С незапамятных времен таинственное ночное светило — Луна притягивало людей. В своих мечтах, легендах, фантастических рассказах человек не раз побывал на Луне. Уже в древнеиндийской поэме «Махабхарата» содержатся наставления для полета на Луну. Полет к Луне на крыльях описал Лукиан Самосатский (2 в.н. э.). Жюль Верн предлагал добраться до Луны с использованием громадной пушки. Но только в конце XIX века скромный учитель из Калуги К. Э. Циолковский разработал теоретическое обоснование возможности полета в космическом пространстве. В своем труде «Исследование мировых пространств реактивными приборами» (1903 г.) и в дальнейших работах Циолковский показал реальность технического осуществления космических полетов. Достигнутый к шестидесятым годам XX века уровень ракетной техники предопределил создание систем, способных доставить на Луну и вернуть на Землю людей. Схемы полета строились по-разному, но одно безусловно было ясно, что реализовываться они будут многоступенчатыми, делимыми носителями.
В США, начиная с 1958 г., были развернуты работы по лунной программе, которая включала в себя разработку многоступенчатой ракеты-носителя «Сатурн-5» и лунного комплекса «Аполлон». В мае 1961 г. эта программа была утверждена президентом Кеннеди как общенациональная для ликвидации отставания США от СССР в области развития космической техники с выделением достаточно больших ресурсов (ассигнования — около 25 млрд. долларов, разработкой занято около полмиллиона человек).
27 октября 1961 г. с мыса Канаверал был произведен первый успешный пуск ракеты-носителя «Сатурн-1», предназначавшийся для отработки узлов ракеты, доставившей на орбиту Земли рекордную по тем временам массу 10,2 т. Особый интерес представляла вторая ступень, которая использовала криогенные высокоэнергетические компоненты топлива — жидкий водород и кислород. Применение таких пар стало возможным благодаря созданию двигателя RL-10A-3, разработанного фирмой «Рокетдайн» (Rocketdyne) (контракт на разработку был заключен в сентябре 1958 г.). Наращивая мощность ракеты-носителя, последовательно создавая вслед за «Сатурном-1» (первый пуск 27.10.61), «Сатурн-1 В» (первый пуск 26.02.66) и «Сатурн-5» (первый пуск 9.10.67), американские коллеги на последнем носителе обеспечили вывод на низкую орбиту ИСЗ 128 т (включая третью ступень), что позволило обеспечить выведение к Луне массы в 47 т. Это была уже реальная возможность осуществления пилотируемой экспедиции с посадкой человека на Луну.
Применение двигателей, работающих на кислородно-водородном топливе с высокими энергетическими характеристиками, определило схему выведения и траекторию полета экспедиции на Луну. Оптимальной для таких компонентов топлива является схема носителя, использующая для довыведения груза на ОИСЗ часть топлива разгонного блока. Это и было реализовано в программе «Сатурн-5». На третью ступень (разгонный блок) они дополнительно возложили задачу разгона комплекса к Луне. После перестроения комплекса, а именно отделения корабля «Аполлон», разворота его на 180° и перестыковки с Лунным модулем, происходило отделение третьей ступени. Дальнейшие динамические функции, такие как коррекции на орбите, торможение у Луны, отлет обратно к Земле, выполнял сам корабль «Аполлон». По достижении орбиты Луны и перехода экипажа в Лунный модуль, последний самостоятельно осуществлял посадку на поверхность Луны, взлет и стыковку с кораблем «Аполлон». Выполнив свои функции, Лунный модуль отделялся, а корабль «Аполлон» обеспечивал возвращение на Землю спускаемого аппарата с экипажем и «подарками» Луны. Вся схема экспедиции приведена на рисунке 1.