1960年11月，约翰·肯尼迪入主白宫，成为美国第35任总统，在竞选时就向选民承诺，美国将在太空探索和导弹防御领域超越苏联。他更加热情关于这个计划，肯尼迪并没有立即决定实施登月计划——原因是当时他对美国航天事业的发展了解不多，高昂的成本也让肯尼迪不得不交易。谨慎对待任何太空探索计划。当美国宇航局局长詹姆斯·韦伯要求将年度预算增加30%时，肯尼迪只同意加快大型推进器的开发，但没有支持其他更大的项目。
1961年4月12日，苏联宇航员尤里·加加林乘坐东方一号飞船升空，成为太空第一人，这一壮举极大地了美国，加深了美国人民在太空竞赛中落伍的恐惧心理。在第二天与白宫科学委员会的会谈中，许多立法者希望立即启动太空计划，以确保美国在与苏联的竞争中不会落后太多。
肯尼迪对此事采取谨慎态度，没有立即采取任何重大举措。4月20日，肯尼迪向副总统林登·约翰逊发送了一份备忘录，征求他对美国太空计划和美国赶超苏联的可能性的看法。在第二天的回应中，约翰逊认为“我们既没有尽较大努力，也没有达到让美国保持领先的水平”。约翰逊还提到，未来的登月计划不仅可行，而且一定能让美国在太空竞赛中处于领先地位。
1961年5月25日，在美国国会的一次演讲中，肯尼迪改变了阿波罗计划的目标，即在1960年代末将美国宇航员送上月球。肯尼迪的演讲让阿波罗计划有了更明确的目的，但也给科学家们增加了巨大的压力：在肯尼迪发表这番演讲的20天前，美国刚刚将第一位宇航员——艾伦·谢泼德送入太空，他还没有进入轨道地球的。.这种不利的情况让部分员工对登月计划并不看好。
1969年7月16日，搭载“阿波罗11号”飞船的巨型火箭“土星5号”从美国卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心点燃，开始了人类首次登月的太空之旅。美国宇航员尼尔·奥尔登·阿姆斯特朗、巴兹·奥尔德林和迈克尔·柯林斯驾驶阿波罗11号飞船历经38万公里的旅程，承载着全人类的梦想踏上了月球表面。对一个人来说确实是一小步，但对整个人类来说却是一大步，他们见证了从地球到月球的梦想成真，这一步持续了5000年。
阿波罗计划是迄今为止美国宇航局实施的规模较大的探月计划，阿波罗飞船的任务包括准备载人登月和实现载人登月。它于1972年底结束。迄今为止（2018年），40多年来没有其他载人航天器离开地球轨道。阿波罗计划详细揭示了月球表面的特征、物质的化学成分和光学特性，并检测了月球的重力、磁场和月球震颤。后来的天空实验室计划和美苏联合阿波罗-联盟测试计划也使用了最初为阿波罗建造的设备，通常被认为是阿波罗计划的一部分。
阿波罗是古希腊神话传说中掌管诗歌和音乐的太阳神，传说他是月神的弟弟，曾为母报仇，用金箭射杀巨蟒。可想而知，美国是如何选择能够报仇雪恨的太阳神来命名月球计划的。
阿波罗计划取得了巨大的成，但该计划也出现了几次重大危机，包括维吉尔·格里森、爱德华·怀特和罗杰·查菲在阿波罗一号试验期间因火灾遇难；在阿波罗-联盟测试计划重返大气层期间，罗马13号氧气罐的爆炸和有毒气体的释放差点让执行任务的宇航员丧生。
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