1.“水晶”号宇宙飞船
“水星”号是美国研制的第一代载人飞船，它是美苏载人航天竞争的产物。飞船外形是圆锥形，高2.9米，底部直径1.83米。顶部直径0.5米，飞船约重1.35吨。
“水晶”号飞船由圆台形座舱和圆柱形伞舱组成。在发射时，水星飞船的顶端还有一个高约5米的救生塔。
飞船设计的最长飞行时间为2天。飞船通常由6部分组成：
①逃逸系统：它是针对美国当时的运载火箭可靠性不高而专门设置的，该系统由逃逸火箭、逃逸塔和逃逸塔抛射火箭组成。逃逸火箭的推力为2340千克，燃烧时间为1秒。逃逸塔抛射火箭推力为360千克，燃烧时间为1.5秒。
飞船发射期间，一旦运载火箭发生故障，逃逸火箭在1秒钟内能把飞船从运载火箭上推开75米。若刚离发射台，1秒钟内能推开约38米，当宇宙神助推级分离后便抛弃逃逸系统。
②天线容器：该容器装有指令、遥测和通信天线，两台红外水平扫描器以及制动伞等。制动伞直径1.83米，在6.3千米高空打开。
③回收部件：它设有回收信标、天线和闪光灯辅助设备以及主伞和备用伞等。伞的直径均为19.2米，在3.05千米高空打开，将飞船降落速度减少到每秒9米。
④座舱：座舱是双层密封的。它设有通信、环境控制系统、仪表、导航设备等。航天员乘坐的躺椅按体型制作，可提高航天员对加速度的耐力。舱内环境使用100%氧气，气压为每平方厘米0.63千克，温度保持在10℃～30℃。
⑤反推与分离火箭：在组件内装有反推火箭和正推火箭。反推火箭有3台，每台推力450千克，燃烧时间10秒，其中任意两台都能实施安全再入。它能将飞船速度从每小时2.8165万千米降至每小时563千米，从而使飞船离开轨道。
正推火箭也有3台，每台推力180千克，燃烧时间为1秒。当飞船主发动机燃烧终止，将飞船送入轨道后，正推火箭使飞船与火箭分离，分离速度为每秒6米。
⑥防热层：它主要用于在飞船再入时承受气加热。亚轨道飞行时防热层采用铍，轨道飞行时采用玻璃和树脂混合物。
“水晶”号飞船研制分为两个阶段。其中，第一阶段是试验性的，属于亚轨道飞行。这主要是当时对一开始就直接进行载人绕行飞行的技术还不成熟，所以先进行亚轨道飞行。这一阶段水晶号共飞行了6次。其中有5次成功，有2次是载人飞行。第二个阶段是实施载人飞行阶段。从1962年2月至1963年5月相继成功地发射了“水晶”6号—“水晶”9号共四艘飞船。
2.“双子星座”号飞船
1958年，美国宇航局总部和太空任务小组开始考虑“水星”载人航天计划之后美国的载人航天计划的目标和任务。以吉尔罗斯和费格特为首的太空任务小组对此十分关心。
他们认为这项计划应在“水星”计划完成的任务基础上，主要实现两大目标：载人轨道飞行时间大大延长，达到1周以上；实现飞船在轨道上机动、交会和对接。
当1961年美国制定了“阿波罗”登月计划后，这一计划的任务更加明确起来，即为完成登月任务探索、试验新技术，最重要的有两方面：一是将载人飞行时间延长到2周，以充分研究人在太空生活和工作的适应性；二是完成两个航天器在轨机动、交会和对接。这两大任务在登月期间都会遇到。这样，“双子星座”计划就变成“阿波罗”计划的辅助项目。1965年3月“双子星座”飞船首次载人发射，到1966年11月，其先后进行了9次载人飞行，圆满完成了预定任务。
此外，“双子星座”计划还取得了大量对地观测、空间科学试验成果：航天员共进行了52项实验，其中27项是新技术实验，8项是医学实验，另外17项是科学实验。“双子星座”飞船还在不同的高度上拍摄到了1400张地球彩色照片。飞船完成了空间交会和对接工作，航天员在开放空间活动长达2小时，最长飞行时间达14天，实现了飞船姿态控制、机动、变轨飞行和受控再入，发展了新型燃料电池，积累了长时间飞行的经验，包括生理、医学、生活等。“双子星座”计划为“阿波罗”计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。
双子星座号是美国第二代载人飞船，它可以容纳两名宇航员，重约3吨，飞船基本呈圆锥一钟形，重约3.2～3.9吨，全长5.7米，底部最大直径3米。飞船由再入舱和连接舱两部分组成，飞船再入前抛弃连接舱，仅回收再入舱。
再入舱有3个舱段：①交会和回收段：内装交会雷达、交会和对接装置、制动伞、导伞和主伞；②再入控制段：内装再入控制系统的燃料和氧化剂箱、16台再入控制发动机以及阀门管路等；③座舱段：内装生保系统、仪器、电子设备以及各种实验装置。座舱内还装有供两名航天员使用的应急弹射座椅，一旦飞船在发射台上、起飞过程中、返回地面时发生事故，弹射座椅就为航天员提供救生措施。
连接舱有两个舱段：①制动段：内装4台固体制动发动机；②设备段：内装各种通信电子设备、燃料电池、氧气、冷却剂、贮水箱和轨道姿态发动机和机动发动机各8台及其推进剂贮箱等。
“双子星座”号飞船和“水星”号飞船相比，增加了可机动飞行与其他航天器交会、对接的功能，航天员也可以进行出舱活动，同时在轨道飞行时间也延长了许多。
从1961年11月开始到1966年11月结束，“双子星座”号飞船历时5年，共研制了12艘飞船。最初的两艘（“双子星座”1-2号）没有载人，目的是检测火箭和飞船是否匹配，它们分别于1964年和1965年发射成功。之后，1965年又相继发射了“双子星座”3-7号5艘飞船，并且实现了航天员出舱在太空漫步。这为以后的登月和上空间站打下了坚实的技术基础。
作为一项独立又有过渡性的计划，“双子星座”计划取得了许多开创性成就，为“阿波罗”计划提供了极其宝贵的经验和技术成果，这些经验和成果主要包括：一、提供了足够执行“阿波罗”计划的长时间飞行经验，包括生理、医学、生活等方面。二、验证了飞船载人条件下温度、供氧、压力长期工作的可靠性和寿命。三、完成了最重要的飞行器交会与对接，为载人登月的月球轨道对接方案提供了有力的证据。四、完成了长达2小时以上的舱外活动，为航天员在月面活动积累了经验。五、实现了飞行器姿态控制、机动和变轨飞行，这是“阿波罗”计划必不可少的任务。六、实现了受控载入，提高了落点的精度，为航天员的安全提供了更大的保证。七、飞船分成几段，在再入时只回收载人舱，“阿波罗”飞船也采用了这种格局。八、“双子星座”飞船的新型燃料电池获得了验证和改进，并成功用于“阿波罗”飞船。九、“双子星座”飞船存在的一些问题，如姿态控制系统的可靠性、救生系统故障、宇航服笨重、太空行走困难等被“阿波罗”计划广泛吸取并加以改进。十、“双子星座”计划还提供了航天员训练、太空生活等方面的经验。此外，“双子星座”计划的历次飞行对“阿波罗”计划任务的确定提供了直接的指导。十一、远距离对地通讯获得发展和验证。十二、地面各控制台站的工作满足了远程太空飞行的要求。此外，该计划还在对地观测、科学试验方面取得了大量成果。
3.“阿波罗”号飞船
“阿波罗”飞船是美国继“双子星”号为了登月而研制的第三代飞船。它是用希腊太阳神“阿波罗”命名的。它由指令舱、服务舱和登月舱三部分组成，另外在发射上升段还有救生塔。飞船高约16米，包括救生塔总高达25米，最大直径9.45米，重量约为25吨。
指令舱：也叫指挥舱，是航天员在飞行中生活和工作的地方，也是整个飞船的控制中心，它是整艘飞船中唯一回收的部件。该舱呈圆锥形，高3.5米，重约6吨。
指令舱又分为前、中、后三个舱段。前舱安装有着陆设备、回收设备和姿控发动机。中舱是航天员的座舱，为密封舱，中央并排安置三张航天员座椅，中间是指令舱驾驶员的，两边分别为指令长和登月舱驾驶员的座位。发射和返回时，航天员必须躺在座椅上，其余时间可以离开座椅在舱内活动。
服务舱：服务舱呈圆柱形，是为指挥舱和航天员服务的舱室。该舱高6.7米，直径4米，重约25吨。该舱采用轻金属蜂窝结构，分为6个隔舱，装有主发动机、姿态控制系统、推进剂贮箱、环境控制系统以及通信系统和电源等。环境控制系统保证3名航天员14天的生活环境。能源系统采用三组燃料电池。从发射直到再入大气层前，服务舱与指挥舱一直连接在一起。进入大气层后，服务舱会与指挥舱分离，并在大气层中烧毁。
登月舱：它主要用于把航天员从月球轨道下降到月球表面，在任务完成后再把他们送回在月球轨道上运行的指挥舱。在探测月面期间，该舱又是航天员的短期探险基地。登月舱由下降级和上升级组成，地面起飞时重14.7吨，宽4.3米，最大高度约7米。
为实现载人登月飞行，美国还完成了4项辅助计划，它们包括：
①“徘徊者”号探测器计划（1961年～1965年）：美国共发射9个探测器，在不同的月球轨道上拍摄月球表面状况的照片1.8万张，以了解飞船在月面着陆的可能性。
②“勘测者”号探测计划（1966年～1968年）：共发射5个自动探测器在月球表面软着陆，通过电视发回8.6万张月面照片，并探测了月球土壤的理化特性。
③“月球轨道环行器”计划（1966年～1967年）：共发射3个绕月飞行的探测器，对40多个预选着陆区拍摄高分辨率照片，获得1000多张小比例尺高清晰度的月面照片，据此选出约10个预计的登月点。
④“双子星座”号飞船计划：阿波罗计划载人登月的技术途径是选用月球轨道交会方案，即将一艘载有3名航天员的飞船发射到月球轨道上，然后2名航天员乘登月舱在月面上降落，进行月面探险。另一名航天员仍留在指挥舱中绕月球轨道飞行，并进行科学实验。返回时，在月面上的2名航天员启动登月舱的上升段发动机，飞上月球轨道，与指挥舱交会对接，2名航天员进入指挥舱后，抛弃登月舱的上升段，脱离月球轨道返回地球。在再入大气层前，抛弃服务舱，仅指挥舱在太平洋上溅落。
为发射阿波罗飞船，美国还专门研制了土星运载火箭，运载火箭研制分两个阶段进行：第一阶段研制“土星”1和“土星”IB，用于获取大型运载火箭的研制经验，并进行阿波罗飞船的飞行试验；第二阶段研制“土星”5巨型3级运载火箭作为飞船登月的运载工具。
美国通过发射10艘阿波罗飞船（其中有的只有服务舱或登月舱）才实现第一次载人登月。从“阿波罗”1号至“阿波罗”6号进行了6次不载人飞行试验，在近地轨道上鉴定飞船的指挥舱、服务舱和登月舱，考验登月舱的动力装置。
“阿波罗”7、8、9号飞船进行了载人飞行试验。其主要作环绕地球、月球飞行和登月舱脱离环月轨道的降落模拟试验、轨道机动飞行和模拟交会、模拟登月舱和指挥舱的分离和对接，按登月所需时间进行了持续11天的飞行，检验飞船的可靠性。1969年5月18日发射的“阿波罗”10号飞船进行了从地面发射到登月全过程的演练飞行。
4.“猎户座”飞船
猎户座飞船，原称为“乘员探测飞行器”，外形与美国早期的阿波罗飞船基本相似，能乘载4～6名航天员。
猎户座飞船由四部分组成：乘员舱、服务舱、飞船结合段和发射终止系统。乘员舱呈圆锥形，服务舱呈圆筒形，两者结合起来跟美国以前的阿波罗飞船指令舱和服务舱非常相似，如出一辙。
猎户座飞船乘员舱跟阿波罗飞船的指令舱外形完全一样，呈70°的圆锥体，舱内可乘坐6名航天员，而阿波罗飞船的指令舱最多只能乘坐3名航天员。
虽然猎户座飞船外形上与阿波罗飞船相似，但里面的系统和设备则是现代的，而且相当先进。例如仪表部分采用波音787飞机的数字式系统；控制部分既可自控又可手控，在应急情况下航天员可用手控取代自控；废物处理系统采用国际空间站上的男女通用的厕所；舱内使用1个大气压力的氮氧混合大气，以便航天员在里面更舒适。
此外，飞船的推力系统、电子系统、计算机系统、环控生保系统和防热系统都是采用21世纪最先进的技术。
猎户座飞船乘员舱的最大特点是采用了降落伞与反推火箭相结合的回收系统，从而使乘员舱能像俄罗斯的联盟号飞船一样在陆地上着陆。还有一个特点是这种乘员舱能部分重复使用，每一个乘员舱最多能重复使用10次。防热系统比航天飞机的更好、更安全可靠。
猎户座飞船乘员舱的最大直径是5米，舱内加压部分的容积是20立方米，可供航天员使用的容积是11立方米。飞船净重14吨，推进剂重量9.35吨，飞船着陆重量7.4吨，能从月球上带回来的有效载荷的重量为100千克。
猎户座飞船的服务舱呈圆筒形，比阿波罗飞船的更大、更短、更轻。舱的两侧有两个圆形太阳电池板；舱内装有飞船的主发动机，这种发动机是AJ-10火箭发动机，使用自燃推进剂；舱内还装有环控生保系统，向航天员提供新鲜的氧气、饮用水和冷却用水，另外废物处理系统还可将废水和尿过滤和再生成冷却用水。在飞船发射时，乘员舱和服务舱外都安装有玻璃纤维防护罩，在发射2分半钟后被抛弃。
猎户座飞船在完成国际空间站的运输任务中，能在轨道上保持与国际空间站的对接状态长达6个月，以保证国际空间站上的航天员可以随时返回地球。在完成航天员登月任务中，它能在无人照料的情况下在月球轨道上停留6个月，等待航天员从月面返回。
猎户座飞船也可以完成货运任务，在这种情况下可以无人驾驶。猎户座飞船在完成国际空间站的运输任务中可乘坐6名航天员，而在完成航天员登月任务中只能乘坐4名航天员。