1966年7月18日，“双子星”10号飞船载宇航员约翰·杨和柯林斯升空。他们驾驶飞船对新发射的“阿金纳”10号火箭舱进行了跟踪、会合。飞船用了约6小时完成了与“阿金纳”10号的会合与对接任务。“阿金纳”10号发动机工作了80秒钟，将“双子星”飞船结合体送到763千米的远地点，尔后发动机二次点火，又把远地点降到382千米，最后一次点火把“双子星”10号飞船推入377.6千米的圆轨道。二者分离后，柯林斯爬出舱外，依靠机动系统来到“阿金纳”10号上，完成了取样任务。最后，他们于7月21日安全返回地面。这次高度成功的太空对接与轨道机动是航天史上一项伟大的成就，这是完成“阿波罗”计划的关键技术，为载人登月开辟了道路。
1966年9月12日和11月11日，“双子星”11号和“双子星”12号飞船先后发射。这两艘飞船更加出色地完成了空间对接任务、舱外活动任务，进行了重力梯度实验、人造质量实验以及更长时间的生物医学实验。在“双子星”11号飞行期间，“阿金纳”火箭一度将它推进到1368千米的高度。它历时71小时17分钟，于9月15日返回地面。“双子星”12号的宇航员奥尔德林曾3次出舱，共进行了5小时30分钟的舱外活动。他还从空间拍摄了第一张日食照片。11月15日，“双子星”12号安全返回地面，留空时间94小时34分钟。
“双子星”计划共计进行了9次载人轨道飞行。整个计划期间，宇航员共完成了52项实验，其中27项是实验和检验新技术，8项是医学实验，另外17项是科学实验。“双子星”飞船还在不同的高度上拍摄了1400张地球彩色照片。更有价值的是，“双子星”计划对人在太空中长期工作和生活进行了全面的研究。作为一项既是独立的又是过渡性的计划，“双子星”计划取得了许多开创性成就：飞船完成了空间交会和对接工作，宇航员在开放空间活动长达2小时，最长飞行时间达14天，实现了飞船姿态控制、机动、变轨飞行和受控再入，发展了新型燃料电池，宇航员积累了长时间飞行的经验，包括生理、医学、生活等，为“阿波罗”计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。
知识点轨道对接
轨道对接是使两个航天器于预定时间在某条轨道的预定位置进行机械连接的过程。为了实现轨道对接，首先必须使两个航天器在某个时刻以同一速度到达空间同一位置，实现轨道交会。然后通过专门的对接机构，使两者连接成为一个整体。航天活动中的轨道对接通常都是控制某个航天器与在某个特定轨道上的目标航天器对接。
人类登月梦的实现
阿波罗是古希腊神话中掌管诗歌、音乐等文艺的太阳神，又是掌管迁徙和航海安全的庇护神，同时他还是消灾免难之神。他在古希腊神话中是英俊、勇敢、坚毅、强大的化身，他的身上汇聚了几乎所有人类所崇敬的美德，所有人类对英雄的幻想，他是古希腊众神中不灭的亮点。而掌管月亮的女神阿尔忒弥斯恰恰又是太阳神阿波罗的孪生妹妹，因此美国宇航局把登月计划命名为“阿波罗”计划。这既是为了求得神明的庇护，又是希望自己的登月计划像阿波罗一样完美成功，还表明了美国人这次行动的决心，他们热切盼望着这次“兄妹重逢”能够一切顺利。
1961年5月25日，就在加加林太空飞行结束后不久，肯尼迪总统批准了美国宇航局的“阿波罗”登月计划，并要求宇航局10年之内在苏联人之前将宇航员送到月球，“把苏联人摔倒在月球上”。
“阿波罗”登月计划是美国第三个载人航天计划，也是规模最大的一项。这项计划从1961年5月开始实施，到1972年12月结束，前后历时11年，耗资达255亿美元。在计划执行的高峰期，参加工程的有2万多家企业、200多所大学、80多个科研机构，参与人数超过30万。
“阿波罗”登月计划的目的是验证新型飞船的性能、交会与对接能力，并实现载人登月和对月球进行实地考察，同时也是为了对载人飞行和探测进行技术准备。
“阿波罗”计划研制的主要硬件包括“土星”系列运载火箭、“阿波罗”指令、服务舱和登月舱。“土星”系列火箭最初计划研制5种型号，后根据实际需要研制了3种：“土星”1、“土星”1B和“土星”5号。前两种火箭是为试验“阿波罗”飞船、进行近地轨道载人飞行和研制“土星”5号最终用于载人登月飞行服务的。“土星”5号运载火箭是当时最新技术的综合产物，它的第一级装有5台推力巨大的F-1液氧煤油火箭发动机，单台推力6670千牛，总起飞推力33350千牛（3400吨力）。第二级装有5台先进的J-2液氢液氧发动机，单台推力1022千牛（105吨力）。第三级装有1台J-2发动机。连同“阿波罗”飞船在内，“土星”5号运载火箭的最大高度110.6米，第一级直径10.1米，发射质量2870.9吨。它的近地低轨道运载能力104.3吨，登月轨道运载能力43.09吨。
“阿波罗”飞船系统由三部分构成：指令舱、服务舱和登月舱。登月舱又包括下降舱和上升舱两部分。登月过程是：火箭垂直发射后，一、二级连续工作和第三级第一次点火将飞船送入近地轨道；然后第三级第二次点火将飞船加速到第二宇宙速度并送入登月轨道。这时飞船系统与火箭分离，并通过小发动机推进掉头、机动并与从结合部弹出的登月舱对接；然后再掉转方向朝月球飞去。经过约两三天的飞行，当接近月球时，服务舱发动机点火使飞船减速，进入环月飞行状态。在飞临预定登月点时，两名宇航员乘登月舱利用下降舱发动机减速在月面上软着陆。考察和工作完后，宇航员乘上升舱起飞与轨道上的飞船系统对接，而下降舱则抛弃在月面上。宇航员由上升舱进入指令舱后，上升舱随之抛掉。最后，飞船指令舱在服务舱发动机的推动下，离开月球轨道返回地球。
“阿波罗”飞船的登月过程是一个极为复杂的飞行过程，稍有差错，将导致不堪设想的后果。人类的登月事业虽然重之又重，但也不能为此造成过大的牺牲。为了确保成功，美国人做了大量的试验，在真正登月之前，从1966年到1969年就发射了10艘试验飞船。
在“阿波罗”1号至“阿波罗”6号6艘飞船的试验中，进行了不载人的试验，尤其在近地轨道上进行反复的飞行试验，有的是整个飞船，有的是其中的几个舱段。美国人在其中鉴定了飞船的指挥舱、服务舱和登月舱的性能；考察各个舱段的连接、分离以及动力装置的可靠性；试验飞船的返回舱在进入大气层过程中的防热性能、起飞及返回过程中的过载值大小；检查登月舱的上升和下降级的推动系统的能力，尤其是降落后再起飞能力以证明登月舱的结构形式在空间的可用性等等。总之，这6次不载人的飞行试验检验了包括运载火箭、飞船的所有性能和工作可靠性。
在“阿波罗”6号之后，美国又连续发射了“阿波罗”7号到“阿波罗”10号4艘飞船，进行了一系列载人的试验。1968年10月11日，美国发射了第一艘载人的试验飞船——“阿波罗”7号，在这艘飞船上携带了3名宇航员。他们乘着飞船，仅做了围绕地球的飞行，在几百千米高的轨道上飞行了近11天，用来验证飞船指挥舱和服务舱的性能以及人与飞船的联合演练。
1968年12月21日，美国又发射了“阿波罗”8号宇宙飞船，除了做绕地球的飞行外，还进入了月球的引力场，在离月球100千米的轨道上飞行了10圈之后返回了地球，历时6天2小时59分，但并没有携带登月舱。此后发射的“阿波罗”9号的经历大体上与“阿波罗”8号相仿。
1969年5月18日，“阿波罗”10号携带3名宇航员和登月舱进行了第一次完整的绕月飞行，于5月26日安全返回地面。此次飞行检验了飞行的全过程、宇航员的指挥及控制能力；进行了各舱的分离与连接试验、登月舱的模拟试验。宇航员还在月球轨道上实现了登月舱与母舱的分离，并且有两名宇航员曾乘着登月舱下降到了距月面15千米的高空，然后再返回。这一系列模拟试验都证明了，这次登月行动的方案是正确的，设计是合理的，宇航员的动作也是准确的，即整个登月计划是可行的。
通过一系列的试验，美国国家航空航天局宣布“阿波罗”11号将执行载人登月任务。1969年7月16日，巨大的“土星”5号火箭载着“阿波罗”11号在肯尼迪航天中心39A发射台点火发射，参加这次登月任务的航天员是内尔·阿姆斯特朗、布兹·奥尔德林、迈克尔·柯林斯。1969年7月20日，美国东部时间22点56分，阿姆斯特朗踏上月球，首次实现了人类登月的梦想。
此后，美国国家航空航天局又进行了6次载人登月飞行，除了“阿波罗”13号登月失败，其他飞行均获得成功。“阿波罗”13号虽然登月失败，但却显示了该计划极强的应变能力。1970年4月11日，“阿波罗”13号飞船载3名宇航员发射升空。在登月途中，服务舱氧气箱发生爆炸。在紧急情况下，地面指挥人员经过周密研究，指示宇航员停止登月，最后宇航员靠登月舱的动力、水、空气及食物绕过月球，安全回到地球。
由于任务基本完成，加之经费超支，原定“阿波罗”18、“阿波罗”19号、“阿波罗”20号飞船的登月飞行任务就被取消了。
罗纳德·埃文斯最后一次登月，探测月球的奥尔斯里特罗谷，进行人工陨石撞击实验，引起月震55分钟，回收相机和其他探测仪器。
庞大的“联盟”飞船家族
登月计划中前苏联投入了巨大的财力、物力和人力，但是由于运载火箭等关键技术无法解决，最终落在了美国人的后面。于是前苏联明智地调转方向，开始大力发展空间站。在登月计划和轨道空间站的发展中，前苏联人研制了足以令其自豪的“联盟”飞船系列。
到目前为止，前苏联、俄罗斯已经制造各种型号的联盟飞船230多艘，形成了一个庞大的“联盟”的家族。其中的“联盟”、“联盟”T、“联盟”TM号飞船是最成功的飞船系列。
“联盟”号
“联盟”号能乘坐3名航天员，长9米，最大直径2.72米，发射重量6600千克，着陆重量3000千克，航天员活动空间9立方米。“联盟”飞船由三个舱体——轨道舱、返回舱、设备舱构成。
飞船发射前的几个小时，2名或3名航天员从轨道舱侧面的圆形密封舱门进入飞船，轨道舱的外壳是两个半球，中间嵌以圆柱形的“腰带”。航天员进入轨道舱后再经过下面的另一扇密封舱门进入返回舱，躺在座椅上等待发射，座椅上的靠垫是根据每个航天员的具体体形制作的，这样可以有效地减小航天员在发射和返回时所受到的过载影响。
火箭点火后，将飞船送入轨道，航天员观察面前的仪表板监控飞船的工作状态，通过座舱两侧的圆形舷窗，航天员能够观察到协同飞行的航天器和进行天体观察，并进行飞船的定位，操纵飞船执行飞行任务。
飞船后部设备舱内的发动机使得飞船可以在太空中进行各种机动动作。设备舱底部中央是主发动机的喷口，该发动机可以多次启动，根据任务需要在适当的时刻点燃，进行飞船的变轨机动。技术人员为了保证飞船的安全性，在飞船内安装了备份的双燃烧室发动机，喷口分别位于主发动机的两侧。设备舱的四周还布置数台小发动机，用来调整飞船的姿态和微小的移动。
除了发动机，设备舱内还安装有电子设备、环境控制，通讯等大部分仪器设备。由于这些仪器设备对工作条件都有一定要求，不能直接暴露在太空中，所以安装在设备舱前部密封舱内；而变轨发动机及推进剂贮箱则安装在后部的非密封段。在设备舱的外面还有一圈圈的“螺纹”，是用来散热的，称为辐射散热器。
在大多数“联盟”飞船上，前苏联的技术人员采用了太阳能产生电力的技术，即在设备舱两侧安装太阳电池翼。发射过程中，太阳翼折叠收起贴靠着飞船的舱体，进入轨道后电池翼即展开，航天员操纵飞船自转，使太阳翼的帆板面向太阳，吸收太阳能。之后飞船绕太阳—飞船的轴线旋转，由于几乎没有阻力影响，飞船会在相当长的时间内保持旋转，这样太阳翼就一直受到太阳的照射。
太空中航天员的生活以及各种科学实验都是在轨道舱中完成的，轨道舱与返回舱合在一起构成了“联盟”飞船的居住空间。轨道舱内除储存有食物和饮用水装置、床和睡袋、废物收集器等太空生活必需品，还设有科学实验设备。