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1962年9月，在约翰·F.肯尼迪总统（John F. Kennedy）宣布要将人类送上月球后，NASA开启了“双子星座”计划（Gemini project），目的是大力发展人类驾驶宇宙飞船前往月球——地球唯一的天然卫星——所需要的复杂技术。
太空探索将步履不停，无论我们是否参与其中，它都是人类有史以来最伟大的冒险之一。
——约翰·肯尼迪
苏联科学家在登月方面也有先发优势。在1959年，苏联的“月球2号”（Luna 2）无人探测器就在月球表面登陆了，这是首个从地球出发降落到另一个天体的人造物体。而美国第一个登陆月球的无人探测器是“徘徊者4号”（Ranger 4），它于1962年4月在月球背面坠毁。
美国将人类送上月球的蓝图被称为“阿波罗”计划，其中，冯·布劳恩的团队负责开发一种推力足够强劲的重型火箭，将载人月球着陆器送上一趟距离地球38万千米的旅程，“土星5号”（Saturn V）由此诞生。这枚火箭在加满燃料后，重达近3000吨，高111米，比自由女神像还高18米。
图1-3 “土星5号”和自由女神像
在美国顽强推进“阿波罗”计划的同时，苏联工程师们也在研发能够与“土星5号”相抗衡的火箭：代号为“N1”的重型运载火箭。然而，这项计划被许多问题所阻挠。“N1”火箭的四次发射均以失败告终，第二次爆炸形成的火球破坏力极强，摧毁了发射台和周围的发射设施。为了追赶美国在探月方面的脚步，工程师们放弃了对“N1”火箭的基础测试，而这本可能更早地暴露出“N1”火箭的一些技术问题。
休斯敦，这里是宁静海基地，“鹰号”已经着陆。
——尼尔·阿姆斯特朗（Neil Armstrong）
太空竞赛的结果众所周知，美国首先在神秘的月球表面插上了星条旗。在进行了多次载人和非载人飞行测试后，NASA决定在1969年夏天首次尝试载人登月。7月20日，“阿波罗11号”飞船的“鹰号”登月舱载着航天员尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林（Buzz Aldrin）安全降落在月球表面的一个巨大盆地——“宁静海”，自此，阿姆斯特朗成为首个在月球表面留下脚印的人。
随后，美国又执行了六次“阿波罗”计划任务，航天员们不但探索了月球，还进行了地质调查和科学实验。1972年12月，“阿波罗17号”进行了最后一次飞行。至此，共有12名航天员在月球表面留下了他们的足迹，此后美国和其他任何国家的航天员都未再到访过。
航天员天生就是高贵的疯子。
——安迪·威尔（Andy Weir）
《火星救援》（
The Martian
）