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人類首次登陸月球的太空任務 来自维基百科，自由的百科全书
阿波羅十一號（英語：Apollo 11）是人類首次登陸月球的載人航天任務，指令長尼爾·阿姆斯特朗與登月艙駕駛員巴茲·奧爾德林組成美國登月組於1969年7月20日20時17分乘「鷹號」登月艙（Lunar Module Eagle (LM-5)）在月表着陸。6小時39分後，阿姆斯特朗在7月21日2時56分成為月表第一人，奧爾德林19分鐘後跟進。兩人在月表活動約135分鐘，收集21.55公斤月岩樣本帶回地球。阿姆斯特朗和奧爾德林在月表活動期間，指令艙駕駛員邁克爾·科林斯獨自在「哥倫比亞號」服務與指令艙（Command module Columbia (CM-107)）繞月飛行。指令長和登月艙駕駛員在月表停留21小時36分，並為着陸點冠名「靜海基地」，然後乘登月艙升空並與「哥倫比亞號」對接。
除特別註明外，此條目或章節的時間均以協調世界時（UTC±0）為準。 | |
| 任務類型 | 載人登月（G類） |
|---|---|
| 運營方 | 美國國家航空航天局 |
| 國際衛星標識符 |
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| 衛星目錄序號 | |
| 任務時長 | 8天3小時18分35秒 |
| 航天器屬性 | |
| 航天器 |
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| 製造方 | |
| 發射質量 | 45702公斤 |
| 著陸質量 | 4932公斤 |
| 人員 | |
| 人數 | 3 |
| 乘組成員 | |
| 呼號 |
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| 任務開始 | |
| 發射日期 | 1969年7月16日 13時32分整[3] |
| 運載火箭 | 土星五號SA-506 |
| 發射場 | 肯尼迪航天中心39A號發射台 |
| 任務結束 | |
| 回收方 | 大黃蜂號航母 |
| 著陸日期 | 1969年7月24日 16時50分35秒 |
| 著陸地點 |
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| 軌道參數 | |
| 參照系 | 月心軌道 |
| 近月點 | 100.9公里[4] |
| 遠月點 | 122.4公里[4] |
| 傾角 | 1.25度[4] |
| 週期 | 兩小時[4] |
| 曆元 | 1969年7月19日21時44分[4] |
| 月球軌道器 | |
| 航天器組件 | 服務與指令艙 |
| 入軌 | 1969年7月19日 17時21分50秒[5]:106 |
| 脫軌 | 1969年7月22日4時55分42秒[5]:109 |
| 軌道 | 30 |
| 月球登陸器 | |
| 航天器組件 | 登月艙 |
| 著陸日期 | 1969年7月20日 20時17分40秒[6] |
| 返回發射 | 1969年7月21日 17時54分整[5]:97 |
| 著陸點 | |
| 樣本質量 | 21.55公斤 |
| 地表艙外活動 | 1 |
| 活動時長 | 2小時31分40秒 |
| 與登月艙對接 | |
| 對接日期 | 1969年7月16日 16時56分03秒[5]:106 |
| 分離日期 | 1969年7月20日 17時44分整[5]:107 |
| 與登月艙上升段對接 | |
| 對接日期 | 1969年7月21日 21時35分整[5]:109 |
| 分離日期 | 1969年7月21日 23時41分31秒[5]:109 |
  左起：阿姆斯特朗、科林斯、奧爾德林 | |
7月16日13時32分，搭乘阿波羅十一號的土星五號運載火箭從佛羅里達州梅里特島肯尼迪航天中心起飛，這是美國國家航空航天局阿波羅計劃第五次載人航天任務。阿波羅太空船包含三部分，其中只有可容納三名宇航員的指令艙會返回地球，服務艙為指令艙提供推進動力、電力、氧氣和水，登月艙分兩段，下降段用於月表着陸，上升段把宇航員送回繞月軌道。
土星五號第三級火箭把太空船送入地月轉移軌道，宇航員將太空船與火箭分離，駕駛太空船飛行三天進入繞月軌道。阿姆斯特朗和奧爾德林進入登月艙並在7月20日着陸靜海，完成月表任務後再乘「鷹號」上升段起飛，與指令艙中的科林斯會合。三人隨後拋棄「鷹號」，把「哥倫比亞號」推離繞月軌道進入返地軌道。[5]:1097月24日，三人經過八天多的任務後濺落太平洋。
阿姆斯特朗踏上月表的第一步由電視向全世界實況轉播，他此時的話「這是個人的一小步，也是人類的一大步」傳遍世界[注 1][9]。美國總統約翰·肯尼迪曾於1961年提出「在20世紀60年代結束前把人送上月球並安全返回」，阿波羅十一號確保太空競賽以美國獲勝告終，告慰前總統在天之靈[10]。
20世紀50年代末到60年代初，美國與蘇聯陷入冷戰[11]:134。1957年10月4日，蘇聯發射史上首枚人造衛星史普尼克一號，引發國際社會無限聯想，西方國家對此深感震驚和恐懼。史普尼克一號表明蘇聯有從洲際距離投送核武器的能力，對美國軍事、經濟和技術優勢形成重大挑戰[11]:13–15。隨之而來的史普尼克危機引發太空競賽[12]:1。美國總統德懷特·艾森豪威爾建立美國國家航空航天局（以下簡稱航空航天局）並啟動水星計劃[13]:101–106，旨在把人類送到地球軌道[13]:134。但蘇聯再度搶先一步，宇航員尤里·阿列克謝耶維奇·加加林在1961年4月12日成為太空第一人和地球軌道第一人[13]:332–333。近一個月後，艾倫·謝潑德成為首位美國太空人，在亞軌道飛行15分鐘。濺落大西洋並獲救後，他接到新總統約翰·肯尼迪的賀電[11]:121。
蘇聯運載火箭的運力更強，為確保兩國公平競爭，肯尼迪決定從航空航天局建議中選擇超出已有火箭技術範圍的方案，最後敲定載人登月[11]:112–117。1961年5月25日，肯尼迪向美國國會發表《國家迫切所需》演說，其中談到：
我相信，國家應在本年代（20世紀60年代）結束前把人送上月球並安全返航。這將是本時代最震撼全人類的太空項目，也是最重要、最困難、成本最高昂的遠程太空探索項目。我們建議加快發展合適的月球航天器，開發液體和固體燃料火箭，規模遠超現有水準，直到確定哪種方案更佳。我們提議為其他發動機開發與無人駕駛探索另行提供資金，特別是對國家而言至關重要，而且永遠不能忽視的領域：確保率先登月者的生命。從極其現實的角度來說，登上月球的不是個人——我們可以肯定，這將是整個國家的成就，是所有人齊心協力把他送上去。
——肯尼迪國會演講節選[14]
1962年9月12日，肯尼迪在德克薩斯州休斯敦萊斯大學足球場向約四萬群眾發表《我們選擇登月》演講[15][16]，內容廣為流傳：
眼下太空還沒有衝突、偏見和民族矛盾，但所有人都面臨它的威脅。人類需要竭盡全力才能征服太空，全人類和平協作的機遇可能絕無僅有。或許有人要問，為什麼把月球當成目標？他們或許還會問，為什麼要登上最高的山峰，35年前又為什麼要飛越大西洋？為什麼萊斯大學要和德克薩斯大學競爭？
我們選擇登月！我們決定……在本年代達成登月等目標，不是因為這很簡單，而是因為非常困難。如此目標能集中我們最頂尖的技術和力量，我們願意接受挑戰，像面對其他挑戰一樣不會推遲、志在必勝。[17]
總統的提議遭遇許多美國人反對，麻省理工學院數學家諾伯特·維納認為計劃毫無意義，純屬浪費[18][19]。登月目標此時已得名阿波羅計劃[12]:15。1961年6月，肯尼迪會見蘇聯部長會議主席尼基塔·謝爾蓋耶維奇·赫魯曉夫，提議合作登月，但赫魯曉夫沒有接受[20]。1963年9月20日，肯尼迪在聯合國大會提出協作探索月球[21]。同年肯尼迪遇刺後，協作登月任務構想作廢[22]。
航空航天局很早就決定放棄直接起飛和地球軌道交會方案，採用月球軌道交會，即兩個航天器分別在太空飛行後會合，對後來的技術發展影響深遠。1962年7月，航空航天局首腦詹姆斯·韋伯宣布採用月球軌道交會方案。[23][13]:85–86阿波羅太空船將由三部分組成，其中只有可容納三名宇航員的指令艙會返回地球，服務艙為指令艙提供推進動力、電力、氧氣和水，登月艙分兩段，下降段用於月表着陸，上升段把宇航員送回繞月軌道[12]:72–77。這種設計表明太空船隻需當時還在研發的單枚土星五號運載火箭就能發射[12]:48–49。
阿波羅計劃所需技術和工藝早在雙子座計劃就開始發展[12]:181–182, 205–208。航空航天局採用最新的半導體電子技術推動阿波羅計劃，如行星際監測站的金屬氧化物半導體場效電晶體[24][25]，阿波羅制導計算機採用的硅制集成電路芯片[26]。
1967年1月27日，古斯·格里森、愛德華·懷特、羅傑·查菲測試阿波羅一號航天器時死於火災，阿波羅計劃馬上暫停，全面安全審查接踵而至[12]:214–218。1968年10月，阿波羅七號證明指令艙能在地球軌道正常工作[12]:265–272，同年12月又經阿波羅八號證明繞月軌道飛行能力[12]:274–284。1969年3月阿波羅九號把登月艙帶上地球軌道[12]:292–300，同年五月阿波羅十號在繞月軌道為登月「彩排」。1969年7月，阿波羅十一號走出登月最後一步的各方面需求均已就緒。[12]:303–312
蘇聯雖然早期領先，但因與土星五號競爭的N1運載火箭開發反覆失敗逐漸落後[27]，只好採用無人探測器試圖搶在美國前把月岩帶回地球。月球十五號趕在阿波羅十一號之前抵達月球軌道，但卻在着陸期間因故障在危海墜毀，阿姆斯特朗和奧爾德林約在兩小時後從月表起飛返航。英國納菲爾德射電天文實驗室的射電望遠鏡錄下月球十五號着陸期間的傳輸信號，後在2009年7月阿波羅十一號40周年之際公布。[28]
1967年11月20日，航空航天局正式宣布阿波羅九號的替補人員是指令長尼爾·阿姆斯特朗、指令艙駕駛員吉姆·洛弗爾和登月艙駕駛員巴茲·奧爾德林[12]:374。洛弗爾與奧爾德林曾在雙子座十二號合作飛行。登月艙設計和製造延誤導致阿波羅八號和九號任務調換主乘組和替補乘組，阿姆斯特朗一行改成阿波羅八號替補人員。根據輪換標準，每次任務的替補乘組便是此後第三次任務的主乘組，所以阿波羅十一號就輪到阿姆斯特朗等人執掌。[29]:312–313
阿波羅八號的指令艙駕駛員邁克爾·科林斯雙腿不適，醫生診斷發現他的第五到第六節椎骨間骨骼增生，需要手術[30]:288–289。洛弗爾頂替科林斯的位置，後者恢復後加入阿姆斯特朗的小組。弗萊德·海斯充當阿波羅八號替補登月艙駕駛員，奧爾德林是替補指令艙駕駛員。[31]阿波羅十一號乘組都有太空飛行經驗[5]:90，此前所有美國載人航天任務只有阿波羅十號也是如此[5]:72，下一次要到1988年的航天飛機任務STS-26[5]:90。
航空航天局部分人員不願與奧爾德林合作，迪克·斯雷頓讓阿姆斯特朗決定是否要用洛弗爾替換。阿姆斯特朗對與奧爾德林合作沒意見，在考慮超過一天後謝絕建議，覺得洛弗爾完全有資格當指令長（後在阿波羅十三號實現）。[29]:338–339
阿波羅十一號的主乘組完全不像阿波羅十二號那樣關係友好、親密無間，友好合作姿態構建緩慢。阿姆斯特朗以冷漠出名，科林斯自認是獨行俠，對奧爾德林建立私誼的主動示好完全不給面子。[30]:434–435奧爾德林和科林斯認為，三人間關係就像「隨和客氣的陌生人」[29]:359，阿姆斯特朗對此不以為然，自稱「與所有人的合作都很順利」[29]:359。
替補隊員包括指令長洛弗爾、指令艙駕駛員威廉·安德斯和登月艙駕駛員海斯，安德斯曾與洛弗爾執行阿波羅八號任務[5]:90。1969年初，安德斯接受國家航空與太空委員會任職邀約，並宣布在1969年8月上任時從宇航員位置退休。支持組的肯·馬丁利與安德斯一起接受替補指令艙駕駛員訓練，萬一阿波羅十一號延期到七月後安德斯因退休無法參加，馬丁利就能補上。[32]:237
根據輪換標準，洛弗爾、馬丁利和海斯在充當阿波羅十一號替補隊員後就是阿波羅十四號主乘組，但因原定執行阿波羅十三號任務的艾倫·謝潑德等人培訓不足，航空航天局決定把三人與洛弗爾所部調換[32]:237。
水星和雙子座計劃期間，每次太空任務都包括主要和替補兩組人員，阿波羅計劃增加人稱支持隊伍的第三組人員。支持人員負責整理並及時更新任務規則、飛行計劃和檢查清單，確保主要和替補人員知悉所有變動。他們還制定各種程序，特別是發生緊急情況時的程序，由主要和替補人員在模擬器訓練時專心學習並掌握。[12]:261阿波羅十一號的支持人員包括馬丁利、羅納德·埃萬斯和威廉·波格[12]:375。
航天器通訊員負責在休斯敦的任務控制中心同宇航員聯繫，只有他們才能直接與執行任務的宇航員通話[33]:27。阿波羅十一號的航天器通訊員包括：查爾斯·杜克、埃萬斯、布魯斯·麥坎德利斯、洛弗爾、安德斯、馬丁利、海斯、唐·林德、歐文·加里歐特和哈里森·施密特[12]:375。
阿波羅十一號的飛行主管分別是：克利福德·查爾斯沃思，綠隊，負責發射和艙外活動；傑拉爾德·格里芬，金隊，第一班替補；吉恩·克蘭茲，白隊，負責月表着陸階段；格林·倫尼，黑隊，負責月表升空階段；米爾頓·溫德勒，栗隊，負責計劃階段。[5]:272[33]:230, 236, 273, 320[34][35][36][37]
阿波羅十一號任務的其他關鍵人員包括：[38]
科林斯設計阿波羅十一號任務徽章的構想是「美國和平登月」，他經根據洛弗爾的建議選擇美國國鳥白頭海鵰為主體，模擬器教練湯姆·威爾遜提議鳥喙叼住代表和平使命的橄欖枝。科林斯為圖案加入月球背景，地球位於遠方。圖案的光照方向不對，陰影不應在地球左側，應該是下半部。奧爾德林和阿姆斯特朗認為白頭海雕與月球的顏色應立足自然，還決定徽章邊緣採用藍色和金色。阿姆斯特朗擔心不會英語的觀眾不理解「eleven」（「十一」），故採用阿拉伯數字「11」。[30]:332–334徽章沒有附上宇航員的姓氏，以此「代表所有為登月勞心出力的人」[30]:332。
載人航天器中心畫師畫出的圖案遭航空航天局官員否決[30]:332–334。載人航天器中心主任羅伯特·吉魯斯認為鷹爪看起來「太顯好戰」[30]:333，經過討論決定把橄欖枝移到鷹爪[30]:333。1971年面世的艾森豪威爾一美元硬幣背面借鑑阿波羅十一號徽章設計[39]，1979年問世的蘇珊·安東尼一美元硬幣也是如此[40]。
阿波羅十號乘組為太空船起名「查理·布朗」和「史努比」，公共事務助理主管朱利安·希爾向載人航天器中心阿波羅航天器計劃辦公室主任喬治·婁建議不要讓阿波羅十一號乘組也這麼隨心所欲地為航天器起名。任務早期規劃期間，航空航天局無論在內部還是外部聯絡時都曾用「甜筒」代表指令艙，「草垛」代表登月艙。[41]:8
登月艙參考任務徽章圖案得名「鷹號」，另據希爾建議，指令艙按儒勒·凡爾納1865年小說《從地球到月球》裡在佛羅里達州發射航天器的巨型加農炮命名為「哥倫比亞號」，同時意指美國的歷史名稱哥倫比亞[30]:334–335[12]:331。科林斯1976年的著作聲稱「哥倫比亞」意指克里斯托弗·哥倫布[42]:116。
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宇航員均配有個人喜好包裹，裝有任務期間攜帶的重要私人物品[43]。阿波羅十一號共把五隻各重230克的個人喜好包裹帶上太空，三隻裝在「哥倫比亞號」（每位宇航員一隻），兩隻在「鷹號」[44]。
阿姆斯特朗放在登月艙的個人喜好包裹裝有萊特兄弟1903年萊特飛行器左螺旋槳的木片還有機翼上的布料[29]:527，以及阿波羅一號乘組遺孀交給斯雷頓的鑲鑽宇航員徽章；這枚徽章原定隨阿波羅一號飛上太空，返航後交給斯雷頓，但火災令任務取消，宇航員遺孀在葬禮後把徽章交給斯雷頓，而阿姆斯特姆把那徽章帶上阿波羅十一號。[32]:191–192
1968年2月8日，航空航天局阿波羅選址委員會公布五處預選登月地點。航空航天局經過兩年研究，用月球軌道計畫的五個無人探測器拍下月表高分辨率照片，結合測量員計畫獲取的月表環境數據選出這些地點。[45]此時最好的地面望遠鏡觀察月球時分辨率都無法達到阿波羅計劃需要[46]:79。登月地點必須靠近月球赤道來減少所需推進劑，還應避免障礙物，最大程度地減少航天器機動；月表還應儘量平整，減輕着陸雷達工作負擔，此次登月地點的選擇不考慮科研價值[47]:19。
從地球拍攝照片來看很理想的位置實際往往完全不可行，原本計劃在沒有隕石坑的地點着陸，但根本找不到這種地方[46]:98–99。最後預選的地點有五處，前兩處位於靜海，第三處在中央灣，後兩處位於風暴洋[45]。航空航天局最後根據七大標準敲定登月地點：一、地面平整，隕石坑比較少；二、前往地點的路線上沒有大山、峭壁和大隕石坑，以免着陸雷達混淆或產生錯誤讀數；三、所需推進劑越少越好；四、火箭發射延誤也不影響登月；五、太空船注入月球軌道前保持在自由返回軌道，這樣即使前往月球途中出現問題，太空船無需任何發動機點火就能繞月滑行並安全返航；六、登陸期間視野清晰，即太陽在登月艙後方7到20度；七、着陸地點整體坡度小於兩度[45]。
航空航天局對太陽角度要求特別嚴格，以致每月只有一天適合發射火箭[45]。為儘量避免宇航員遭遇極端溫度，航空航天局決定在黎明剛過後着陸[42]:7選址委員會最後選定第二處登月地點，第三和第五處在火箭發射延遲時充當後備着陸點。1969年5月，阿波羅十號登陸艙飛到距二號地點不到15公里處，觀測結果確認此地符合要求。[48][49]
公布阿波羅十一號乘組身份後的新聞發布會上，記者提出的第一個問題便是「誰將是登月第一人？」[50]:148[29]:360斯雷頓表示未定，阿姆斯特朗回答此事「不由個人意願決定」[50]:148。
早期的出艙任務清單與雙子星任務一樣是登月艙駕駛員率先離開航天器，其次才是指令長[30]:347，而且雙子星任務期間指令長從未太空行走[51]。1969年初，有報道稱奧爾德林將是登月第一人，航空航天局助理局長喬治·穆勒面對記者採訪也是這麼回答。奧爾德林得知，阿姆斯特朗是平民，所以會是第一人，這令他頗感惱火。他還向其他登月艙駕駛員尋求支持，但眾人覺得為這種事遊說實在不知所謂。為制止跨部門衝突，斯雷頓通知奧爾德林，阿姆斯特朗是指令長，所以是登月第一人，消息在1969年4月14日的記者招待會上公布。[29]:363–365
事情過去數十年來，奧爾德林一直認為當時誰來走出第一步是由登月艙口位置決定。登月艙很小，宇航員又穿着航天服，所以要費很大力氣才能走到艙外。宇航員在模擬訓練時試過奧爾德林先走，但他卻在出口導致模擬器受損。事故足以讓計劃人員下定決心，只不過兩名宇航員直到1969年春末才獲知。[50]:149斯雷頓告知阿姆斯特朗，只要他願意就能第一個離開航天器，宇航員回答：「行，就這麼辦」[50]:150。
媒體指控阿姆斯特朗利用指令長特權搶奪第一人榮譽[52]:281。小克里斯托弗·卡夫特2001年的自傳透露，他曾與吉魯斯、斯雷頓、婁會晤，決定不讓奧爾德林第一個踏上月球，認為第一人應該像查爾斯·林德伯格那樣冷靜、沉穩。他們還決定變更飛行計劃，確保指令長率先走出航天器。[29]:371–372
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1969年1月8日，「鷹號」登月艙上升段運抵肯尼迪航天中心，下降段四天後送到，「哥倫比亞號」指令艙1月23日[3]。與阿波羅十號的「史努比號」登月艙相比，「鷹號」新增早期阿波羅科學實驗包，提供各種科學實驗設備，還有改善宇航員月表活動通訊的甚高頻無線電天線，上升段發動機更輕，起落架的熱保護能力更強。指令艙僅有的變化是去掉前艙口部分絕緣材料。[53]:472[54]1月29日指令艙和服務艙配對，再於4月14日從操作和檢查大樓移至航天器裝配大樓[3]。
阿波羅十一號的土星五號運載火箭SA-506第三級S-IVB在1月18日送到，第二級S-II2月6日，第一級S-IC2月20日，儀器艙2月27日。5月20日12時半，裝配好後重5443噸的火箭從航天器裝配大樓用專用運輸車運往39A號發射台，阿波羅十號此時正飛往月球。倒計時測試在6月26日開始，7月2日結束。7月15日晚，泛光燈照亮發射台，運輸車把移動服務架運到火箭停放區。[3]工作人員當天凌晨向第二和第三級火箭燃料箱注入液氫[53]:474，所有燃料在發射前三小時加完[53]:475。發射過程實現部分自動化，由ATOLL編程語言編寫的43種程序控制[53]:355–356。
斯雷頓凌晨四點剛過就叫醒宇航員，三人洗澡、剃鬚後與斯雷頓和替補人員一起吃早餐，就是傳統的飛前餐點牛排和雞蛋。接下來阿姆斯特朗一行穿上航天服呼吸純氧，早上6時半開始前往39號發射台。[30]:355–357海斯在發射前約3小時10分鐘進入「哥倫比亞號」，與技術人員一起在6時54分幫阿姆斯特朗坐進座位左側。五分鐘後科林斯坐到右側，最後是奧爾德林坐在中央。[53]:475海斯在發射前約2小時10分鐘離開指令艙[55]。收尾人員密封艙口，清洗並加壓機艙，在發射前約一小時離開發射台。發射前3分20秒，倒計時自動開始，[53]:475點火室的控制台前聚有450餘名工作人員[53]:474。
估計有一百萬人在肯尼迪航天中心周邊公路和海灘觀看阿波羅十一號發射升空。前總統林登·約翰遜和夫人小瓢蟲·約翰遜、時任副總統斯皮羅·阿格紐、美國陸軍參謀長威廉·威斯特摩蘭上將、四名內閣成員、19名州長、40位市長、60名大使和兩百名國會議員觀看發射實況。[53]:474[56]約3500名媒體工作人員現場報道[12]:338，其中三分之二是美國傳媒，剩下的來自55個國家和地區。33個國家直播發射實況，單美國估計就有2500萬人收看。世界各地還有數以百萬計的聽眾收聽廣播。[56][53]:474理查德·尼克松總統與手下航空航天局聯絡員、阿波羅宇航員弗蘭克·博爾曼一起在橢圓形辦公室觀看火箭發射[57]。
1969年7月16日13時32分，裝載阿波羅十一號太空船的土星五號運載火箭點火[3]。起飛13.2秒後，火箭轉向72.058°飛行方位角。點火2分42秒後，第一級火箭發動機關閉並脫離，隨後二級火箭發動機點火。起飛約9分8秒後，二級發動機關閉並分離，三級發動機數秒後點火。[5]:106
阿波羅十一號點火12分鐘後飛入近圓形地球軌道，遠地點高度185.9公里，近地點高度183.2公里。繞軌道旋轉一周半後，三級火箭發動機第二次點火，航天器於6時22分13秒點火切入地月轉移軌道。約30分鐘後，坐在左側的科林斯操縱控制裝置，把「哥倫比亞號」與第三級火箭分離並旋轉180度，再與火箭上的「鷹號」對接組成完整的登月航天器。此後，哥倫比亞號和鷹號的組合體將進入繞月軌道，而殘餘的三級火箭則掠過月球，[30]:374–375[5]:106，如此一來火箭將不會撞上航天器、地球或月球。火箭掠過月球時產生彈弓效應，進而飛入太陽軌道。[41]:7
7月19日17時21分50秒，阿波羅十一號經過月球背面，服務艙的推進發動機點火，使之進入繞月軌道[5]:106[58]。宇航員在接下來繞月球飛行30多圈期間觀察薩賓D隕石抗西南方向約19公里的靜海南部着陸點，遊騎兵八號和測量員五號無人自動探測器的觀測表明此處地形比較平整，不大可能威脅着陸或艙外活動，故為首選着陸點[59]。着陸點在測量員五號降落點東南方向約25公里，遊騎兵八號西南方向約68公里[60]:130。
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7月20日12時52分，奧爾德林與阿姆斯特朗進入「鷹號」準備向月表降落[5]:106。「鷹號」17時44分脫離「哥倫比亞號」[5]:107，科林斯獨自留在「哥倫比亞號」檢查眼前旋轉的「鷹號」，確保沒有損傷且起落架正常部署[60]:9[61]:209。阿姆斯特朗此時歡呼：「老鷹有翅膀啦！」[61]:209
登月艙開始下降，阿姆斯特朗與奧爾德林發現飛過地標的時間比預計要早兩到三秒，這會導致「鷹號」實際着陸點偏移到目標位置以西好幾公里外。登月艙飛行速度太快，估計是由質量瘤導致，高質量集中物體可能改變活動軌跡。飛行主管克蘭茲推斷這是對接通道的額外氣壓引起，或是「鷹號」的迴旋動作所致。[62]:220–221[60]:82
下降段發動機點火五分鐘後，「鷹號」位於月表上方1800米，登月艙制導計算機首度出人意料地發出1201和1202程序警報。計算機工程師傑克·加爾曼在任務控制中心告知制導員史蒂夫·巴爾斯可以繼續下降，消息進而轉達宇航員。1201和1202程序警報代表「執行溢出」，意指制導計算機無法即時完成全部任務，必須推遲部分。[61]:210–212[63]麻省理工學院查爾斯·斯塔克·德雷珀實驗室阿波羅制導計算機編程主任瑪格麗特·漢密爾頓事後回憶：
把阿波羅十一號的問題怪到電腦上，就跟怪罪發現火災並通知消防隊的人一樣。那台計算機不但能識別錯誤，還包括全套修復程序。當時軟件不過是排除低優先任務，重建高優先任務，近而避免強制中止。如果計算機沒有發現問題並採取措施，我懷疑阿波羅十一號還能像當時那樣登月。[64]
任務期間專業人員判斷計算機報障的原因是交會雷達開關位置錯誤，導致計算機同時處理交會與着陸雷達的數據[60]:190–192[65]。軟件工程師唐·艾爾斯2005年的制導與控制會議論文指出，故障是由硬件設計缺陷引起，在首次無人登月艙任務阿波羅五號測試期間也曾出現。交會雷達需要保持開啟，以便緊急中止着陸時無需等待設備預熱，正常情況交匯雷達開機對制導計算機沒有影響，但兩種模式的時間信號源不同步，信號源相位角由設備開機順序決定，電相位差異令耦合數據單元持續更新計數器，進而引多虛假周期挪用，導致計算機報警。[66]
阿姆斯特朗看向窗外，發現計算機設定着陸目標在約91米高的隕石坑（後來得知是西坑）東北不遠處，地面到處都是大石頭，於是他啟動半自動控制[50]:196[62]:195–197。他一度考慮在巨石場附近降落以便收集地質樣品，但因水平速度太快無法做到。奧爾德林在降落期間把導航數據報知阿姆斯特朗，後者忙於駕駛「鷹號」。距月表只剩33米時，阿姆斯特朗知道推進劑即將耗盡，決定在下一個合適地點着陸。[50]:197
阿姆斯特朗駕駛航天器飛向發現的平整地面，但離地76米時又發現那裡有隕石坑。他偏離隕石坑並飛向另一處平坦地面，此時離地只有30米，推進劑還能堅持90秒。發動機激起月表塵埃，影響宇航員判斷航天器活動情況的能力。巨石從塵埃形成的雲霧冒出來，阿姆斯特朗利用石頭判斷航天器速度。[50]:198–199
「鷹號」起落架腳墊上連有三條1.7米長的着陸探針，一旦接觸陸地就會在艙內亮燈，奧爾德林在登月艙着陸前片刻看到燈亮後大喊：「觸地燈亮了！」阿姆斯特朗此時忘記馬上關閉發動機，工程師擔心發動機廢氣會從月表發彈，導致發動機爆炸，但指令長在三秒後「鷹號」着陸時才關掉發動機。[50]:199奧爾德森馬上宣布「好了，發動機已停。登月艙姿態控制杆制動脫離。」阿姆斯特朗確認「制動脫離，轉為自動模式。」奧爾德林回覆：「模式控制——雙自動。下降發動機超控解除，預位解除。已顯示413。」[62]:226
登月艙制導計算機收到姿態控制杆制動脫離的信號後命令反推力系統點火。「制動脫離」表明控制杆不在中心位置，控制杆中央有彈簧，就像汽車轉向燈杆。制導計算機地址413表示登月艙着陸與否變量。[6]
「鷹號」在7月20日20時17分40秒着陸，只剩98公斤推進劑。登月期間宇航員和地面任務控制人員獲得的數據表明登月艙只能再維持動力飛行25秒，此後就只能毫無安全保障地自行着陸。[6][5]:295不過，任務過後的重新分析表明實際時間可能接近50秒[67]，阿波羅十一號着陸時所剩燃料比此後絕大多數阿波羅任務都少，而且宇航員遇到的燃料不足警告為時過早，事後分析表明這是因為推進劑在儲罐的「晃蕩」幅度超過預期，導致容量傳感器過早露出，後來的任務為此增加防晃擋板[6]。
阿姆斯特朗確認奧爾德林已完成着陸後檢查，重複「發動機關閉」，然後告知航天器通訊員杜克：「休斯敦，這裡是靜海基地。『鷹號』已經着陸。」阿姆斯特朗自行把呼號從「鷹」改成「靜海基地」，向聽眾強調登月艙已順利着陸。[68]杜克在任務控制中心表示很高興一切順利，激動之下還在重複宇航員的話時把「靜海基地」念錯：「收到，金…靜海，地面收到你的信息。這裡一大幫人一直憋着氣，臉都紫了，現在大家終於能喘口氣，太感謝了。」[6][69]
登月艙着陸兩個半小時後，奧爾德林在準備艙外活動前以無線電告知地球：
登月艙駕駛員呼叫。我想藉此機會請求所有聽眾暫停片刻，無論他們是誰、身在何處，想想過去幾小時的風雲變幻，以自己的方式致謝。[70]
接下來他私下舉行聖餐儀式，由於此時航空航天局還在與反對阿波羅8號宇航員朗讀創世記的無神論者麥達琳·默里·歐黑爾打官司，歐黑爾要求宇航員不得在廣播時開展宗教活動，所以奧爾德林避免直接提及月表聖餐儀式。奧爾德林是德克薩斯州哈里斯縣韋伯斯特長老宗元老，他的聖餐包由教堂牧師迪恩·伍德拉夫準備。奧爾德林在月表使用的聖餐杯由韋伯斯特長老會保留，此後每年都在最接近7月20日的禮拜日舉行紀念儀式。[50]:204, 623根據任務時間安排，宇航員可以在着陸後睡五小時，但兩人都自認睡不着，為提前開始艙外活動準備[60]:21–22。
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7月20日23時43分，阿姆斯特朗和奧爾德林開始準備月球行走[5]:107。原計劃準備過程耗時兩小時，但實際花掉三個半小時[71]。在地球訓練時，所有必需品都已預先備好，實際登月時艙內還有大量其他物品，如檢查清單、食品包和工具[60]:22。着陸6小時39分鐘後，阿姆斯特朗和奧爾德林準備出艙，「鷹號」減壓[46]:215。
「鷹號」艙門在7月21日2時39分33秒開啟[5]:107，阿姆斯特朗背上主生命保障系統背包後容易卡住艙門[71]。宇航員在月表進出登月艙時心率很高[72]:115–120。2時51分，阿姆斯特朗開始降落月表，視線因胸前的遙控裝置所阻看不到雙腿。他爬下九級梯子，拉出「鷹號」側面的D形環，部署模塊化設備收納組件，啟動電視攝像機。[73][9]
阿波羅十一號採用與廣播電視不兼容的慢掃描電視，需在特殊監視器顯示，再由傳統電視攝像機拍攝就會大幅降低畫質[74]。美國戈德斯通收到信號，澳大利亞堪培拉附近的金銀花溪追蹤站信號更保真。幾分鐘後，信號轉由更加敏銳的澳大利亞帕克斯天文台接收。[75]雖有技術和天氣制約，但人類首次月表艙外活動那幽靈般的黑白影像還是吸引全球至少六億觀眾收看[75]。這段視頻的廣播格式副本存量很大，不過航空航天局一貫重複利用磁帶，保存最初月表慢掃描電視信號源的磁帶很可能因此被毀[74]。
阿姆斯特朗形容月塵「非常細」，「和粉末差不多」[9]，然後在2時56分15秒[76]、即着陸六個半小時後從「鷹號」起落架腳墊踏上月表，宣布「這是個人一小步，人類一大步」[注 1][5]:108[77]。
電視信號中聽不到「個人」的「個」字，所以世界各地的直播節目沒有報道。阿姆斯特朗後來接受採訪時表示他說的應該是「個人一小步」，此後引述這句話的文稿便以括弧加上「個」字。估計阿姆斯特朗的口音導致他把兩個字發音連在一起，也可能是因為帕克斯天文台附近風暴導致信號時斷時續所以聽不到這個字。近期數字分析結果表明宇航員所說的「個」字可能被靜電聲掩蓋。另有分析認為所謂靜電、信號斷斷裂裂的說法只不過是挽救臉面，阿姆斯特朗後來承認當時漏說「個」字。[78][79][80]
阿姆斯特朗踏上月表七分鐘後就用棍子和樣品袋收集好應急土壤樣品，再把袋子折起來放入右大腿處口袋。這樣即便發生緊急情況、宇航員必須取消艙外活動返回登月艙也有土壤樣品帶回地球。[81]收集土壤樣品12分鐘後[5]:108，他把模塊化設備收納組件上的電視攝像機取下，拍攝着陸點周圍全景，再把攝像機裝上三角架[71]。電視攝像頭部分線纜纏在一起，艙外活動期間隨時可能絆倒宇航員。哈蘇相機拍攝靜態照片，可手控或裝上阿姆斯特朗的航天服。[60]:23奧爾德林也來到月面，形容眼前景像「壯麗荒涼」[9]。
月球重力只有地球六分之一，阿姆斯特朗自稱在月表活動「可能比在模擬器還容易……到處走走絕對沒問題」[9]。奧爾德林在月面嘗試各種行走方法，如像袋鼠般並腿跳。主生命保障系統背包令宇航員不由自由地向後倒，不過兩人在保持平衡上沒有什麼大問題。阿姆斯特朗與奧爾德林最後決定大跨步行走，還稱需提前六七步計劃路線。月表細膩的土壤很滑，奧爾德林表示，從陽光照射位置走到「鷹號」的影子裡時，航天服內沒有溫度變化，但頭盔在有光時更暖和。[9]模塊化設備收納組件無法提供平穩工作檯，而且陽光照不到，拖慢工作進度。宇航員工作期間揚起灰色塵土，弄髒航天服外部。[60]:23
宇航員在電視攝像頭前立下裝有美國國旗的月球國旗組件，據奧爾德林事後回憶，升旗是他最想在月表順利完成的職責[82]。國旗的伸縮杆很難操作，月表土壤堅硬，宇航員反覆嘗試都只能把杆插入五厘米，奧爾德林擔心國旗會在億萬電視觀眾眼前倒下，但還是向國旗致以「乾淨利落的西點式軍禮」[82]。
奧爾德林準備為阿姆斯特朗與國旗拍攝合照時，地面發來尼克松總統的電話無線電傳輸信號，總統本人稱這是「白宮史上最具歷史意義的電話」[83]。尼克松原計劃在電話中長篇演說，但後來接受博爾曼建議長話短說[84]。
尼克松：尼爾、巴茲，你們好，我在白宮橢圓形辦公室給你們打電話。這肯定是白宮史上最具歷史意義的電話。言語已經無法形容我有多為你們感到驕傲，每個美國人都會把這當成生命中最自豪的一天。我敢肯定，全世界人民都會像美國人一樣認識到這是多麼偉大的壯舉。你們讓天空與人類世界同在，從靜海與我們交流，激勵我們加倍努力為地球帶來和平與安寧。這是人類歷史上無比寶貴的時刻，全世界人民萬眾一心，為你們的成就驕傲，為你們安全返回地球祈禱。
阿姆斯特朗：感謝總統先生。我們在此不但代表美國，更代表所有國家的和平民眾，帶着興趣和好奇心，以及人類對未來的願景，我們對能在此參與今天的盛舉深感榮幸。[85][86]
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宇航員部署早期阿波羅科學實驗包，其中包括用於測量月震的被動地震實驗包，還有用於月球激光測距實驗的後向反射器陣列[87]。接下來阿姆斯特朗走到距登月艙60米位置拍攝小西坑邊緣照片，奧爾德林收集兩份岩芯樣品。奧爾德林用地質錘敲打插入月表的取樣管（除此以外地質錘在阿波羅十一號任務期間沒有其他用途），但只能打進去15厘米。兩人用加長手柄的勺子和鉗子收集岩石樣本，月表大部分活動耗時超過預期，所以他們在規定的34分鐘時間只餘一半時停止記錄樣本。奧爾德林朝裝岩石的箱裡鏟入六公斤泥土，確保嚴絲合縫，樣品不會晃動。[47]:28–29兩人收集的地質樣品包含玄武岩和角礫岩兩類岩石[88]，岩石樣本中有三種新礦物：阿姆阿爾柯爾礦石、靜海石和三斜鐵輝石，其中阿姆阿爾柯爾礦石是以阿姆斯特朗、奧爾德林和科林斯命名。三部礦物後來都在地球發現[89]。
阿姆斯特朗在月表時發現登月艙梯子上裝有登月紀念牌，上面有地球東、西半球的圖像、宇航員和尼克松總統簽名，中間的題詞寫道：
公元1969年7月，地球人首次踏上月球。我們代表全人類和平而來。[9]
尼克松政府要求題詞中加入意指神的內容，航空航天局於是以年份有歧義為由加上「公元」字樣，意指基督紀年[90]。
任務控制中心用編碼暗號向阿姆斯特朗示警，稱他的新陳代謝率很高，應該放慢速度。時間不足導致他在各種任務間疲於奔命，考慮到宇航員在月表行走時的代謝率低於預期，任務控制中心為兩人延長15分鐘任務時間。[87]阿姆斯特朗在2010年接受訪談時表示，當時還沒有證據證明主生命保障系統背包需消耗多少冷卻水來處理人體產生的熱量，所以航空航天局為第一次月球漫步規定的時間和距離有限。[91]
奧爾德林先返回「鷹號」，宇航員用人稱月球設備輸送機的滑輪傳送帶把膠片和裝有21.55公斤月球樣品的兩個樣品盒運入登月艙口。事實證明這種傳送裝置效率很差，以後的阿波羅任務都是宇航員手工把設備和樣品搬回登月艙。[71]阿姆斯特朗提醒奧爾德林，袖袋裡有裝紀念品的袋子，奧爾德林把袋子扔下，阿姆斯特朗再跳上第三級梯子並爬進登月艙。改接登月艙生命保障系統後，宇航員拋出主生命保障系統背包、月球鞋、沒有膠片的哈蘇相機等設備，減輕登月艙上升段重量準備返迴繞月軌道。艙口在5時11分13秒關閉，接下來他們為「鷹號」加壓並睡覺休息。[92]
為總統撰寫演講稿的威廉·薩菲爾備有〈月球災難〉稿件，萬一阿波羅十一號宇航員被困月球就由尼克松宣讀[93]。稿件放在薩菲爾交給尼克鬆手下白宮辦公廳主任H·R·霍爾德曼的備忘錄里，備忘錄包含行政機構遇到此類災難時應當如何應對的建議[94][95]。根據方案，任務控制中心應當「關閉（與登月艙的）通訊」，舉辦類似海葬的公共儀式，神職人員「讚美他們抵達深淵最深處的靈魂」。演講稿引經據典，結尾意指魯珀特·布魯克的第一次世界大戰詩篇〈軍人〉。[95]
奧爾德林進入登月艙時意外損壞主發動機啟動升空所需的斷路器，可能導致發動機預位後無法點火，人員困在月球，所幸實踐證明氈頭筆就能啟動開關[92]。
「鷹號」在月表停留超過21個半小時，宇航員除科學儀器外還留下阿波羅一號任務徽章，紀念1967年1月測試時死於火災的三名宇航員；紀念蘇聯宇航員弗拉基米爾·米哈伊洛維奇·科馬羅夫和加加林的紀念章，兩人分別在1967和1968年去世；裝有金質橄欖枝複製品的紀念袋，橄欖枝是和平的傳統象徵；帶有艾森豪威爾、肯尼迪、尼克松總統及其他73個國家和地區領導人善意信息的硅碟[96]。碟內還有美國國會領袖名單、參議院和眾議院負責航空航天局法案的四大委員會成員名單，還有航空航天局歷任高管姓名[97]。
休斯頓在宇航員休息約七小時後叫醒他們準備返航。兩個半小時後，「鷹號」上升段在17時54分升空，與繞月軌道上的「哥倫比亞號」和科林斯會合。[5]:108登月艙上升段起飛後拍攝的視頻表明，距下降段約八米的美國國旗在上升段發動機尾氣下劇烈抖動。奧爾德林正好看到國旗倒下的一刻：「登月艙上升段分離後……我主要關注計算機，尼爾仔細觀察姿態指引儀，我抬頭看了一會兒，看到國旗倒下。」[61]:219後來的阿波羅任務都把國旗插得離登月艙更遠[98]。
科林斯獨自隨服務與指令艙繞月飛行，但他從未感到孤獨，笑稱「自亞當以來，還沒有人感受過這般孤獨」[30]:402。科林斯自認是本次任務非常重要的一分子，他的自傳寫道：「這是三個人的征程，我這份與另外兩份同樣重要」。[30]:402「哥倫比亞號」每次飛到月球背面都會與地球中斷無線電通訊48分鐘，但他自認不覺得害怕或寂寞，而是感到「意識堅定、滿懷期望、深感滿足、充滿信心，甚至欣喜若狂」[30]:402。
科林斯的首要任務包括識別月表登月艙，為便於他尋找目標，任務控制中心用無線電告知登月艙應該在離預定目標約6.4公里位置。但是，每次從疑似登月地點經過時他都沒找到登月艙。第一次經過月球背面時，科林斯開始清理維護服務與指令艙，倒掉燃料電池生成的水，清理機艙準備迎接阿姆斯特朗和奧爾德林回歸。[30]:401–407
科林斯第三次飛到月球背面時，任務控制中心告知冷卻液溫度有問題。如果溫度太低，「哥倫比亞號」部分位置會凍結，建議他改用手動控制並執行環境控制系統17號故障排除程序。但是，科林斯把系統開關從自動轉為手動後又撥回自動，然後繼續清理維護機艙，同時密切留意溫度。「哥倫比亞號」與地球的聯繫恢復後，他告知休斯敦問題已經解決。據科林斯的自傳透露，他用此後幾次飛到月球背面的時間「放鬆」。奧爾德林與阿姆斯特朗完成艙外活動後，科林斯睡覺等待航天器會合。飛行計劃要求「鷹號」飛向「哥倫比亞號」會合，但科林斯也做好準備，在緊急情況下駕駛「哥倫比亞號」飛向「鷹號」會合。[30]:406–408, 410
「鷹號」在7月21日21時24分與「哥倫比亞號」會合，並在21時35分對接。23時41分，宇航員拋棄「鷹號」上升段。[5]:109。阿波羅十二號發射前，「鷹號」可能還在月球軌道飛行，後來的航空航天局報告表明「鷹號」已經偏移軌道，估計在月表「某處」墜毀[99]。
7月23日，三名宇航員在航天器濺落前夜開始最後一次電視廣播，科林斯在鏡頭前道：
……把我們送入軌道的土星五號運載火箭機械結構極其複雜，各部分運行完美無缺……我們始終對設備正常工作充滿信心，這一切都是靠無數人的心血、汗水和淚水才變成現實……現在大家只能看到我們三人，但背後還有成千上萬的人為此勞心盡力，我想對他們說一聲：「十分感謝」。[61]:222
奧爾德林道：
這遠不僅是三人到月球執行任務，也不僅是政府、承包商團隊、甚至單個國家的功勞。我們覺得這象徵全人類探索未知時永不滿足的好奇心……回首過去幾天，我想到《詩篇》中的話語：「想到您雙手創造的天國，您擺列的月亮星辰。人類到底算得了什麼，竟讓您如此顧念？」[61]:222[100]
阿姆斯特朗最後發言：
本次飛行承載的責任源於歷史，源自過去為此不懈努力的科學巨匠，源於表達意願的美國人民、落實人民意願的四屆政府和國會，還有土星（五）號、哥倫比亞號、鷹號，在月表充當小型航天器的航天服和背包。我們要特別感謝所有建造航天器的美國人民，他們為建造、設計和測試嘔心瀝血。今晚我們特別感謝大家，感謝其他所有收看或收聽的人，天神保佑。阿波羅十一號祝您晚安。[61]:222
阿波羅十一號返程期間，關島追蹤站的軸承故障，可能導致航天器返航最後一段時間與地球通訊中斷。時間太短，根本不可能從正常途徑安排維修，但站長查爾斯·福斯請十歲的兒子格雷格幫忙，把小手伸進機器外殼，用油脂修復設備。阿姆斯特朗事後向格雷格致謝。[101]
阿波羅十號5月26日濺落後由普林斯頓號航空母艦搜救上岸。6月5日，卡爾·塞伯利希上校執掌的大黃蜂號航空母艦獲選取代普林斯頓號搜救阿波羅十一號。[102]:3「大黃蜂號」此時停在位於加利福尼亞州長灘的母港[102]:21。7月5日抵達珍珠港後，「大黃蜂號」搭載專門負責搜救阿波羅航天器的第四直升機反潛中隊SH-3海王直昇機、水下爆破隊阿波羅分隊的專業潛水員、35人組成的航空航天局搜救隊，以及約120名傳媒人士。為騰出空間，「大黃蜂號」大部分艦載機部隊留在長灘，艦上還有用於訓練的指令艦質量模擬器等特殊設備。[102]:38–43, 71–72
7月12日阿波羅十一號還在發射台上時，「大黃蜂號」就離開珍珠港前往10°36′N 172°24′E附近的中太平洋搜救區[102]:85[103]。尼克松、博爾曼、國務卿威廉·P·羅傑斯、總統國家安全事務助理亨利·基辛格乘空軍一號飛到約翰斯頓環礁，再搭海軍陸戰隊一號飛到塞班島號航空母艦。在艦上休息一晚後，他們又乘海軍陸戰隊一號飛到「大黃蜂號」參加持續數小時的慶典。航空航天局局長托馬斯·潘恩從帕果帕果坐艦載固定翼運輸機飛到「大黃蜂號」，然後與美國印度洋－太平洋司令部小約翰·席德尼·麥凱恩上將一起迎接總統一行。[102]:107–108, 145–146
氣象衛星尚未普及，但美國空軍漢克·布蘭德利從最高機密的間諜衛星圖像獲悉風暴即將抵達阿波羅十一號搜救區。布蘭德利指出，風暴會令視線受阻，難以找到航天器，而且強烈的上層風「會撕碎他們的降落傘」，嚴重威脅宇航員安全。[104]布蘭德利安全許可級別不足，於是向珍珠港艦隊天氣中心主任小威拉德·休斯頓海軍上校示警。太平洋載人航天搜救部隊司令唐納德·戴維斯海軍少將根據兩人說法建議航空航天局變更搜救區，三人提出如此建議都是在拿職業前程冒險。航空航天局最後接受建議，選在原地點東北方向約398公里。[105][102]:136–137, 144–145
搜救地點變更意味着飛行計劃也要調整，航空航天局為此採用過去從未用過的計算機程序順序。常規再入程序是在P64後執行P67，如果採用跳躍式再入，就要用P65和P66分別操縱太空船躍離和再入大氣層。阿波羅十一號無需躍離大氣層，只要延長再入過程，所以在P65後直接啟用P67，不啟動P66。宇航員接到預警，進入P67階段時航天器氣動不對稱（宇航員頭朝下時氣動升力最大）。[105]第一道程序時，宇航員感受的重力加速度是6.5倍標準重力（64米/s2），第二道程序時是六倍（59米/s2）[60]:28。
7月24日黎明前，「大黃蜂號」出動四架海王直升機、三架格魯門E-1預警機。兩駕格魯門E1負責全面監視空域，剩下一架充當通信中繼。兩架海王起重機運載潛水和救援設備，一架攜帶攝像器材，另一架搭乘潛水員和飛行外科醫生。[60]:169–17016時44分，直升機看到「哥倫比亞號」放出穩定減速傘。七分鐘後，「哥倫比亞號」掉入約翰斯頓環礁以南380公里、威克島以東2660公里，距「大黃蜂號」24公里海域，[5]:109[105]坐標位置13°19′N 169°9′W[60]:170。濺落點水溫28攝氏度，浪高1.8米，有每小時31公里的東風，460米高空還有殘雲，能見度約19公里[106]。偵察機飛到原定濺落點後匯報，那裡的天氣情況正如布蘭德利和休斯頓所料[107]。
「哥倫比亞號」濺落期間一度倒置，宇航員在落水不到十分鐘時啟動浮袋糾正[60]:164–167。潛水員用海錨把航天器與頭上盤旋的海軍直升機相連，防止漂移[102]:184–185。其他潛水員用浮環穩定艙體，擺穩救生筏協助宇航員轉移[102]:186–188。
潛水員把生物隔離服拿給宇航員，協助他們登上救生筏。宇航員基本不可能在月表接觸任何病原體，但航空航天局為防萬一還是在搜救點就開始隔離。宇航員身上由次氯酸鈉溶液擦拭，「哥倫比亞號」以聚維酮碘擦拭，去除可能殘留的月塵。搜救人員用絞盤把宇航員送上直升機，直到進入「大黃蜂號」的隔離設施才能脫掉生物隔離服。裝有去污材料的救生筏隨後沉入大海。[60]:164–167
直升機17時53分抵達「大黃蜂號」，並從升降機運入機庫，宇航員下機後走到約九米外的移動隔離設施，開始長達21天的地球隔離期[102]:199–200。此後的阿波羅十二和十四號宇航員濺落後也是如此隔離，後來航空航天局確信月球沒有生命，無需再長期隔離宇航員[72]:406–424[108]。尼克松歡迎宇航員回地球：「你們的成就讓全世界前所未有地團結在一起」[109]。
尼克松離開後，4.5噸重的「哥倫比亞號」經起重機拉上「大黃蜂號」，隨拖車一起放在移動隔離設施旁。接下來「哥倫比亞號」以可伸縮管道與移動隔離設施相連，以便取出月球樣本、膠片、數據磁帶等物品。「大黃蜂號」返回珍珠港，再用洛克希德C-141"星"式運輸機把移動隔離設施送到載人航天器中心。7月28日10時，宇航員抵達月球物質回收和回歸宇航員檢疫實驗所。「哥倫比亞號」送到福特島失活，確保火工品置於安全狀態後帶到希卡姆空軍基地，再由道格拉斯C-133貨運霸王送到休斯敦，7月30日到達月球物質回收和回歸宇航員檢疫實驗所。[60]:166, 171–173
根據航空航天局7月16日發布的隔離規章制度《地外暴露法》[110]，三名宇航員繼續隔離。在航天器、移動隔離設施、月球物質回收和回歸宇航員檢疫實驗所隔離共計三周後，他們終於拿到健康證明。[111]1969年8月10日，反污染跨機構委員會在亞特蘭大會晤，解除宇航員、航空航天局醫師威廉·卡彭迪爾、移動隔離設施項目工程師約翰·平崎的隔離[102]:118。「哥倫比亞號」同樣不再隔離，但各部件需一直隔離到准許研究月球樣品時止[112]。
8月13日，紐約和芝加哥以紙帶遊行向三名宇航員致敬，估計有600萬人參加[113][114]。洛杉磯世紀廣場酒店當晚舉辦國宴，國會議員、美國首席大法官、44位州長和83個國家的大使出席。尼克松和阿格紐向宇航員頒發總統自由勳章。[113][115]
1969年9月16日，三名宇航員在美國國會聯席會議演說，並向眾議院和參議院各贈送一面曾帶上月球的國旗[116]。阿波羅十一號攜帶的美屬薩摩亞旗幟在美屬薩摩亞首府帕果帕果的簡·海頓博物館展示[117]。
美國的慶典只是開始，三名宇航員隨即走上為期38天的環球之旅，到訪22個國家並面見眾多領導人[118]。旅程在9月29日開始，11月5日結束[118][119][120]。許多國家發行登月第一人紀念幣或郵票，雜誌發行特刊[121]。
阿波羅十一號把人類送上月球後安全返回，達成肯尼迪總統八年前設定的目標。「鷹號」着陸時，任務控制中心屏幕上閃過肯尼迪的演講詞，伴隨「1969年7月，任務圓滿完成」字樣[122]。阿波羅十一號證明美國的技術優勢[122]，太空競賽以美國勝利告終[123][52]:288。阿波羅十一號過後，英語新增短語：「都能把人送到月亮上了，怎麼會連……也不行？」[124]阿姆斯特朗踏上月表時的名言成為各種惡搞目標[123]。
大部分民眾慶祝成就之時，部分美國人認為阿波羅十一號是國家民意分裂的象徵，火箭發射前一天拉爾夫·阿伯內西帶領群眾在肯尼迪航天中心外抗議示威[52]:283。潘恩與阿伯內西會晤，兩人都希望太空計劃推動美國貧困問題等各方面改善，潘恩隨後同意抗議人群在場觀看火箭發射[125]。阿伯內西對發射的壯觀景像嘆為觀止[12]:338，忘記打算演講的內容為航天員祈禱[125]。還有民眾強調種族和經濟不平等，質問為什麼不用花在阿波羅計劃上的錢讓人們過得更好。吉爾·斯科特-赫倫創作詩篇〈月上白鬼〉取材太空競賽導致特別突出的美國種族不平等：[123][126][127]
老鼠咬我妹妹內爾
（白鬼在月上行走）
她的臉和胳膊開始腫脹
（白鬼在月上行走）
我付不起醫療賬單
（白鬼還在月上行走）
十年後還沒付清
（白鬼還在月上行走）[127]
全世界兩成人口觀看人類首次月球漫步。阿波羅十一號引起全世界關注，但卻無法讓美國對後續任務保持興趣，[122]這可能是因為登月太過複雜。把人送上月球的目標很好理解，但月球地質對於一般人來說過於抽象，而且肯尼迪把人送上月球的目標已經達成。[123]清晰明確的目標有助於阿波羅計劃逐漸落實，但達成目標後就難以找到足夠理由繼續登月任務[128][129]。大部分美國人對國家在太空探索上的成就自豪，但20世紀60年代末只有一次蓋洛普民意調查結果表明大部分美國人希望「做得更多」而非更少。1973年，五成九的受訪民眾贊成削減太空探索開支。太空競賽結束後，美蘇冷戰緊張局勢緩和，通貨膨脹加重同樣促使政府減少開銷。此時取得成就的政府項目不多，太空計劃因此得以保留。美國行政管理和預算局副局長卡斯帕·溫伯格呼籲不要大幅削減預算，以免讓人產生「最好的時代已經過去」之感。[130]
蘇聯官員在阿波羅十一號任務過後宣稱人類登月既危險又沒必要，該國此時準備用機器獲取月球樣本。蘇聯否認美蘇兩國存在登月競賽，自稱「壓根兒沒這打算」。[50]:631姆斯季斯拉夫·弗謝沃洛多維奇·克爾德什1969年7月表示：「我們完全專注於構建大型衛星體系」。1989年公布的資料表明蘇聯也曾力圖送人登月，但因技術問題無法實現。[131]蘇聯民眾對登月態度不一，蘇聯政府限制國內美國登月信息發布，對民眾看法影響很大。部分民眾完全不在意，還有些對美國登月感到憤怒[132]。
「哥倫比亞號」環遊美國，到訪華盛頓哥倫比亞特區、安克拉治和49個州首府[133]。1971年轉交史密森尼學會後，「鷹號」在哥倫比亞特區美國國家航空航天博物館展出[134]，是傑斐遜大道入口前「飛行里程碑」展廳的核心展品，與萊特飛行器、「聖路易斯精神號」、貝爾X-1、北美X-15和友誼七號等先鋒飛行器一起放在主展廳[135]。
2017年，「哥倫比亞號」轉移到弗吉尼亞州費爾法克斯縣尚蒂伊華盛頓杜勒斯國際機場附近的史蒂文·烏德沃爾哈齊中心，這裡是航空航天博物館的瑪麗·貝克·恩根修復機庫所在地，準備參加四個城市的巡迴展覽《目的地月球：阿波羅十一號任務》。休斯敦太空中心的展覽從2017年10月14日開始，2018年3月18日結束；聖路易斯科學中心同年4月14日開始，9月3日結束；匹茲堡約翰·海因茨參議員歷史中心9月29日開始，次年2月18日結束；最後一站是西雅圖飛行博物館，2019年3月16日開始，9月2日結束。[134][136]史密森尼博物館持續翻新，「哥倫比亞號」在辛辛那提博物館中心展出，2019年9月29日舉辦剪綵儀式[137]。
阿姆斯特朗與奧爾德林的航天服連續四十年在航空航天博物館「阿波羅登月」場館展出[138]，直到2018年12月場館永久關閉，計劃在2022年開幕的新館展出。2019年7月阿波羅十一號五十周年期間，阿姆斯特朗的航天服經特別展覽亮相[139][140]。移動隔離設施、漂浮套和浮袋在史蒂文·烏德沃爾哈齊中心展示，測試登月艙也在一起展出[141][142][143]。
「鷹號」登月艙下降段留在月球。2009年，月球勘測軌道飛行器拍下月表歷次阿波羅任務的着陸點，首次為人類提供分辨率足夠高的各登月艙下降段、科學儀器和宇航員腳印照片[144]。宇航員拋棄「鷹號」上升段後沒有追蹤，月球重力又不均勻，不久就難以預測航天器軌道，所以無從判斷上升段墜毀月表後的下落[145]。
2012年3月，亞馬遜公司創始人傑弗里·貝索斯贊助專家組利用先進的聲納掃描技術，在大西洋底找到土星五號第一級火箭的F-1發動機[146]，並撈出共五個發動機中的兩個。2013年7月，保管員在其中一台發動機發現鐵鏽掩蓋的序列號，航空航天局確認這是阿波羅十一號的運載火箭發動機[147][148]。阿波羅十一號的三級火箭目前還在太陽軌道旋轉，接近地球公轉軌道[149]
阿波羅任務獲取的月岩大部分存放在休斯敦林登·約翰遜太空中心的月球樣本實驗室設施。為安全起見，還有少量樣本存放在新墨西哥州拉斯克魯塞斯附近的白沙試驗設施。大部分月岩以氮氣存儲保持乾燥，只能用特殊工具間接處理。世界各地已有上百家研究實驗室研究這些樣本，每年還會準備約五百份樣本寄給研究人員。[150][151]
1969年11月，尼克松要求航空航天局為135個國家、聯合國、美國50個州及其他領土製作約250套阿波羅十一號月球樣本展示架，均裝有阿波羅十一號帶回地球的月塵。每套樣本都有四顆米粒大小的月球土壤，約重50毫克，用尺寸和50美分硬幣差不多的透明亞克力小盒包裝，亞克力還有放大效果。尼克松在1970年把這些展示架作為禮品送出，架內還附上當時隨同阿波羅十一號往返月球的國家或地方旗幟。[152][153][154][155]
被動地震實驗持續運作至1969年8月25日指令上行失效時止，下行在同年12月14日失效[156]。截至2018年，月球激光測距實驗依然正常[157]。
人們原以為阿姆斯特朗的哈蘇相機已經遺失或留在月表[158]，2012年阿姆斯特朗去世後，他的遺孀於2015年聯繫國家航空航天博物館，聲稱在亡夫壁櫥發現白色布袋，裡面有那台相機和阿波羅十一號登月期間所拍照片[159][160]。之後那台相機放在國家航空航天博物館展示[161]。
2009年7月15日，《生活》雜誌網站發布雜誌攝影師拉爾夫·莫爾斯在阿波羅十一號發射前拍攝且一直沒公布的照片[162]。同年7月16至24日，航空航天局網站提供40年前的原始任務音頻[163]。視頻片段還在修復，關鍵時刻的視頻已經可以預覽[164]。2010年7月，阿波羅十一號登月艙下降和着陸期間的空對地語音錄音和任務控制中心拍攝的視頻片段經重新同步首次發布[165]。肯尼迪總統圖書館暨博物館開設Adobe Flash網站，播放阿波羅十一號發射到登月的傳送內容[166]。
2009年7月20日，貝拉克·奧巴馬總統在白宮接見阿姆斯特朗、奧爾德林和科林斯[167]。奧巴馬表示：「我們希望其他世代也有仰望藍天的孩子，他們會成為下一個阿姆斯特朗、科林斯和奧爾德林……我們要確保他們啟程時，航空航天局能伸出援手」[168]。8月7日，國會通過佛羅里達州聯邦參議員比爾·納爾遜和聯邦眾議員阿蘭·蓋雷森遞交的法案，向三名宇航員授予美國平民最高榮譽：國會金質獎章[169][170]。
阿波羅十一號四十周年期間，英國科學家在接受採訪時介紹登月的重要意義：
（阿波羅十一號任務）是在精湛技術保障下完成，但當時的風險極大……在只想規避風險的今天根本難以想象……阿波羅計劃可以說是人類迄今最偉大的技術成就……從那以後，還沒有任何成就對人類的激勵程度能望阿姆斯特朗、奧爾德林及其後十來名宇航員項背[171]。
2015年6月10日，聯邦眾議員比爾·波西在第114屆美國國會期間遞交決議，要求美國鑄幣局為阿波羅十一號五十周年設計並銷售金、銀與包層合金材質紀念幣。2019年1月24日，鑄幣局網站開始向公眾銷售阿波羅十一號五十周年紀念幣。[172][173]
2019年3月，包含1969年修復視頻的紀錄片《阿波羅十一號》IMAX版首映，3月8日開始院線發行[174][175]。
2019年7月18至20日，美國國家航空航天博物館和航空航天局贊助的「阿波羅五十周年節」在哥倫比亞特區國家廣場舉行，包含觀眾能動手參與的展品和活動，亞當·薩維奇與航空航天局科學家發表演說[176]。
美國東部時間7月16至20日每晚9點半到11點半，169米高的華盛頓紀念碑東面經投影顯示111米的土星5號火箭圖案，期間還有17分鐘全動態視頻，營造火箭組裝和發射效果，結合12米寬的肯尼迪航天中心倒計時畫面，還有兩塊大銀幕展現歷史視頻素材，再現50年前的登月時刻。7月19至20日每晚演出三場，最後一晚適逢周六，並且最後一場演出略有延遲，確保畫面上阿姆斯特朗踏上月球的第一步正好是實際登月第一步50年後。[177]
2019年7月19日，Google塗鴉向阿波羅十一號登月致敬，最後提供YouTube動畫視頻鏈接，宇航員科林斯配音[178][179]。7月19日，唐納·川普總統在橢圓型辦公室接見奧爾德林、科林斯，以及阿姆斯特朗的兒子[180][181]。
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