水星計劃(Project Mercury)在1961年5月5日編號MR-3的任務，由美國國家航空暨太空總署(NASA, National Aeronautics & Space Administration)訓練出來首批美國太空人(Astronaut)之一的艾倫．薛波(Alan B. Shepard)乘自由七號(Freedom 7)太空艙，在佛州卡納維爾角(Cape Canaveral)的NASA發射場，升空執行美國首次載人軌道飛行。
美國總統約翰．甘迺迪(John F. Kennedy, 1917-1963)接受太空任務團隊(Space Task Group)的建議後於5月25日發表公開演說，宣佈美國要在1970年以前完成載人登月計劃。於是NASA於1963年起開始緊鑼密鼓的進行阿波羅計劃(Project Apollo)各項相關系統的研發工程主導與系統整合，將美國太空人送上月球(Moon)並安全的返回地球(Earth)為阿波羅計劃的主要目標。水星計劃中的太空人約翰．葛倫(John H. Glenn)，NASA安排為登月計劃的後備組員(Backup Crew)，並擔任飛行諮詢顧問。從1964年起進行的雙子星計劃(Project Gemini)，也是為登月計劃進行相關技術的研發、測試。
爲使目標能早日達成，整個計劃約有四十多萬人、兩萬家公司及民間研究機構、一百二十多所大學參與，NASA並利用當時國際商業機器公司(IBM, International Business Machines)為阿波羅計劃所研發的7090型電腦執行過數千次的模擬飛行，7090型是一套每秒可執行229,000道運算的全電晶體化(fully transistorized)電腦。成爲美國繼研製原子彈(Atomic Bomb)的曼哈頓計劃(Manhattan Project)之後，又一高度綜合性大型科技研發計劃。
編號AS-506的阿波羅十一號(Apollo-11)首次登月任務，於1969年7月16日美東時間(EDT)上午09:32(台灣時間7月17日晚間21:30)自甘迺迪太空中心(Kennedy Space Center)第39號綜合發射場A發射台(Launch Complex 39-A)升空。指揮官為尼爾‧阿姆斯壯(Neil A. Armstrong)、指勤艙飛行員麥可‧柯林斯(Michael Collins)、登月艙飛行員愛德恩‧艾德林(Edwin E. Aldrin)，與阿波羅十號相同全為雙子星計劃的太空人。
經過四天的地球—月球過渡軌道(ELTO)飛行後，阿波羅十一號於7月20日抵達繞月軌道，在阿姆斯壯與艾德林進入登月艙後，啟動系統並與指勤艙解鎖朝月面緩緩降落，柯林斯留守指揮艙待命並隨時連繫登月組員。當天下午16:17(台灣時間7月21日清晨03:17)登月艙老鷹號(LM-5, Eagle)在月球面向地球的寧靜海(Sea of Tranquility)熔岩平原登陸，指揮官阿姆斯壯隨即向JSC-FCC報告：「休士頓，寧靜海基地老鷹號登陸(Houston, Tranquility Base here.the Eagle has landed.)」。
登月艙降落月球六小時後，在22:56(台灣時間7月21日上午08:56)阿姆斯壯爬下扶梯，在「左腳」踏上月球表面時說道：「這是我的一小步，人類一大步(That's one small step for man, one giant leap for mankind.)」這句話成為家喻戶曉的名言，開啟了美國載人太空飛行計劃歷史性的一頁。據估計，當時地球上大約有十億人收看阿姆斯壯踏上月面的過程，而這也是至今電視收視率最高的幾個實況轉播之一。艾德林稍後也踏上月球表面，第一次月面活動兩名太空人共用了兩個半小時，且以NASA研製的阿波羅月球表面實驗包(ALSEP, Apollo Lunar Surface Experiments Package)內提供的器材、工具及儀器，來鑽取地質標本與收集了21.7公斤月球岩石、土壤標本，並攝影作為任務記錄。第二次月面活動時艾德林使用以薄鋁箔製成的太陽風收集器(SWC, Solar Wind Composition)，來收集從太陽外側大氣層的日冕流出的帶電粒子流。老鷹號在月面上共停留了21.4小時。
因月球的重力微弱，兩名太空人在月面上不是用走的，而是用「跳」的！阿姆斯壯與艾德林將這次任務所攜帶的ALSEP、一面美國國旗及一塊匾額留在月面，匾額上刻著：「西元1969年7月，人類首次成功登陸月球，我們是為人類和平來此造訪。(Here Men From Planet Earth First Set Foot Upon the Moon. July 1969 A.D. We Came In Peace For All Mankind.)」作為人類登陸月球的歷史見證。
哥倫比亞號(CSM-107, Columbia)指揮艙在7月24日12:50於太平洋夏威夷群島西南方海面安全降落，任務耗時8天又3小時18分35秒，圓滿完成了人類首次載人登月飛行任務。一週後在JSC舉行慶祝NASA登月成功的記者會中，有名記者突然向擔任阿波羅十一號登月艙飛行員的艾德林，發問一個很尷尬的問題：「由阿姆斯壯先下去，成為登陸月球的第一個人，你會不會覺得有點遺憾？」。在全場的注目下，艾德林很有風度又幽默的回答：「各位，千萬別忘了，回到地球時我可是最先出太空艙的。」他環顧四周笑著說：「所以我是由別的星球來到地球的第一個。」大家在笑聲中，給予了最熱烈的掌聲。
費時九年耗資240億美金的NASA登月計劃，於阿波羅十七號重返地球時告一段落，六次成功登陸月球，十二名太空人踏上月面探勘，多位曾參與水星計劃與雙子星計劃飛行任務，累積不少太空飛行經驗的資深太空人，在登月任務中擔任指揮官或任務小組，經驗傳承之下使整個計劃圓滿達成。登陸月球的創舉不只是美國人的驕傲，也是全人類的航太科技成就，宣示著人類已有能力探索其他與地球不同的新世界。
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