Có thể nhắm một tàu vũ trụ từ Trái Đất để nó sẽ vòng quanh Mặt trăng và quay trở lại Trái Đất mà không đi vào quỹ đạo mặt trăng, theo quỹ đạo quay trở lại tự do. Các nhiệm vụ vòng tròn như vậy đơn giản hơn các nhiệm vụ quỹ đạo mặt trăng vì các tên lửa để hãm quỹ đạo mặt trăng và quay trở lại Trái Đất là không bắt buộc. Tuy nhiên, một chuyến đi vòng quanh vòng tròn phi hành đoàn đặt ra những thách thức đáng kể vượt ra ngoài những nhiệm vụ được tìm thấy trong một nhiệm vụ quỹ đạo Trái Đất thấp, đưa ra những bài học quý giá để chuẩn bị cho cuộc đổ bộ Mặt trăng của phi hành đoàn. Người đứng đầu trong số này đang nắm vững các yêu cầu quay trở lại bầu khí quyển của Trái Đất khi trở về từ Mặt trăng.

Các phương tiện quay quanh Trái Đất có người lái như Tàu con thoi quay trở lại Trái Đất với tốc độ khoảng 7.500 m / s (27.000 km/h). Do tác động của trọng lực, một chiếc xe trở về từ Mặt trăng đâm vào bầu khí quyển của Trái Đất với tốc độ cao hơn nhiều khoảng 11.000 m / s (40.000 km/h). Các g-tải trên các phi hành gia trong kết quả giảm tốc có thể được ở giới hạn của sự chịu đựng của con người ngay cả trong một reentry danh nghĩa. Những thay đổi nhỏ trong đường bay của xe và góc quay lại trong khi trở về từ Mặt trăng có thể dễ dàng dẫn đến mức độ giảm tốc gây tử vong.

Đạt được một chuyến bay vòng quanh phi hành đoàn trước khi hạ cánh mặt trăng phi hành đoàn trở thành mục tiêu chính của Liên Xô với chương trình tàu vũ trụ Zond của họ. Ba chiếc Zond đầu tiên là tàu thăm dò hành tinh robot; Sau đó, tên Zond được chuyển sang một chương trình vũ trụ của con người hoàn toàn riêng biệt. Trọng tâm ban đầu của những Zond sau này là thử nghiệm rộng rãi các kỹ thuật reentry tốc độ cao cần thiết. Trọng tâm này không được chia sẻ bởi Hoa Kỳ, người đã chọn thay vào đó để vượt qua bước đệm của một nhiệm vụ vòng tròn phi hành đoàn và không bao giờ phát triển một tàu vũ trụ riêng cho mục đích này.

Các phi thuyền phi hành đoàn ban đầu vào đầu những năm 1960 đã đặt một người duy nhất vào quỹ đạo Trái Đất thấp trong các chương trình Vostok và Mercury của Liên Xô. Một phần mở rộng hai chuyến bay của chương trình Vostok được gọi là Voskhod đã sử dụng hiệu quả các viên nang Vostok với các ghế phóng của chúng bị loại bỏ để đạt được không gian đầu tiên của Liên Xô cho phi hành đoàn nhiều người vào năm 1964 và phi thuyền vào đầu năm 1965. Những khả năng này sau đó đã được Mỹ thể hiện trong mười Gemini thấp Các nhiệm vụ quỹ đạo Trái Đất trong suốt năm 1965 và 1966, sử dụng thiết kế tàu vũ trụ thế hệ thứ hai hoàn toàn mới, ít có điểm chung với Sao Thủy trước đó. Những nhiệm vụ Song Tử này tiếp tục chứng minh các kỹ thuật cho điểm hẹn và lắp ghép quỹ đạo quan trọng đối với một hồ sơ nhiệm vụ hạ cánh mặt trăng phi hành đoàn.

Sau khi kết thúc chương trình Song Tử, Liên Xô bắt đầu bay tàu vũ trụ Zond thế hệ thứ hai của họ vào năm 1967 với mục tiêu cuối cùng là vòng quanh một phi hành gia quanh Mặt trăng và đưa anh ta hoặc cô ta trở lại Trái Đất ngay lập tức. Các Zond tàu vũ trụ đã được đưa ra với sự đơn giản và đã hoạt động Proton tên lửa khởi động, không giống như con người Xô nỗ lực hạ cánh mặt trăng song song cũng được tiến hành đồng thời dựa trên thế hệ thứ ba tàu vũ trụ Soyuz yêu cầu phát triển của cao cấp N-1tăng cường. Do đó, Liên Xô tin rằng họ có thể đạt được một chuyến bay vòng quanh Zond phi hành đoàn nhiều năm trước khi hạ cánh mặt trăng của con người Mỹ và do đó ghi được một chiến thắng tuyên truyền. Tuy nhiên, các vấn đề phát triển quan trọng đã làm trì hoãn chương trình Zond và thành công của chương trình đổ bộ mặt trăng Apollo của Hoa Kỳ đã dẫn đến việc chấm dứt nỗ lực cuối cùng của Zond.

Giống như Zond, các chuyến bay của Apollo thường được phóng trên quỹ đạo quay trở lại miễn phí sẽ đưa chúng trở lại Trái Đất thông qua một vòng tròn nếu một trục trặc mô-đun dịch vụ không thể đưa chúng vào quỹ đạo mặt trăng. Tùy chọn này đã được thực hiện sau một vụ nổ trên tàu Apollo 13 vào năm 1970, đây là nhiệm vụ vòng lặp vòng tròn phi hành đoàn duy nhất được thực hiện cho đến nay.[ khi nào? ]

Zond 5 là tàu vũ trụ đầu tiên mang sự sống từ Trái Đất đến vùng lân cận Mặt trăng và quay trở lại, khởi đầu vòng đua cuối cùng của Cuộc đua không gian với khối lượng rùa, côn trùng, thực vật và vi khuẩn. Mặc dù thất bại trong những giây phút cuối cùng, nhiệm vụ Zond 6 được truyền thông Liên Xô đưa tin là thành công. Mặc dù được ca ngợi trên toàn thế giới là những thành tựu đáng chú ý, cả hai nhiệm vụ Zond này đều bay theo quỹ đạo tái định danh danh nghĩa dẫn đến lực giảm tốc có thể gây tử vong cho con người.

Do đó, Liên Xô đã bí mật lên kế hoạch tiếp tục thực hiện các thử nghiệm Zond cho đến khi độ tin cậy của chúng để hỗ trợ chuyến bay của con người đã được chứng minh. Tuy nhiên, do các vấn đề liên tục của NASA với mô-đun mặt trăng và do các báo cáo của CIA về chuyến bay vòng quanh phi hành đoàn tiềm năng của Liên Xô vào cuối năm 1968, NASA đã định mệnh thay đổi kế hoạch bay của tàu Apollo 8 từ thử nghiệm mô-đun mặt trăng trên quỹ đạo thành nhiệm vụ quỹ đạo mặt trăng dự kiến ​​vào cuối tháng 12 năm 1968.

Đầu tháng 12 năm 1968, cửa sổ phóng lên Mặt trăng đã mở cho địa điểm phóng của Liên Xô ở Baikonur, cho Liên Xô cơ hội cuối cùng của họ để đánh bại Mỹ lên Mặt trăng. Các phi hành gia đã cảnh giác và yêu cầu lái tàu vũ trụ Zond sau đó trong lần đếm ngược cuối cùng tại Baikonur trong chuyến đi đầu tiên của con người lên Mặt trăng. Tuy nhiên, cuối cùng, Bộ Chính trị Liên Xô đã quyết định nguy cơ tử vong của phi hành đoàn là không thể chấp nhận được do hiệu suất kém kết hợp đến thời điểm đó của Zond / Proton và do đó đã loại bỏ việc khởi động một sứ mệnh mặt trăng của phi hành đoàn. Quyết định của họ đã được chứng minh là một điều khôn ngoan, vì nhiệm vụ Zond không bị đánh cắp này đã bị phá hủy trong một thử nghiệm chưa hoàn thành khác khi nó cuối cùng đã được đưa ra vài tuần sau đó.

Đến lúc này các chuyến bay của tàu vũ trụ Apollo thế hệ thứ ba của Mỹ đã bắt đầu. Có khả năng hơn nhiều so với Zond, tàu vũ trụ Apollo có sức mạnh tên lửa cần thiết để đi vào và ra khỏi quỹ đạo mặt trăng và thực hiện các điều chỉnh khóa học cần thiết cho một lần tái an toàn trong quá trình trở về Trái Đất. Các Apollo 8 nhiệm vụ thực hiện chuyến đi đầu tiên của con người lên Mặt trăng vào ngày 24 tháng 12 năm 1968, xác nhận Saturn V tăng cường sử dụng crewed và bay không phải là một vòng lặp circumlunar nhưng thay vì đầy đủ quỹ đạo xung quanh Mặt trăng mười trước khi trở về một cách an toàn về Trái Đất. Apollo 10sau đó thực hiện một cuộc thử nghiệm trang phục đầy đủ cho cuộc đổ bộ Mặt trăng phi hành đoàn vào tháng 5 năm 1969. Nhiệm vụ này quay quanh trong vòng 47.400 feet (14,4 km) trên bề mặt mặt trăng, thực hiện ánh xạ độ cao cần thiết của việc giả mạo thay đổi quỹ đạo bằng mô-đun mặt trăng nguyên mẫu của nhà máy quá nặng đất đai. Với sự thất bại của cuộc tấn công mẫu của người máy Xô Viết đã cố gắng hạ cánh Mặt trăng Luna 15 vào tháng 7 năm 1969, sân khấu đã được đặt cho Apollo 11.