在六十年代的美国载人航天活动中，最为辉煌的成就莫过于阿波罗载人登月飞行。
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早在六十年代初，美国宇航局提出了“阿波罗登月计划”。经过八年的艰苦努力，连续发射10艘不载人的阿波罗飞船之后，终于在1969年7月16日发射成功载人登月的阿波罗11号飞船。
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阿波罗飞船由指令舱、服务舱和登月舱三部分组成，每次载三名宇航员，登月飞行结束后，返回地球的只有指令舱和三名宇航员。指令舱呈圆锥形，高3.23米，底面直径 3.1米，像一辆旅行汽车大小，发射重量约 5.9吨，返回地面时要丢弃辅助降落伞等物，这时重量只有 5.3吨。服务舱附在指令舱的下端，呈圆筒形，直径3.9米，高7.37米，舱重5.2吨，装上燃料和设备后重25吨。登月舱接于服务舱下面第三级火箭顶部的金属罩内，它分为下降段和上升段两部分，总长6.79米，四只底脚延伸时直径为9.45米，重4.1吨，如果包括燃料则重 14.7吨。下降段还装有考察月面的科学仪器，当上升段飞离月面时，下降段起发射架作用。
在载人登月的探索过程中,阿波罗1号至10号进行了多次不载人、载人的近地轨道飞行试验或登月预演。1969年7月16日，“阿波罗－11”号飞船经过长途跋涉，进入月球轨道，人类首次登月行动开始了。
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船长阿姆斯特朗首先走上舱门平台，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。这时的阿姆斯特朗感慨万千：“对一个人来说这是一小步，但对人类来说却是一个飞跃！”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。
活动结束后， 阿姆斯特朗和奥尔德林乘上登月舱飞离月面，升入月球轨道， 与由科林斯驾驶的、在月球轨道上等候的指挥舱会合对接。3名宇航员共乘指挥舱返回地球，在太平洋溅落。 整个飞行历时8天3小时18分钟，在月面停留21小时18分钟。 时间虽然短暂，却是一次历史性的壮举。
从1969年至1972年底， 美国共发射了七艘载人飞船进行登月飞行。其中1970年4月11日发射的阿波罗13号飞船，途中由于服务舱氧气箱爆炸遇险，宇航员依靠登月舱的动力装置，并借助绕月飞行的助力，于17日平安返回地球， 三名宇航员安然无恙。这次登月飞行被认为是一次成功的失败。其他六艘阿波罗号飞船，乘载18名宇航员参加登月活动，共有12名宇航员登上月球，在月面开展了一系列实地考察工作。包括采集月球土壤和岩石标本，在月面建立核动力科学站，驾驶月球车试验等。他们在月面共停留了302小时20分钟，行程90.6公里，带回381千克月球土壤和岩石样品，实地拍摄了月面照片，初步揭开了月球的真实面貌。
