射剂量要比地球上大得多。 人类第一次在地球以外的另一个星体上留下了自己坚实的脚印。他们在月球表面收集月球土壤和岩石的样品，拍摄异乡风景，安装科学探测仪器，在月面上插了一面美国国旗，总共漫游了足足2小时21分钟。预定计划完成之后，他们乘登月舱起飞上升，与始终在指挥舱内等待他们的柯林斯会合。24日，指令舱重新进入大气层，安全降落在太平洋上，阿波罗登月计划成功了。
阿波罗11号及与之相依为命的航天勇士们经过8天3小时17分22秒行程80万km的整个飞行的远航之后，顺利返回地球，溅落在太平洋上。为了打捞他们派出了将近7000名海军人员、9艘船只、54架飞机。阿波罗 11号凯旋日，尼克松总统亲自来到主打捞舰"大黄蜂"号上迎接美国人的骄子和勇士们。这在以前的航天活动中是从未有过的。 自阿波罗11号登月成功之后，美国又相继进行了6次登月飞行（阿波罗12号、13号，14号、15号、16号和17号），除了13号外，其它都获得了成功。前后共有12名宇航员在月球上作了总计约302小时的停留，搜集了365.9公斤月球岩石和土壤标本。1972年12月，阿波罗17号执行了该计划中最后一次飞行。阿波罗计划至此画上了句号。"阿波罗计划"历时11.5年，总共有120个大学或研究院、所参加了有关工作，涉及到两万多家公司与厂商，投人人力逾40万，直接耗资高达200亿美元以上。
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