После запуска 4 октября 1957 г. Советским Союзом первого искусственного спутника Земли, в декабре 1957 г. Агентство баллистических снарядов Армии США предложило проект тяжелой ракеты-носителя (РН), превосходящей по ряду характеристик советскую Р-7 . Это предложение основывалось на материалах, подготовленных группой Вернера фон Брауна, работавшего в то время в Редстоунском арсенале Армии США в Хантсвилле. Позиции фон Брауна еще более укрепились, когда 1 февраля 1958 г. с помощью разработанной под его руководством ракеты состоялся успешный запуск первого американского спутника. Летом 1958 г. группа фон Брауна получила контракт от Министерства обороны США на проектирование новой мощной РН. Первоначально этот проект носил название «Юнона-5» или «Юпитер-5», поскольку в его основу были положены результаты, достигнутые при создании баллистической ракеты «Юпитер». Однако, для обеспечения американского превосходства в космосе требовалась качественно иная РН, и этот факт отразился в том, что новому детищу команды фон Брауна было присвоено обозначение «Сатурн».
В 1958 г. фирма «Рокетдайн» получила заказ на создание ракетного двигателя Н-1 (Эйч-1), работающего на керосине и жидком кислороде, впоследствии устанавливаемом на первых ступенях РН «Сатурн-1» и «Сатурн-1 Б». Этот двигатель отличался сравнительной простотой конструкции для достижения высокой надежности. В дальнейшем аналогичный подход был реализован при проектировании двигателей F-1 (керосин и жидкий кислород) и J-2 (жидкий водород и жидкий кислород), использованных для осуществления пилотируемых лунных экспедиций.
В середине 1960 г. были обнародованы предложения о создании нескольких вариантов трехместного космического корабля (КК): «Аполлон-А» для орбитальных полетов, «Аполлон-В» для облета Луны, «Аполлон-С» для высадки на Луну . Сначала этот проект не нашел поддержки у президента США Д. Эйзенхауэра. Однако после успешного полета первого в мире советского космонавта Юрия Гагарина 12 апреля 1961 г., оказавшегося сильным ударом по американским амбициям, работам по проекту «Аполлон» была предоставлена «зеленая улица» и 25 мая 1961 г. новый президент США Д.Ф. Кеннеди обратился к Конгрессу с посланием «О неотложных национальных потребностях», в котором говорилось, что «страна должна поставить перед собой цель до окончания текущего десятилетия высадить человека на Луне и благополучно вернуть его на Землю. Ни один космический проект в этот период не будет более важным в плане долгосрочного освоения космоса».
Лунный модуль «Аполлона» на поверхности Луны
К этому времени НАСА еще не определилось со схемой полета к Луне и с компоновкой ракетно-космической системы. В «прямом» варианте огромная ракета должна была стартовать с Земли и выводить на трассу полета к Луне КК «Аполлон-С» массой 68 т. При подлете к Луне этот корабль, имеющий двухступенчатую компоновку, должен был развернуться «хвостом вперед», включением двигателей нижней ступени погасить скорость и опуститься на опоры посадочного устройства. После того, как астронавты исследуют район посадки и вернутся в свой модуль, верхняя ступень должна стартовать с Луны и лечь на обратный курс. Командный модуль с астронавтами затормозился бы в атмосфере Земли, выпустил парашюты и сел в океан.
Сравнение ракет «Сатурн-1», «Сатурн-5» и «Нова»
Подобный полет по «прямой» схеме требовал создания сверхмощной РН для выведения всего комплекса на околоземную орбиту. Параметры такой РН выходили за пределы возможностей семейства РН «Сатурн» и ей было присвоено наименование «Нова». В 1959 г. НАСА оценивало стартовую массу «Новы» в — 4500 т, а более тщательные оценки дали — 6000 т., причем сроки создания этой гигантской РН отодвигались за 1970 г., что было для США неприемлемо.