以发射到月球为目的的一系列美国人造宇宙飞船的飞行计划，包括向月球发射宇宙飞船、登月并返回地球。除了得到月球各个地区的样品之外，这个计划还通过在月面上放置或者在轨道上飞行的各种仪器收集了大量数据资料。
第一次探测于1969年7月19日进行，那时阿波罗11号在月球北纬0°41＇、东经23°26＇处降落，那里接近静海的西南部边缘，在最近的高地北边80公里处。阿波罗11号采集了21.5千克样品。一半岩石是富钛和富铁的玄武岩，它含有单斜辉石、长石、钛铁矿和少量二氧化硅和金属铁。这些岩石的化学分析表明存在着两类岩石：一类是高碱类，另一类是低碱类。所有这些岩石都是由月球内部的部分熔融体结晶生成的。玄武岩的年龄是37亿年。阿波罗11号收集的其余岩石是由冲击坑形成过程中产生的热焊结的土壤组成的角砾岩。静海的土壤是上述两种类型的玄武岩加上由于陨石冲击从南边80公里处的高地溅射出的长石质岩石的混合物。
第二个人造飞行器阿波罗12号在风暴洋东南部着陆，以期有可能检查到三年半以前在月面着陆的探测Ⅲ号宇宙飞船的碎片。这个飞行器带回了34.2千克样品。这些岩石几乎完全由富铁的玄武岩组成，而玄武岩大都由单斜辉石和斜长石构成，但是缺乏阿波罗11号样品那样特别高的钛含量。阿波罗12号土壤大多是由当地的岩石组成的，但也含有被称为KREEP的外来组分，因为它有高含量的钾（K）、稀土元素（REE）和磷（P）。在土壤中发现明显的白色层。该层富含浅色的绳状的具有kREEP成分的少量的玻璃质。由北面300公里哥白尼坑溅射出的呈放射状或线状分布的物质穿过阿波罗12号的位置；白色层被认为与溅射有关。阿波罗12号玄武岩的年龄约为33亿年。
1971年2月，第四颗人造探测器阿波罗14号在弗腊莫洛岩层分布区登陆，这是个穹状地区，具有一系列向雨海放射的低缓的脊。因此，推断阿波罗14号取得的岩石样品是由于雨海冲击抛出的碎屑云造成的丘状的沉积，这次考察采集了42.7千克样品，并安置了一个地球物理实验装置。宇航员也攀登上一座由陨石冲击形成的100米高的小山，它形成于距今29亿年前。事实上，阿波罗14号收集的所有岩石都是复杂的角砾岩，它们是由粒径1微米到几厘米范围的碎屑焊合或熔结在一起形成的。某些碎屑本身就是角砾。差不多阿波罗14号岩石和土壤都具有在阿波罗12号发现的克里普（KREEP）成分。阿波罗14号岩石测定的年龄是39.5亿年，这个年龄被采纳为雨海冲击的年龄。
阿波罗15号登月舱于1971年7月在称为腐沼的月海区登陆。有一条叫作哈德利谷的1公里宽的谷地切过月海，而研究这条谷是一个主要课题。不过最主要的课题还是亚平宁山（或前缘）的样品，它是雨海盆地三重环的一部分，沿亚平宁前缘找到的岩石，多数都是复杂的角砾岩，有点与阿波罗11号的角砾岩相似，但具有不同的成分。这些角砾岩含某些月海物质；因此，除少数例外情况，它们必然是在雨海盆地充满玄武岩之后形成的。然而角砾岩中找到的一些碎屑，特别是马刺冲击坑处，含有没有染的高地物质。在角砾岩中，有一块碎屑是150克重的斜长岩岩块，由于推断它有很老的年龄，所以叫作“创始岩”。事实上它揭示了一个异常老的年龄值——距今45亿年。沿此前缘找到的其他高地物质包括一系列类似阿波罗14号的许多岩石的角砾，也找到一些强烈重结晶的角砾，和后来在高地中央德卡特（阿波罗16号）着陆位置找到的冲击熔融岩石。
象阿波罗12号位置一样，阿波罗15号位置也位于沿一列穿透月海物质的大坑处。阿波罗15号收集的玄武岩是富铁的，成分上和年龄上都类似于阿波罗12号收集的玄武岩。
第五个人造登月飞行器阿波罗16号在1972年3月登月，着落在德斯卡特高地的南纬9°00＇东经15°31＇的一个古老冲击坑圆丘状的底面上。这是唯一的一个到达高地中央部位的飞行器。取样的目的是带回凯利岩层的丘状平原物质和谷周围山丘的物质，这些样品被认为具有固有的特点，可能有高含量的玻璃，因此具有硅质火山岩特征。宇航员立即认出这些岩石看起来并不象地球的火山岩。
阿波罗16号带回的岩石全都是来自凯利平原单位的。虽然漫游月球的宇航员向石头山坡走上了大约300米，但整个取样区都被一行行来自很年轻（2亿年）冲击坑的物质所覆盖，南列只穿透凯利物质。阿波罗16号带回的所有样品都是冲击成因的；其中许多看上去类似于地球上一些较大的冲击坑中落回的物质。大多数阿波罗16号带回的岩石测定的年龄大约是39.5—41亿年。阿波罗计划系列的最后一次飞行，阿波罗17号在北纬20°9＇、东经30
°45＇处的金牛岸谷着月，它延伸到澄海的东南边沿之外。取样目标首先是覆盖谷底的暗色土壤。底部好象还有被年轻的沉积物漫覆的冲击坑，因此阿波罗计划有采取最年轻的岩石样品的潜在趋势。第二个取样目标是谷南、北地块的高地上的样品。
这些样品的检查研究已经对着陆位置得到了足够的基本了解。谷底的暗色幔覆物质大都是由谷底富铁富钛月海玄武岩组成的月壤，它们很类似于阿波罗11号取回的贫碱玄武岩。4号站上取得一种橙色物质证明是由透明的橙色玻璃组成的，它的钛含量甚至比典型的阿波罗17号月海玄武岩更高。阿波罗17号在谷底和谷北地块与谷南地块下部边缘采集的所有土壤中都出现橙色玻璃。37.5亿年前形成的橙色土壤大致与下伏的月海玄武岩属同一时代。因此，找寻最年轻的月球物质的希望没有实现。谷北地块和谷南地块的物质是复杂的冲击熔融岩石和角砾岩，与阿波罗16号在高地中央采集的样品十分类似。阿波罗17号采集的岩石年龄测定约为39.5亿年，在阿波罗14号和16号采集样品的同一年龄范围之内。
轨道实验
实验目的
多光谱摄影通过滤光器拍摄月亮照片
CM窗流星通过计算空间飞船上坑的数目确定微陨石流量紫外照相以近紫外光拍摄地球和月球照片
月亮轨道的反照检验地球-太阳体系中电磁谱的摩尔顿区
伽傌射线谱测定月亮表面铝、硅、铀、钍的浓度
X-射线萤光测量月球表面铝、硅和镁的浓度
?-粒子谱测定月球表面氡的产生率
S-波段脉冲发射器测定月球重力场质谱分析测定月球大气成分
远紫外光谱测定月球大气原子成分和密度双静态雷达研究月球表面的电学性质红外扫描辐射仪研究月球表面的热效应粒子屏蔽/边界层研究地球电磁圈层
磁力计检测月面上的磁力异常；测定月球内部的电性月亮测深仪测定月壳电性的变化
表面实验
实验目的
无源地震测定月球内部构造
有源地震测定着月位置近表面的构造月面磁力仪测定局部磁场；确定月球内部电性
阿波罗计划
1.由正准备登上月面的登月舱看阿波罗11号指令舱。
2.宇航员尤金·瑟南准备把含有月壤岩心的取心管拖出月壳。
3.在阿波罗11号飞行期间，宇航员埃德温·奥德林在登月舱一条腿附近走动。
4.在阿波罗15号第一次月面的哈德利—亚平宁登月位置的车外活动过程中，宇航员詹姆斯·伊尔文在月球游动车上走动。
太阳风谱仪测定太阳风的成分超热离子检测仪检测月球大气中的高能离子热流测定月球内部热产生率载荷粒子检测仪检测月球大气中的离子冷阴极离子表检测月球大气压
激光测距往复反射仪以高精度测定月亮的轨道运动太阳风成分测量太阳风的稀有气体部分宇宙线检测仪测量各种靶物质中宇宙线径跡与粒子便携磁力仪测量登月位置局部磁异常月亮重力导线测量测定登月位置地下密度与构造
土壤力学月壤负荷强度和其他力学性质的测量
远紫外照像/光谱测定地球周围与银河氢的分布月球射尘流和陨石测定月球表面宇宙尘流量和陨石碎屑的生成月球地震的利用测定着月处的地下构造
地下电学性质用物质电性测定地下构造
月亮大气成分测量月球大气的成分
月面重力仪测定月亮固体潮和检测重力波月尘检测计测量月球大气内固体颗粒的数量
月球中子探测仪研究月壤的成层性和混合和测量月球中子能量谱
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