除了返航技术，剩下来关键是是登月飞船的技术，登月的飞船包括指挥和服务舱（Command and ServiceModule，简称CSM）和登月舱（LunarModule，简称LM）。如下图所示：

图7.18   阿波罗11号的三个部分，从左到右分别为服务舱、指令舱和登月舱

服务舱是往返途中宇航员居住的家。它不仅要把宇航员从地球上送到月球轨道，并且接回，而且也是唯一重返大气层将宇航员送到地表的部分，因此阿波罗计划中对它所做的试验最多。这个模块的直径大约三米半，近四米高，有5.5吨重。服务舱（SM）和指令舱（CM，新闻中有时也称之为太空舱）相连，直径也和服务舱差不多，但是长度却达七米。它运输登月所需的各种物资，包括液态燃料和各种设备，因此重达24吨，服务舱和太空舱相连，一同飞往月球，但是在飞船重返地球大气层时会被抛掉。大部分时候服务舱和太空舱的试验一起进行。登月部分包括登月时降落所需的反推火箭和离开月球的火箭，以及登月舱。尽管设计时已经尽可能地降低这部分的重量，它还是重达15吨。

再接下来是控制技术。这里面最关键的一项技术就是自动控制中的卡尔曼滤波。这种滤波方法由美籍匈牙利数学家鲁道夫∙卡尔曼（RudolphE. Kalman，1930 -）等人发明。在卡尔曼提出这种控制理论之初，它的实用性颇受怀疑，以至于他没有在电子工程和自动控制的杂志上发表这个成果，而是将它发表在数学期刊上。1960年的一天，卡尔曼去拜访在美国航天局工作的斯坦利∙施密特（Stanley Schmidt，1944-），发现他的方法对于解决阿波罗计划中轨道预测的难题很有用，于是就将它传授给施密特。后者成为了世界上首次实现卡尔曼滤波器的人，并对卡尔曼的工作进行了进一步的扩展。卡尔曼滤波器不仅用于了阿波罗飞船的导航和控制，而且在雷达、计算机视觉、航天飞机和潜艇上都有广泛的应用。

最后还有地月之间通信的难题。月球距我们的地球有38万公里，是地球周长的近10倍。这么长距离的双向通信，以前人类没有进行过。信号的衰减是否会让通信中断？另外无线电波往返地球和月球之间一次也需要两秒多钟，这个延时对控制的影响如何消除？这里面油诸多问题需要一一试验才能确定。为此，美国发射了一些航天器，专门测试地月之间的通信情况。最后，由摩托罗拉公司提供了月球和地球之间的对讲设备。遗憾的是，这家伟大的公司今天已不再独立存在了。

在登月竞赛中，前苏联除了火箭技术和美国略有一比，其余关键技术都远远落后于美国。

当然，最后一切都要回到火箭的问题上，因为整个登月飞船几部分加起来重量超过45吨，这使得制造大推力火箭又成了整个计划的瓶颈。冯∙布劳恩的团队需要设计推力比土星一B大得多的火箭。之前的十几次各种发射试验，无疑为他们后来研制新火箭提供了丰富的技术积累。1967年，冯∙布劳恩的杰作土星五号诞生了。

2002年，笔者有幸参观了肯尼迪航天中心并且看到了冯∙布劳恩设计的土星五号火箭。看到它的尺寸，任何人都会感到震撼。这个庞然大物长度超过一个足球场，直径超过一个排球场的宽度。它被水平地安放在展示大厅里，人从下面走过，只感觉到个人的渺小。

土星五号一级火箭的推力就高达33400千牛，是土星一B的四倍多。

现在美国航天局对阿波罗计划所有的细节都考虑周全了，任务也落实了，各项工作也在按计划展开，一切进展顺利。从1966年2月到8月短短的半年里，美国航天局进行了三次代号为AS201、AS203和AS202的（无人）发射试验。代号AS是阿波罗和土星的首字母缩写，分别测试火箭和飞船的各种性能。之后的试验，代号更名为阿波罗。

但是1967年1月，阿波罗一号还没有发射就出事了，在一次地面的试验中，氧气舱爆炸了，飞船着了火，三名宇航员全部罹难。这次事故没有动摇美国人的决心，反而帮助美国人发现了很多问题，做了大量改进，大到飞船的设计、小到宇航服。其中有些改进，让后来的阿波罗13号受益匪浅，避免了新的悲剧。虽然阿波罗计划因此稍有延迟，但是到了11月，阿波罗四号成功发射，这是土星五号火箭的第一次试验。在之后的半年里，美国又进行了两次试验，在无人状态下把登月所需的各个环节测试了一遍。又经过了半年的准备，美国从1968年的10月起，开始使用载人飞船（阿波罗七号）进行模拟实验。在短短的7个月里，美国进行了多达四次试验，有12名宇航员进入太空。其中阿波罗八号首次载人进入月球轨道，三名宇航员围绕月球转了10圈，阿波罗十号测试了飞船到月球的降落过程，降落到离月球表面只有15000米的高度，这个高度只比现在商用飞机的巡航高度略高。

到此为止，美国人完成了登月的准备。