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现代火箭的诞生，预示着载人航天时代的到来。为给载人航天作准备，早在1964年底和1947年初，布劳恩在美国就用V-2火箭将孢子和果蝇等生物送入高空做实验。1948年6月和1951年4月，又将猴子送入高空。1951年6月，苏联科罗廖夫也用地球物理火箭将两只小狗送入110千米高空，并安全回收。同年8月，苏联再次将两只小狗送入高空。这年9月，美国又用探空火箭将1只猴子和11只老鼠等送入高空，并安全回收。
由此可见，美苏为争夺载人航天“第一”，早就在进行着明争暗斗。 苏联在1957年10月发射成功世界上第一颗人造地球卫星以后，就着手载人航天的具体准备工作。1960年，从3000名候选人中精心挑选出第一批20名航天员，进行细致的培养训练。与此同时，除继续用火箭将动物送入高空进行试验外，又用卫星和飞船携带动物进行轨道飞行试验。
在此基础上，于1961年4月12日用东方1号飞船首先将尤里·加加林送入太空轨道，绕地球飞行一圈后胜利返回地球。 苏联首先发射成功洲际导弹和人造地球卫星以后，美国本想夺得载人航天这个“第一”。在1958年10月，就拟定了一个载人飞行的“水星”计划。1959年4月，又先于苏联秘密地从喷气式飞机驾驶员中选拔了第一批7名航天员进行培训。
怎奈其火箭技术不如人意，在加加林进入太空以前，“水星”计划的飞行试验频频失败。美国只有两次携带猴子、一次携带猩猩、一次携带假人的亚轨道飞行成功。在苏联飞行成功后，美国只得改用较成熟的“红石”火箭，于1961年5月15日让勇敢的阿伦·谢泼德乘水星3号飞船做直上直下的亚轨道飞行，飞行时间约15分钟。这年7月21日，维·格里索姆又乘水星4号进行一次同样的飞行。
可是，半个月后的8月6日，苏联航天员格·季托夫乘东方2号飞船绕地球飞行17圈后第二天返回。面对这巨大的压力，美国人于这年9月13日才用“红石”火箭第一次将一艘携带假人的“水星”飞船送入轨道。同年11月29日，原本用于发射飞船的“宇宙神”火箭也终于将一艘携带有猩猩的“水星”飞船送入轨道。 火箭和飞船入轨的问题解决后，美国于1962年2月20日派约翰·格伦乘水星6号飞船绕地球飞行了3圈。
5月24日，斯科特·卡本特乘水星7号飞船也绕地球飞行3圈。 与苏联竞争连连败北的美国决心迎头赶上，他们搞了个“阿波罗”计划，要首先送人上月球。1961年5月25日，美国总统肯尼迪批准这个计划，随即全国动员，要在60年代内将人送上月球，把“苏联人摔倒在月球上”。为此，还将“水星”计划转为“阿波罗”计划服务。接着又实施了另一个载人飞行的“双子星座”计划，主要是积累长期载人航天的经验。
为摸清月面情况，从1961年8月到1968年1月，美国实施了“徘徊者”、“勘测者”和“月球轨道环行器”3个无人探月计划，查明月面有许多平滑的地方可容飞船降落；证实飞船在月面降落不会深陷下去，在月面行走不需要穿雪靴；为载人飞船选定了5个着陆点。 但在此期间，苏联也在暗中执行他们的载人登月计划。1962年8月11日和12日苏联分别发射的两艘东方号飞船在轨道上会合作编队飞行。
1963年6月14日，第一名女航天员瓦·捷列什科娃乘坐的飞船进入太空轨道后，也与另一艘飞船编队飞行。1964年10月12日，上升1号携带3人飞行。1965年3月18日，苏联航天员阿·列昂诺夫走出上升2号密封座舱，进行了世界上的第一次太空行走。这些显然都是载人登月所需要的。苏联还研制了世界上推力最大的N-1火箭，甚至已确定了首次登月的两名航天员。
好在美国的阿波罗号飞船和土星5号运载火箭的研制和试验还算顺利。但是，1967年1月27日阿波罗4A号飞船在地面演练时，纯氧座舱起火，3名航天员被烧死。为检查和改进设计，又花去了10个月时间。 1967年10月，苏联两艘无人飞船在轨道上对接；1968年9月将海龟和植物种子等第一批生命送上月球；1969年1月两艘联盟号飞船对接，并从舱外交换航天员。
这每一项进展都成为刺激美国前进的动力。美国于1967年11月开始火箭和飞船的飞行试验，到1969年5月，共进行3次无人飞行、2次载人绕地球飞行、2次载人绕月球飞行。登月的时刻终于到来了。 1969年7月16日，阿波罗11号飞船出发，7月20日登月舱降落在月面上。经过近7小时的等待，尼·阿姆斯特朗于美国东部时间20日22时56分20秒踏上月面，并说出了那句永载史册的名言：“对一个人来说这是一小步，但对人类来说是一次飞跃。
”随后，艾·奥尔德林也踏上月面。到1972年12月，又有5艘阿波罗号飞船将10人送上月面。他们在月面上进行了许多科学考察和实验活动，共带回月球物质300多千克。苏联的N-1火箭屡试屡败，在美国首先载人登月几成事实的1969年7月上旬，便声明“无意与美国争夺首先载人上月球”。
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