Траектория корабля «Аполлон-11» являлась траекторией свободного возвращения: в случае отказа маршевого двигателя служебного отсека корабль, обогнув Луну на расстоянии 110 км от поверхности, вернулся бы в атмосферу Земли и через 145 ч 04 мин после старта и приводнился в запасном районе Тихого океана.
Сначала корабль двигался бы по траектории, отстоящей на 3000 км от лунной поверхности. Без дополнительных импульсов корабль при этом, выйдя из сферы действия Луны, стал бы двигаться по геоцентрической траектории и, пройдя на расстоянии 82 000 км от Земли, вышел бы из сферы действия Луны. Для входа в атмосферу понадобились бы коррекции, производимые с помощью маршевого двигателя или вспомогательных двигателей основного блока, или двигателей лунного отсека.
При невозможности их осуществить, корабль был бы обречен на вечное движение по орбите вокруг Солнца. Обязательная вторая коррекция, производимая после 31 часа полета к Луне (из четырех возможных на пути к Луне), переводит посредством импульса 19,5 м/с корабль на «гибридную» траекторию, проходящую на расстоянии примерно 120 км от Луны.
Около ближайшей к Луне точки траектории (над обратной стороной Луны) экипаж включил, примерно на 6 мин, маршевый двигатель основного блока, уменьшающий селеноцентрическую скорость примерно с 2,5 км/с до 1,7 км/с. Корабль перешел на эллиптическую окололунную орбиту с апоселением на высоте примерно 315 км.
Далее, с помощью нового тормозного импульса маршевого двигателя корабль перевели на слабо эллиптическую орбиту. Высота ее от 100 до 120 км. Вследствие возмущений из-за не центральности поля тяготения Луны, она по расчетам сама затем должна превратиться в круговую орбиту высотой 111 км.
С этой «базовой» орбиты совершался переход отделившегося лунного отсека с двумя космонавтами на эллиптическую орбиту снижения с периселением на высоте примерно 15 км вблизи избранного места посадки. Тормозной импульс сообщается двигателем посадочной ступени.
Заключительный этап посадки начался включением двигателя посадочной ступени вблизи периселения, на высоте 15 км и расстоянии 480 км от места посадки. Через 26 сек, тяга двигателя делается максимальной. Еще через 4 мин бортовой радиолокатор начинает сообщать высоту, а через 2 мин после этого – скорость корабля относительно поверхности.
При этом тяга уменьшается до 60% от максимальной. Через 8 мин 24 сек торможения, на высоте 2,35 км и расстоянии 8,2 км от места посадки,( при горизонтальной скорости 152 м/с и вертикальной 45,7 м/с) произведен этап дальнего подхода с возможностью ручного управления.
Наконец, через 10 мин 6 сек после начала торможения астронавты произвели этап ближнего подхода – до места посадки 550 м, высота 159 м, горизонтальная составляющая скорости 16,8 м/с, спуск почти вертикален.
Вертикальное снижение начинается на высоте 46 м, причем автоматически поддерживается постоянной скорость