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过渡舱。双子星飞船的侧部各有一个矩形舱门，它具有极好的关闭密封性，可以在太空中打开和关闭。执行舱外任务时，航天员先使舱内氧气压力下降，采用航天服的供氧系统呼吸。当舱门打开时，任舱内氧气散失，出舱进行活动。当完成任务返回舱内时，关闭舱门后再重新放出氧气，使座舱增压。
回收方式上，飞船在返回前在轨道上抛掉设备舱，然后发动机舱的4台反推制动火箭点燃，将飞船推入再入轨道，最后再抛掉发动机舱，座舱像水星飞船一样单独再入大气层，下降到低空时打开降落伞，航天员和座舱一道在海上溅落。
1965年3月23日，双子星3号飞船进行了第一次载人太空飞行，航天员维吉尔·I·格里索姆和约翰·W·杨完成了这次飞行，飞行中航天员启动推进器改变自己的轨道形状，实施了倾角的微小改变。两个月后，航天员詹姆士·A·麦克迪维特和爱德华·H·怀特乘坐双子星4号进入太空飞行了5天，并且在绕轨道第三圈时，由怀特实现了美国人首次的太空行走，出舱时他身上连着一根管缆，利用一个手持的小型火箭来实现太空机动。
双子星计划的一个重要任务是实现轨道会合和对接。1965年12月4日和12月15日双子星7号和双子星6号分别进入太空，实现了太空会合，在间距只有40米的情况下持续飞行了7个多小时，最近时只有米。尔后双子星8号和双子星9号的飞行任务都是与阿金纳火箭实现对接，但都未能实现。1966年7月18日双子星10号飞船载着约翰·杨和迈克尔·科林斯进入轨道，实现与阿金纳3号的对接任务，完成了登月计划的关键技术。接着双子星11号和12号飞船又分别实现了两次对接任务。
至此双子星计划圆满地完成了预定目标，作为一项既是过渡性又是独立的计划，取得了许多开创性的成就，也为阿波罗登月计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。整个飞行期间，航天员共进行了52项试验，在不同高度上拍摄了1400张地球彩色照片，全面的研究了人在太空中长期工作和生活的情况。为航天技术人员及地面机组人员提供了发射火箭所需的大量的实践活动。到双子星12号飞行结束时，美国航天员已经有了2000小时的太空飞行记录，而此时苏联的飞行时数只有500多小时，美国人至此开始领先于苏联。
登月计划：阿波罗计划的确定 。。
That's one small step for man； one giant leap for mankind。（对于一个人来说，这只是一小步；可对人类而言，这却是巨人的一跃。）
——1969年7月20日内尔？阿姆斯特朗第一次登上月球时所说
20世纪50~60年代苏联屡屡夺得太空竞赛中的第一，这使美国人一直耿耿于怀。为了展现自己的实力，美国人便把目光瞄向了月球，经过充分的准备以及大量的投入，终于在这场竞赛中把苏联人甩在后面。
阿波罗计划的确定
双子星计划结束后，美国马上着手登月计划——阿波罗（Apollo）计划的具体实施，对于登月计划美国人早在50年代末期就开始讨论。1958年陆军弹道导弹局冯？布劳恩等人首次提出了具有技术基础的登月计划。虽然此时苏联人的航天技术已经领先，美国人很想尽快地在航天领域找回自己的面子，但他们似乎更加理智。对于这场太空竞赛，比苏联更少受到政治的影响。1960年，退休不久的总统科学顾问吉利安博士说：“我们不能再屈居第二了，但我并不认为这要求我们为了声望而同苏联竞赛。我们应当制定自己的太空科学目标，而不应该由苏联人制定，我们只是照抄。”
可加加林升空后，美国舆论对于政府的压力进一步加大，这不得不使美国宇航局、国防部、白宫及各科学委员会加快讨论载人登月计划的具体内容。最终美国总统肯尼迪雄心勃勃地于1961年5月25日正式签署了登月计划，即阿波罗计划，承诺要在1970年以前将航天员送上月球。
冯？布劳恩（Wernher Von Braun 1912～1977）
生于德国的冯·布劳恩有很强的实验精神。13岁时就用6支特大焰火把自己绑在滑板车上，点燃导火索进行飞行试验。1932年，布劳恩参加德国导弹研制的计划，领导火箭的研制。二次大战后，布劳恩作为“头脑财富”来到美国，担任美陆军导弹局发展处处长。他先后研制成红石、丘比特、潘兴式导弹。其中丘比特C型火箭，是美国第一颗人造卫星发射成功的关键保障。1961年美国宣布实施阿波罗载人登月计划。布劳恩成为总统空间事务科学顾问，分管阿波罗工程，直接主持土星5号运载火箭的研制工作。1970年，布劳恩任美国国家航空和航天局副局长，并兼任马歇尔航天中心主任。在两年任期内，布劳恩完成了航天飞机的初步设计。
登月计划：阿波罗登月方案
阿波罗计划设想之初，NASA的技术人员曾认为登月的途径无外乎两种：直接登月法和地球轨道对接法。
第一种方法用火箭直接将飞船送到月球上。在登陆月球时火箭翻转，使其发动机对着月球表面，然后，发动机按照和发射相反的程序令下降停止。离开月球时，再由同一枚火箭把航天员带回地球。这种方法需要研制推力5 450 000千克的新星级运载火箭，而且使大型火箭实现垂直着陆在技术上也面临很多问题。
第二种方法是发射几枚土星火箭，把大型飞船的几个部分分别发射到地球轨道上，然后对接起来。对接后，飞船利用自身的发动机加速向月球飞去。当靠近月球时，飞船调转方向，启动发动机减速，最后在月面上着陆。当工作完毕后，抛掉这一发动机，载人飞船部分利用上升发动机离开月球返回地球。虽然这种方法所需的火箭只有新型火箭的一半大小，但当时对于轨道会合、如何在轨道中组装零部件还不是完全清楚。
后来兰利实验室的霍伯特提出了一条全然不同的月球轨道会合方案。此方案需要发射一个主飞船和一个较小的运输舱，在地球轨道对接后，进入月球轨道。然后，运输舱下降到月球上，完成任务后，再返回月球轨道，与主飞船对接，返回地球。在整个过程中，尽量丢弃用过的设备，这样就大大的减少了飞行所需的能量，但需要考虑月球轨道对接的安全性。现在看来这个方案应该是最好的，但在当时该方案在提出之初并没有引起重视。经过霍伯特等人的不断游说，以及认识的深入，NASA才慢慢的开始注意该方案。1961年底NASA决定发展土星5号运载火箭，以及双子星计划的开展，更为该计划的通过提供了有利的条件。NASA的技术人员对这三种方案经过了长时间的研究、分析和论证，最终于1962年6月22日确定了载人登月的方案为月球轨道对接法。据保守的估计，这一方案使阿波罗的登月着陆至少提前了两年。
阿波罗登月方案对比
方案技术难度预算（美元）研制时间
直接登月法大推力火箭106亿1968年以前难以实现
地球轨道对接法地球轨道会合对接92亿1968年中可实现
月球轨道对接法月球轨道会合对接77亿1967年底可实现
登月计划：阿波罗号飞船系统（图）
登月计划确定后，NASA开始设计飞往月球的飞船和运载火箭。按照月球轨道会合方案的要求，每次飞行需三名航天员和两艘太空船。航天员乘坐阿波罗号飞船系统的指令…服务舱控制系统前往月球并返回，登月的任务由第二艘飞船——登月舱完成，它从地球前往月球的过程中，采用机械方法与阿波罗号对接起来，到月球轨道后把两名航天员送到月球表面并带他们返回。
指令…服务舱（mand…Service Module，CSM）由两个附着在一起的不同部分指令舱和服务舱组成。从地球到月球并返回的旅程中三名航天员都并排坐在圆锥形的指令舱中，虽然指令舱的空间比双子星和水星号提供的空间要大，但对三个人来说还是显得有些狭小。
指令舱的下面是一个圆柱形的服务舱，它为航天员提供电、氧气和其它的生保功能，以及发动机所需的推进剂。服务舱中有一台主发动机，可以多次快速的启动和关闭，用于飞船的机动飞行，如轨道修正、进入月球轨道及返回月球的推进。为了进行飞船的姿态调节和保持、交会和停泊，在服务舱的四周有16个小发动机，这些小发动机在1秒钟内最快可以点火40次。整个登月飞行结束时，指令舱脱离服务舱，装有热屏蔽层的底座对着地球，进入大气层，打开减速伞，在海洋中完成溅落着陆。
登月舱（Lunar Module，LM）不像我们通常看到的飞行器具有流线型的外形，而是棱形，这是由于太空以及月球的大气阻力非常小，舱体的形状几乎不影响飞船的飞行。登月舱由上升段和下降段两级组成，4根可收缩的悬臂式登月支柱支撑整个登月舱，飞行期间这4根支柱都收起来。登月时，两名航天员站在登月舱上升段内，通过窗口观察外面的情况，操纵飞船在月球上着陆。为了安全着陆，下降段的发动机可令飞船减速，4根支柱起到着落垫的作用，使登月舱平稳的站立在月球表面。登月任务完成后，上升段内的发动机启动，将上升段送回月球轨道与指令…服务舱会合，而下降段则留在月球上。
航天员站着登月
登月舱最初的设计中，在每个航天员的座椅前方安排了两个窗口。较大的一个窗口与航天员的眼睛齐平。因航天员都是坐着的，窗口距航天员的眼睛距离为60厘米，较小的一个窗口靠近航天员的膝盖。两名航天员的4个窗口总面积达到11平方米。这样的设计很不合理。首先，由于窗口面积过大，暴露的阳光过多，而缩小面积又会影响航天员的视野；其次，由于窗口距航天员的眼睛较远，视野有限，给月球着陆过程中航天员对着陆地点的观察造成了极大的困难。此外，窗口过大，重量也大，侵占了其它设备的重量。因此，最终的设计是让航天员站着，眼睛靠近窗口向外观察，这样既扩大的视野，又使窗口大大减小。
火箭专家冯·布劳恩领导的马歇尔航天中心设计了把阿波罗飞船系统送入太空的运载火箭——土星5号。组装完毕的土星5号火箭，高111米，总共有三级，装满推进剂和阿波罗的重量超过2 913 423千克，其中推进剂的重量就占了90％以上。土星5号火箭的箭体结构采用一种超薄的、但极为坚固的铝合金。这种合金令火星5号任何部位的外壳厚度都不超过厘米，极大的减轻了箭体的重量。
登月计划：阿波罗号登月过程（图）
1969年7月20日，人类首次登上月球
阿波罗计划的登月过程由于涉及到不同星体间轨道的转移，所以它的过程比一般地球轨道的飞行都要复杂。土星5号第一级把火箭提升到62千米的高度，推进剂全部耗尽，从箭体上脱离，令火箭的重量减轻了3/4。之后二级火箭点火，升空9分钟后，二级火箭在174米的高度脱落。此时三级火箭短暂点火，将火箭送入190米的近地轨道。在检查完所有的主要系统后，航天员会再次点燃三级火箭使飞船飞向月球轨道。
在飞向月球轨道的过程中三级火箭燃烧了所有推进剂。在抛弃三级火箭前指令…服务舱会与火箭分离，然后尖端翻转，使其尖端对着火箭中登月舱的上部，然后指令…服务舱与登月舱顶端的对接结合器连接起来，完成对接。这时航天员在确认对接完成后，才抛弃三级火箭。
进入月球区后，要进行减速机动，使飞船保持在月球轨道上运行，通常这个减速机动是在月球背对地球的一面发生的，航天员无法从地球上获得任何信号的帮助，所以该机动队航天员的安全来说是至关重要的，如果减速失败，那飞船注定要飞过月球，无法返回地球。如果减速成功，飞船就进入了月球轨道。
经过一段时间的登月准备，指令…服务舱内的三名航天员中有两名通过与登月舱的对接通道，进入登月舱，另一名仍负责驾驶指令…服务舱。登月舱与指令…服务舱分离后，登月舱下降段的发动机会打开片刻，使登月舱进入较低的轨道，这一轨道称为下降轨道。在下降轨道的低点，大约14千米的高度，登月舱再次加力，消除向前的速度，脱离下降轨道，向月球表面下落。最后航天员操纵登月舱发动机，实施减速，进行软着陆。
寻找着陆点在登陆过程中是最困难的，因为飞行计划中虽然会预定一个大概的着陆区域，但至于这一区域的具体情况，航天员事先并不知道，而且月球表面没有明显的参照物，就给航天员寻找合适的着陆点造成困难。要想安全的降落在月球表面绝不是一件轻松的事。
第一个登上月球的阿波