Module đổ bộ Eagle trong sứ mệnhApollo 11 đang tiếp cận để ghép nối với tàu chỉ huy Columbia trên quỹ đạo Mặt trăng

Khi chương trình Apollo bắt đầu vào năm 1961, các kỹ sư dự kiến sử dụng duy nhất một module chỉ huy và dịch vụ kết hợp (command and service module combination (CSM)) để cất cánh từ bề mặt Mặt trăng, và trở về Trái đất. Do đó, module CSM sẽ phải sử dụng động cơ tên lửa lớn hơn để hạ cánh trên Mặt trăng với các càng hạ cánh, do đó, tên lửa đẩy để phóng tàu vũ trụ lên Mặt trăng sẽ cần phải có khả năng mang tải trọng lên tới 100.000 pound (45.000 kg)).

Nếu điều này được thực hiện bằng cách bay theo phương thẳng đứng, (chỉ sử dụng duy nhất một tên lửa đẩy), thì tên lửa đẩy sẽ phải rất lớn, thuộc loại tên lửa đẩy Nova. Một phương án khác là sử dụng điểm hẹn trên quỹ đạo Trái đất, theo đó sẽ sử dụng nhiều tên lửa đẩy Saturn để phóng lên quỹ đạo Trái Đất các bộ phận của tàu vũ trụ, sau đó sẽ tiến hành ghép nối trong quỹ đạo Trái đất trước khi bay tới Mặt trăng. Điều này có thể yêu cầu phải tiến hành nạp nhiên liệu tàu vũ trụ trên quỹ đạo.

Tom Dolan[5] đề xuất sử dụng phương pháp ghép nối trên quỹ đạo Mặt trăng, đã được nghiên cữu trước đó bởi Jim Chamberlin và Owen Maynard tại Space Task Group vào năm 1960, trong giai đoạn nghiên cứu tính khả thi của chương trình Apollo.[6] Phương pháp này sẽ cho phép chỉ cần sử dụng một tên lửa đẩy Saturn V để phóng tàu chỉ huy/dịch vụ CSM cùng với tàu đổ bộ LEM nhỏ hơn lên Mặt trăng.[Note 3] Khi tổ hợp bay tới quỹ đạo Mặt trăng, một trong ba nhà du hành sẽ ở lại trên tàu chỉ huy CSM, trong khi hai phi hành gia còn lại sẽ đi vào tàu đổ bộ, tách ghép nối và hạ cánh xuống bề mặt Mặt trăng. Sau khi hoàn thành nhiệm vụ trên bề mặt Mặt trăng, các phi hành gia sẽ sử dụng tầng đổ bộ của LEM để quay lại tàu chỉ huy CSM, sau đó tiến hành tách bỏ tàu LEM và sử dụng tàu chỉ huy CSM quay trở lại Trái đất. Phương pháp này đã gây sự chú ý của Phó quản lý NASA Robert Seamans. Nhóm nghiên cứu của Trung tâm nghiên cứu Langley, đứng đầu là kỹ sư John C. Houbolt, đã phát triển phương pháp này.

Bên cạnh việc yêu cầu ít tải trọng tên lửa đẩy hơn, việc sử dụng thiết kế tàu đổ bộ Mặt trăng riêng biệt cũng là một ưu điểm của giải pháp sử dụng điểm hẹn quỹ đạo Mặt trăng. Thiết kế của tàu đổ bộ LEM sẽ khiến phi hành gia có tầm nhìn rõ ràng về khu vực đổ bộ qua các cửa sổ quan sát cách bề mặt Mặt trăng xấp xỉ 4,6 mét (15 ft), trái ngược với việc họ nằm ngửa trong tàu đổ bộ Mô-đun Chỉ huy (Command Module lander), ít nhất 40 hoặc 50 feet (12 hoặc 15 m) cách bề mặt, chỉ có thể nhìn thấy nó qua màn hình tivi.

Việc phát triển tàu đổ bộ LEM như một tàu có người lái khiến nó được trang bị các hệ thống quan trọng dự phòng như điện, hỗ trợ sự sống, hệ thống động cơ đẩy. Nên LEM cũng có thể coi là "phao cứu sinh" giúp các phi hành gia sống sót và có thể trở về Trái đất an toàn, nếu như các hệ thống trên tàu CSM trục trặc. Điều này được hình dung như một trường hợp dự phòng, không phải là nhiệm vụ chính của tàu LEM. Hóa ra, khả năng này đã được chứng minh là vô giá vào năm 1970, khi nhờ các thiết bị trên tàu LEM mà các phi hành gia trên tàu Apollo 13 đã sống sót sau khi một vụ nổ bình oxy làm vô hiệu hóa Môđun Dịch vụ/chỉ huy CSM.

Sự ủng hộ của Houblot

John Houbolt đang giảng giải về điểm hẹn quỹ đạo Mặt trăng

Tiến sĩ John Houbolt sẽ không bao giờ để LOR rơi vào quên lãng. Là một thành viên của Lunar Mission Steering Group, Houbolt đã nghiên cứu các vấn đề kỹ thuật của việc tiến hành ghép nối tàu vũ trụ trong không gian từ năm 1959 và ông đã bị thuyết phục, giống như các đồng nghiệp khác tại Trung tâm nghiên cứu Langley, rằng LOR chính là giải pháp duy nhất để có thể đưa con người lên Mặt trăng trong thập niên này. Ông đã viết một báo cáo đề cập đến nhưng nghiên cứu của mình cho NASA nhưng dường như NASA vẫn không quan tâm đúng cách về điểm hẹn quỹ đạo Mặt trăng.[8]

Vào tháng 11 năm 1961, Houbolt đã thực hiện một bước đi táo bạo khi bỏ qua các kênh thích hợp và viết một lá thư riêng dài 9 trang trực tiếp cho phó quản lý NASA là Robert C. Seamans, khẳng định không nên từ bỏ ý tưởng về điểm hẹn quỹ đạo Mặt trăng LOR. [9][10]

Phải mất hai tuần, Seamans mới trả lời bức thư của Houbolt. Ông đã đồng tình với Houbolt rằng sẽ cực kỳ tai hại cho NASA và cho nước Mỹ nếu đội ngũ nhân viên có trình độ của NASA bị giới hạn quá mức bởi các nguyên tắc hạn chế. Ông đảm bảo với Houbolt rằng NASA trong tương lai sẽ chú ý đến giải pháp LOR nhiều hơn so với thời điểm hiện tại.

So sánh các tàu đổ bộ Mặt trăng, từ những nghiên cứu ban đầu của Langley

Trong những tháng tiếp theo, NASA đã đưa đề xuất LOR lên làm giải pháp tốt nhất để thực hiện việc đưa người đổ bộ lên Mặt trăng. Một số yếu tố đã khiến NASA đi đến quyết định này. Đầu tiên, khó có thể thực hiện việc bay thẳng lên Mặt trăng sử dụng một tàu vũ trụ duy nhất (chứ không phải là các bộ phận tách rời để lắp ráp trên quỹ đạo Trái đất) để hạ cánh cũng như cất cánh khỏi Mặt trăng do tốn thời gian và tiền bạc để phát triển lên lửa đẩy hạng nặng Nova với đường kính lên đến 50 foot (15 m) so với tên lửa đẩy Saturn V với đường kính chỉ 33 foot (10 m). Thứ hai, ngày càng có nhiều lo ngại về mặt kỹ thuật về việc làm thế nào mà một phi thuyền tương đối lớn vốn phải lắp ghép trên quỹ đạo Trái đất lại có thể hạ cánh mềm trên bề mặt Mặt trăng. Như một kỹ sư NASA sau đã giải thích:

Điều tuyệt vời nhất về LOR là nó cho phép chúng tôi chế tạo một tàu đổ bộ riêng biệt lên bề mặt Mặt trăng.

Nhóm nghiên cứu của Robert Gilruth cùng với nhóm của Von Braun tại Trung tâm vũ trụ Marshall, Huntsville, Alabama cũng ủng hộ cho khái niệm điểm hẹn trên quỹ đạo Mặt trăng, dã thuyết phục giám đốc NASA khi đó là James Webb, người mà khi đó vẫn đang ủng hộ việc bay thẳng lên Mặt trăng, rằng LOR là cách duy nhất để có thể đặt chân lên Mặt trăng trước năm 1969. Webb đã phê duyệt LOR vào tháng 7 năm 1962.[11] Quyết định được chính thức công bố trong một cuộc họp báo vào ngày 11 tháng 7 năm 1962.[12] Cố vấn khoa học của Tổng thống Kennedy, Jerome Wiesner, vẫn giữ quan điểm phản đối LOR.[13][8]