一九六九年七月二十日是科技史上的一个重要的日子。这一天， 数百万的黒白电视机在美国同时收看实况转播：宇航员阿姆斯特朗踏上月球的第一步。这一天距离美国总统肯理迪于1961年5月２5日正式建议国会批准阿波罗登月计划差不多是八年两个月的时间。而1961年正是美苏太空竞赛进入白热化的阶段。

早在肯理迪当选之前，1955年，美苏就都拥有了战略弹道导弹。这一技术使得人类有可能将航天器送上太空。因此，美国就有了人造卫星的设想。但是当苏联在1957年10月4日率先发射了第一颗人造地球卫星Sputnik， 它还是引起了美国朝野的震动。两天之后，1957年10月6日，美国的第一颗人造地球卫星Vanguard匆匆提前发射但不幸失败。1957年11月7日，时任总统的爱申豪威尔（ Eisenhower ）任命MIT的校长康亮（ James R. Killian, Jr.）为他的特别科学顾问并要求他召集一个科学顾问委员会讨论建立一个政府的空间探索机构的可行性。很快，参议院的Armed Services Committee于1957年11月25日举行了关于space and missile activities的听证会。时任参议员的江申（Lyndon B. Johnson）参加了听证会。1958年2月6日，参议院成立了空间宇航特别委员会旨在建立一个正式的政府的空间探索机构，江申任主席。紧接着，3月5日，众议院也成立了相应的委员会，多数党领袖 麦科马克（John W. McCormack）任主席。同一天，爱申豪威尔签署了由康亮领导的顾问委员会上报的备忘录。备忘录的主题就是在国家空间宇航顾问委员会（ NACA）的基础上成立一个政府的民用空间探索机构-NASA（The National Aeronautics and Space Administration）。几周之内，国会就起草了新机构的预算。到4月2日，爱申豪威尔提交了关于成立NASA的立法草案到国会。国会很快就通过了立法。7月29日，爱申豪威尔签署了法案。1958年10月1日，NASA正式成立。

在立法和政府机构忙于组建NASA的同时，美苏航天科学家和工程师一刻也没有闲着。一组美国科学家和工程师在冯布朗博士（Wernher von Braun）的领导下于1958年元月31日用一枚四级火箭成功的发射了美国的第一颗人造地球卫星探索者1号（重4.8公斤）。

冯布朗，1912年生于德国。是纳粹德国二战时期最著名的导弹专家。1934年他毕业于 University of Berlin并获得物理学博士学位。冯布朗的博士论文是关于导弹的设计。由于保密原因，他的论文只有部分公开发表。1937他年申请并加入了德国纳粹党（NSDAP1）。二战时期，冯布朗最重要的工作是主持设计和制造了德国名噪一时的V-2战术火箭。V-2战术火箭的实战应用造成了大量的平民伤亡。不过这时纳粹德国败象以露。冯布朗和他的德国同事已经没有时间来改进它的精度使之用于军事目标。由于冯布朗和他的德国团队的工作的重要性，他们很容易就成了盟军（美国，英国，和苏联）的目标。随着盟军不断的深入，冯布朗决定向美军投降。1945年5月2号，冯布朗的哥哥找到了美军第44步兵师的一个士兵并向他表达了冯布朗的投降意愿。美军高级将领充分了解俘获冯布朗的重要性（冯布朗在他们黑名单的首要位置）。1945年6月19日，在移交这一地区给苏军之前，冯布朗和他的技术骨干被转移到了墨尼黑。时隔一天，1945年6月20日，美国国务卿批准冯布朗进入美国。冯布朗和他的同事得以在美国继续从事导弹和火箭研制的研究。随着NASA的成立，冯布朗和他的团队很自然的并入了NASA。

尽管美国的航天科学家和工程师在很短的时期取得了长足的进步，苏联航天科学家和工程师进展更加迅速。1958年5月15日，他们把一颗1330公斤的卫星送上了轨道。至此，美国和苏联的航天科学家和工程师都意识到人类进入太空已经成为可能。但是苏联的优势一目了然（卫星重量1330公斤比4.8公斤）。

为了赶上甚至超过苏联的领先优势，1958年10月7日，刚成立一周的NASA正式起动了Mercury计划。这一计划的主要目标是载人宇宙飞行。NASA显然希望能在苏联之前发射载人宇宙飞船。但是，1959年9月13日，苏联人造卫星率先成功着陆月球。美国科技界开始相信苏联可能会先于美国发射载人宇宙飞船。不出所料，1961年4月12日，苏联第一个宇航员加家林（Yuri Gagarin）乘坐 Vostok 1号飞船围绕地球一周。美国的努力再一次受挫。

大约一周以后，1961年4月20日，新上任总统的肯理迪要求付总统江申了解并报告美国的航天计划的进展以及怎样才能在太空竟赛中赶上苏联。江申立刻联系NASA。一周以后，江申的报告明确指出：1966或者1967年载人飞船登月并让宇航员安全返回应该足以使美国在航天领域超过苏联。而计划成功的关键在于领导人的决心和正确决策。这份报告对肯理迪的最终决策有着重大的影响。在咨询了其他意见以后，肯理迪于1961年5月２5日正式建议国会批准阿波罗登月计划。计划具体由NASA执行。

阿波罗登月的第一个重大工程决策是选择最佳登月方案。最主要的三种备案截然不同，各有利弊。各个方案优缺点都很明显。第一备案：载人飞船直接飞往并登陆月球，返回时留下着陆装置。这一方案无需空中分离与对接，可靠性容易保证。但需要巨大的动力火箭，而且大飞船着陆月球和起飞的技术要求也高。第二备案：载人飞船部件分多次送上轨道，登月飞船在空间轨道组装后再登陆月球。这一方案降低了对火箭推力的要求，但是对其它技术的要求更高。第三备案一次将载人飞船送上地球轨道，飞船上自行飞往月球。飞船上配有一个登月舱，登月舱与飞船在月球轨道分离后登陆月球，返回时留下着陆装置，与飞船在月球轨道上会合后舍弃登陆舱，飞船载人返回。这一方案看似最为复杂，但也有很多优点。它避免了一些最复杂的技术问题。例如，它降低了对火箭和携带燃料的要求，避免了大飞船在月球着陆和起飞的技术要求。这一方案最早由苏联工程师和数学家Yuriy Vasilievich Kondratyuk在1925年提出。

Yuriy Vasilievich Kondratyuk，1897年6月21日生于乌克兰。他很早就显示出数学和物理的天赋并取得了工程学位。在第一次世界大战期间被应征入伍。在东线服役期间，Kondratyuk用四个笔记本纪录了他的星际飞行的设想。他的登月设想与阿波罗的第三备案完全一致。他甚至计算出了从地球飞往月球的轨道。这一轨道现在被称作为Kondratyuk轨道。第一次世界大战结束以后，因为他的军人身份在当地难以容身，他不得不改名换姓，伪造身份移居西北利亚。1925年，基于他早期的研究，他完成了他的第一本关于星际飞行的书。可是当时没有出版商愿意出版。他不得不自费印了2000本。苏联卫国战争期间，他加入了苏军，于1942年牺牲。不过，他的星际飞行的设想得以留存下来。

1961年，NASA的大多数工程师非常躭心宇航员返回时在月球轨道与卫星交汇的失败可能性。当时，航天工程师们还没有卫星在空中对接的经验。因此，第一备案因慨念简单，很快就成为NASA的主流意见。然而，NASA龙利（Longley）研究中心的一些工程师们持不同意见。洪波特 John Houbolt是其中的代表人物。他在很多次的研讨会上陈述了减少卫星重量的重要性。但是收效甚微。一旦主体设计确定下来，所有子系统的设计就得按造总体设计的思路，很难推翻重来。洪波特最终决定绕开绝大多数的决策层，直接上书NASA的付署长（ Associate Administrator），前MIT教授，施门氏Seamans。力陈第三备案的优点并指出这一备案极可能在必要的仔细研究和讨论之前就被放弃。由于事关重大，施门氏因此指示成立一个特别委员会，专门研究各种轨道交汇方案。在众多的专家反复研究和讨论之后，第三备案得到马歇尔空间飞行中心主任冯布朗的支持，这一备案最终成为NASA的正式方案。洪波特后来也因此被选为美国工程院院士。

总体方案确定下来之后，各子系统的设计就围绕总体设计展开。由于采用了第三备案，登月舱相较卫星要轻很多，登月和返回所需燃料大幅下降。相较第一方案对发射卫星的火箭的要求也大幅下降。但是阿波罗火箭的设计和制造在当时（也许直到现在）还是一个巨大的挑战。根据冯布朗及其团队的火箭初步设计和计算，阿波罗火箭Saturn V是一枚三级火箭（见图一）。火箭高度为363英尺（超过100米），直径为33英尺（约10米）。火箭总重量为3，000吨。第一级火箭装有800，000公升的(kerosene)和1，300，000磅液态氧。五个发动机产生7，600，000磅英尺的推力（见图二）。在38英里的高度时与其余部分分离。与此同时，第二级火箭起动，直至将火箭送至114英里的高度，然后与其余部分分离。第三级火箭的主要任务是将载人卫星先送入近地球轨道（LEO），然后送至月球轨道。卫星在地球轨道重量达120吨。到达月球轨道时重量达47吨。谁来完成详细的工程设计和制造是另一个重要的工程决策。冯布朗领导的马歇尔空间飞行中心将三级火箭交给三家不同的公司。波音（Boeing）负责第一级火箭详细的工程设计和制造，北美航空（North American Aviation) 负责第二级火箭详细的工程设计和制造，道格拉斯飞机公司负责第三级火箭详细的工程设计和制造。这一决定使得每一个公司最好的发挥了他们长处并保证了按时完成火箭的工程设计和制造。

阿波罗登月飞船主要由两部分组成：返回舱和登月舱。进入月球轨道以后，宇航员进入登月舱，登月舱与返回舱分离后减速，接近月球表面时，宇航员可以决定预定登月点是否适合着陆并决定是否着陆（因为人类还不能确知月球表面的条件）。登月舱的设计因此需要（1）重量轻以减少对所携带的燃料的要求，（2）可靠性好以确保宇航员的安全,（3）精确的控制系统以保证登月和返回的成功。NASA征询了11家公司的意愿。9家公司参与了投标。NASA最终决定由北克勒姆公司（north grummnan）负责设计，组装，并测试登月舱。象很多的复杂工程系统的设计制造过程一样，登月舱的设计制造过程受到经费和时间的限制，经历了很多的挫折。但是工程管理和技术人员还是按时完成了任务。一本由总工程师，Thomas J. Kelly，写的回忆录详细的记录了这一段历史（Moon Lander: How we developed the Apollo Lunar Mudule）。

不管是火箭的起飞还是登月舱的着陆，火箭和登月舱的姿态和轨迹都需要即时精确的测量，估计，和控制。卡尔曼（R.E. Kalman）滤波器起到了有益的作用。卡尔曼1930年 生于Budapest。1953年在MIT获得学士学位，次年获得硕士学位。在没有通过MIT的博士资格考试之后转往哥伦比亚大学并在1957年获得博士学位。卡尔曼最重要的工作，如卡尔曼滤波器，大都在1960年左右完成。卡尔曼和卡尔曼滤波器最初受到很多的质疑，以至于卡尔曼滤波器的论文不得不发表在机械工程（而不是在电机工程或是系统工程）的杂志上。他的最优控制的论文不得不发表在墨西哥的数学杂志上。但是他成功的说服了施密特（Stanley F. Schmidt），NASA的一名控制工程师，把卡尔曼滤波器应用到阿波罗宇宙飞船的导航系统中。阿波罗登月的成功使得卡尔曼滤波器和卡尔曼的很多开创性的工作得到广泛的承认。卡尔曼后来入选美国科学院院士和美国工程院院士。

阿波罗计划包括很多的子系统，每一个细节都不能忽视。NASA在阿波罗计划的高峰期雇用了大约400，000名员工。很多工程师和科学家作出了重要的贡献。阿波罗登月成功以后，NASA决定表彰贡献卓著的雇员。一份由部分管理人员提供的名单就长达600多人。因此，也许没有人能够客观全面的评价阿波罗计划中所有的重大贡献和列出所有的杰出贡献者。了解这段历史的读者也许知道更多的故事。