الهبوط على القمر
الخلفية العلمية

من أجل الذهاب إلى القمر، يتعين على المركبة الفضائية أولاً أن تخرج من مجال الجاذبية الخاص بالأرض، والسبيل العملي الوحيد لتحقيق هذا هو باستخدام صاروخ، وعلى عكس المركبات المحمولة جوًا الأخرى مثل المناطيد أو الطائرات النفاثة، فإن الصاروخ عبارة عن شكل معروف من أشكال الدفع الذي يمكنه الإستمرار في زيادة سرعته على إرتفاعات عالية في الفضاء خارج الغلاف الجوي للأرض.
وعند الاقتراب من القمر المستهدف، ستنجذب المركبة الفضائية بصورة أقرب إلى سطح القمر بسرعات متزايدة بسبب الجاذبية، ومن أجل الهبوط السليم، يجب أن تكون المركبة الفضائية إما مجهزة لمقاومة صدمات «الهبوط القاسي» لأقل من (160 كم/ساعة) 100 ميل/ساعة (غير ممكن في حالة وجود بشر)، أو يجب أن تتباطأ على نحو كافٍ بالنسبة «للهبوط السهل» بسرعة ضئيلة عند التلامس، وقد فشلت المحاولات الثلاث الأولى من قِبل الأمريكيين للقيام بهبوط صعب ناجح على سطح القمر باستخدام حزمة مقياس زلازل مجهزة لتحمل الصدمات في عام 1962م.
حقق السوفييت إنجازًا مهمًا للهبوط الصعب على سطح القمر باستخدام كاميرا مجهزة لتحمل الصدمات في عام 1966م، وعقب ذلك بشهور فقط كان أول هبوط سهل على سطح القمر بدون بشر من قبل الأمريكيون. وتعادل سرعة الإفلات للقمر المستهدف تقريبًا سرعة الهبوط التصادمي على سطحه، وبالتالي فإنها تكون إجمالي السرعة التي يجب أن تحدث من قوة الجاذبية للقمر المستهدف بالنسبة للهبوط السهل. وبالنسبة لقمر الأرض، فإن هذا الرقم هو 2.38 كم/ثانية (1.48 ميل/ثانية).
وعادة ما يحصل هذا التغير في السرعة (المشار إليها باسم دلتا v) بواسطة أحد صواريخ الهبوط، الذي يجب حمله إلى الفضاء بواسطة مركبة الإطلاق الأصلية كجزء من المركبة الفضائية بشكل عام، ويُستثنى من ذلك الهبوط السهل على سطح القمر على تيتان الذي أجري من قِبل مسبار هايجنز في عام 2005م، باعتباره القمر الوحيد الذي لديه غلاف جوي، يمكن إنجاز عمليات الهبوط على قمر تيتان باستخدام تقنيات الدخول إلى الغلاف الجوي التي عادة ما تكون أخف وزنًا من الصاروخ الذي يتمتع بنفس القدرات.
نجح السوفييت في القيام بأول هبوط اضطراري على سطح القمر في عام 1959م. وقد تحدث حالات الهبوط الاضطراري  بسبب وجود خلل في المركبة الفضائية أو يمكن الترتيب لها عمدًا للمركبات التي ليس لديها صاروخ هبوط على متنها. كانت هناك العديد من التصادمات على سطح القمر، وغالبًا ما يتحكم في مسار رحلتها للتصادم في مواقع دقيقة على سطح القمر. على سبيل المثال، خلال برنامج أبولو، اصطدمت المرحلة الثالثة من إس 4 بي صاروخ القمر ساتورن 5 وكذلك مرحلة الصعود لكبسولة الهبوط على سطح القمر عمدًا بالقمر عدة مرات لتوفير قياس الصدمات باعتبارها زلزالا قمريا على أجهزة قياس الزلازل التي تُركت على سطح القمر. ومثل هذه الصدمات كانت مفيدة في رسم خرائط البنية الداخلية للقمر.
وللعودة إلى الأرض، يتعين التغلب على سرعة الإفلات من القمر حتى يتسنى للمركبة الفضائية الإفلات من حقل الجاذبية الخاص بالقمر. ويجب استخدام الصواريخ لمغادرة القمر والعودة إلى الفضاء. وعند الوصول إلى الأرض، تُستخدم تقنيات الدخول إلى المجال الجوي لامتصاص الطاقة الحركية للمركبة الفضائية العائدة وتقليل سرعتها للهبوط الآمن. وهذه الوظائف تعقد بشكل كبير مهمة الهبوط على القمر وتؤدي إلى العديد من الاعتبارات التشغيلية الإضافية. ويجب أولاً حمل صاروخ مغادرة القمر إلى سطح القمر عن طريق صاروخ الهبوط على سطح القمر، وهو الأمر الذي يزيد من الحجم المطلوب لصاروخ الهبوط على سطح القمر. ويتعين في المقابل رفع صاروخ مغادرة القمر وصاروخ الهبوط على سطح القمر الأكبر حجمًا وأي معدات لدخول الغلاف الجوي للأرض مثل الدروع الحرارية والمظلات بواسطة مركبة الإطلاق الأصلية، الأمر الذي يزيد بشكل كبير من حجمها إلى درجة كبيرة ومانعة تقريبًا. وهذا يتطلب تحقيق الاستفادة المثلى من تحجيم المراحل في مركبة الإطلاق وكذلك النظر في استخدام ملتقى الفضاء بين مركبات فضائية متعددة.