La question la plus épineuse de tout le programme Apollo a consisté à décider de quelle façon les astronautes allaient se rendre sur la Lune. Quel scénario choisir, parmi trois* concepts.

–  Le « mode direct » (direct mode) qui nécessite un lanceur de type Saturne C8 ou Nova envoie un vaisseau spatial constitué de plusieurs étages directement sur la Lune sans aucunes manœuvres de rendez-vous dans l’espace, c’est le mode préconisé initialement par Robert Gilruth et le Space Task Group, envisagé un temps par Wernher von Braun. Le plus simple techniquement parlant, en ce qui concerne les manœuvres dans l’espace, mais la mise au point d’un tel lanceur aurait été trop longue et n’aurait pas permis de respecter les « engagements » du Président Kennedy.

–  Le « mode rendez-vous en orbite terrestre » (Earth Orbit Rendezvous ou Tanking Mode) qui nécessite deux lanceurs de type Saturne C3 ou C4, un module de service et un vaisseau spatial s’amarrent en orbite terrestre afin de transférer les ergols nécessaires. Ensuite le vaisseau  spatial va directement sur la Lune. La méthode préférée de Wernher von Braun car elle aurait permis, à terme, d’envoyer des vaisseaux plus lourds permettant de rester plus longtemps sur la Lune, et de développer des techniques de transfert d’ergols en orbite terrestre. Une petite station spatiale flanquée d’une station service en orbite terrestre aurait permis d’assembler des vaisseaux spatiaux de toutes tailles, d’en faire le plein, et d’envoyer une mission vers la planète Mars.

–  Enfin le « mode rendez-vous en orbite lunaire » (Lunar Orbit Rendezvous ou Connect Mode), où deux vaisseaux spatiaux sont lancés en même temps par une seule Saturne V, l’un est conçu spécialement pour atterrir sur la Lune et l’autre pour faire le voyage aller-retour, ils se séparent une fois arrivés en orbite autour de la Lune. Le module lunaire constitué d’un étage de descente et d’un étage de remontée permet à deux astronautes d’atterrir sur la Lune et bien évidemment d’en décoller. Un module de commande et de service en orbite autour de la Lune récupère les deux astronautes. Le module de commande est le seul à revenir sur Terre. C’est la méthode défendue par Thomas Dolan et John Houbolt. Une idée qui vaut de « l’or »…

C’est ce dernier concept qui sera finalement officiellement retenu le 11 juillet 1962, ce , après plus de 18 mois d’études, d’innombrables réunions et rapports. Seules les deux dernières méthodes  permettaient d’atteindre l’objectif de John F. Kennedy, envoyer un homme sur la Lune et le ramener sain et sauf avant la fin de la décennie (1961-1970). Sauf que Houbolt a très largement sous estimé le poids du module lunaire, ses calculs ont été effectués avec un module ayant une masse de 5 tonnes alors que le LM d’Apollo 11 avait une masse totale de 15 tonnes ! (ergols compris).

Robert Seamans, l’administrateur adjoint de la NASA de 1965 à 1968, a estimé que l’équivalent d’1 million d’heures de travail ont été nécessaires pour arriver à la décision finale.

* Une quatrième option avait été proposée par le Jet Propulsion Laboratory… Elle consistait a envoyer sur la Lune, de manière automatique et en plusieurs lancements, un vaisseau spatial pour le retour, les ergols, le matériel nécessaire à l’exploration. Le tout aurait été mis en service à distance et lorsque tout aurait été vérifié et certifié conforme on y aurait envoyé les astronautes.

Une cinquième méthode (qui n’a pas été proposée par la NASA !) envisageait d’envoyer deux hommes sur la Lune avec l’équivalent d’un 1 an de vivres et d’oxygène afin qu’ils puissent attendre le temps nécessaire qu’une technique soit trouvée pour venir les récupérer.