Devido aos rígidos protocolos de segurança, o Módulo de Comando onde estava os astronautas havia sido montado no topo do Saturno 5, com o Módulo de Serviço intercalado entre ele e o Módulo Lunar. Essa configuração era necessária e permitia que a cápsula com os astronautas fosse ejetada para longe do foguete no caso de qualquer emergência. No entanto essa disposição não permitia que os astronautas chegassem até o Módulo Lunar e a única solução seria fazer uma manobra de separação e reacoplamento.
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Com três horas e vinte minutos de voo e viajando a mais de 39 mil km por hora, o comandante Neil Armstrong dá início ao intrincado "rendevouz" espacial e detona uma pequena quantidade de explosivo alguns metros atrás da cabine. A explosão libera as travas de quatro painéis em formato de pétalas, presos ao terceiro estágio do Saturno 5 e permite que o conjunto formado pelo restante do foguete e o Módulo Lunar se desprenda do segundo bloco formado pelo Módulo de Serviço e o Módulo de Comando.
Neil Armstrong dá prosseguimento à manobra e afasta ligeiramente a nave do Módulo Lunar, preso ainda ao terceiro estágio do Saturno 5. Por diversas vezes os 16 jatos de direcionamento são acionados, fazendo com que o conjunto gire 180 graus sobre si mesmo, alinhando a ponta do Módulo de Comando com a escotilha do Módulo Lunar, alguns metros a frente.
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Lenta e delicadamente as duas naves se aproximam até que finalmente se acoplam, desta vez na configuração correta exigida para a missão, com as duas extremidades unidas formando um estreito túnel de ligação entre o Módulo Lunar e o Módulo de Comando.
O balé espacial leva aproximadamente duas horas e meia para ser completado e durante toda a manobra o terceiro estágio permaneceu anexado ao Módulo Lunar apenas para dar-lhe estabilidade. Com os três módulos unidos a missão do terceiro estágio estava cumprida e trinta e cinco minutos depois um comando desacoplava a Apollo 11, com seus três módulos, do restante do foguete.
Cinco horas e meia depois de lançada, a Apollo 11 está a 35 mil quilômetros da Terra, viajando a 14 mil quilômetros por hora. Livres, os três astronautas rumam para a Lua.