載人登月工程的核心是月球飛船，而真正的難點則是大型運載火箭，其中的核心又是大推力火箭發動機。
當時，中國的宇航科研機構做的第一件事情就是估算月球飛船的總質量。
只有估計出了月球飛船的總質量，才能確定需要多大的運載火箭，也才能夠啟動火箭發動機的研製工作。
估算工作，實際上就是一個逆推工作，首先需要確定的是搭載能力。
也就是說，月球飛船需要搭載多少名宇航員。
當然，最少也得搭載一名宇航員。
只是，一名宇航員顯然不夠。關鍵就是，月球飛船必須分成兩個部分，即登月艙與軌道艙。這兩個部分組成了月球飛船，在到達月球軌道之後，登月艙將載著登月宇航員到達月球表面，而軌道艙則停留在繞月軌道上。受自動化程度限制，登月艙與軌道艙裡至少各需要一名宇航員。也就是說，月球飛船至少需要兩名宇航員。在深入研究之後，宇航工程師最終確定需要三名宇航員。這就是，登月艙在月球上著陸之後，需要脫離月球，與軌道艙會合，宇航員則搭乘軌道艙返回地球。登月艙在升空的時候，有很多工作需要宇航員來做，而一名宇航員肯定忙不過來。
三名宇航員的標準確定下來之後，就能大致計算出重返大氣層的著陸艙的質量了。
在這方面，中國的宇航工程師有著較為豐富的經驗，因為中國已經實現了載人航天，而能夠搭載三名宇航員的飛船也已研製成功。即便這艘飛船上沒有科研設備，其總質量也達到了五噸。
也就是說，月球飛船的核心部分重達五噸。
當然，這只是核心部分。
登月艙可以做得小一點，主要是月球沒有大氣層，因此不需要考慮在月球上著陸時減速所產生的摩擦熱量，也就可以省去隔熱部分。此外。如果選擇恰當的著陸區，並且盡可能的控制在月球上的停留時間，溫度變化幅度也不會很大。更重要的是，月球表面的引力強度只地球表面的六分之一，月球的第一宇宙速度也要比地球小得多。因此登月艙重返太空所需的發射能量就小得多。
只是。要把兩名宇航員送到月球表面上，再讓其搭乘登月艙返回到軌道艙上，登月艙的總質量也不會低於十五噸。
當然，這還不是月球飛船質量最大的部分。
真正的大頭是軌道艙。
雖然通過精確控制飛船的航線。利用星體引力，月球飛船在達到了第二宇宙速度，飛往月球的過程中幾乎不會消耗能量，而且只要航線足夠精確，在靠近月球之後。能被月球的引力捕獲，成為月球的衛星，因此也不存在減速的問題。也就是說，在飛往月球、進入月球軌道的過程中，月球飛船對能量的需求非常低。
關鍵在返回地球的過程。
這就是，月球飛船首先得擺脫月球的引力控制，即達到月球的第二宇宙速度，然後平穩飛行三十萬公里，到達地球的近地軌道上。成為地球的衛星。相對而言，擺脫月球的引裡並不難，而且月球的第二宇宙速度也不高。真正麻煩的是在靠近地球的時候，月球飛船需要提高速度，才能達到地球的第一宇宙速度。也才能夠成為地球的衛星，不然就會直接墜入大氣層燒燬。
雖然月球飛船的最終目的是把宇航員送回地球，但是絕對不是直接墜入大氣層。
得簡單一些，重返大氣層是一個逐漸降低軌道高度的過程。飛船是沿著一條螺旋線航線逐步接近地面，而不是直接墜向地面。
根據宇航工程師計算得出的結果。軌道艙的質量至少為二十噸。
也就是說，月球飛船的總質量在四十噸以上。
要知道，這還是理論計算結果，而且並沒有考慮到其他需要。比如在登陸月球後，宇航員肯定會採集岩石標本，並且得把這些標本帶回地球，還需要妥善保管，因此就會增加返航時的重量。
如果各個子系統的研製工作出現了問題，還會增加月球飛船的總質量。
最後，宇航工程師把整個月球火箭的質量上限定為六十噸，並且爭取一切可能把質量控制在五十噸以內。
當然，這只是最初的估算，而不是月球飛船的設計指標。
進入設計階段後，月球飛船被分成了三個部分，即指揮艙、服務艙與登月艙。指揮艙與服務艙就是前面提到的軌道艙，主要就是把維持宇航員生存的返回艙分割出來，形成了指揮艙，而把動力系統等部分集中到了服務艙裡。這種分艙設計，主要就是為了避開當時無法解決的技術難題。
當然，這都是後話了。
確定了月球飛船的總體質量之後，就得著手設計運載火箭。
毫無疑問，這是登月項目中最大的技術問題。
即便月球飛船的研製工作收到了理想的結果，即月球飛船的總質量為五十噸，也意味著運載火箭需要具備五十噸的月球軌道運載能力，而這相當於一百四十噸的地球近地軌道運載能力。
這是個什麼概念？
在二十世紀六零年代末，這是一個中國航天技術所無法企及的高度。
當時，中國擁有的推力最大的運載火箭，其近地軌道運載能力還不到二十噸，而且已經是中國擁有的液體燃料火箭發動機的極限了。
白了，中國的液體燃料火箭發動機技術確實不夠先進。
當時，中國的液體燃料火箭發動機是以煤油做為燃料，即煤油液氧燃料發動機，而德意志第二帝國已經開始使用液氫液氧燃料發動機。
如果依然以煤油作為火箭的燃料，那無論如何也不可能達到一百四十噸的運載能力。
為此，中國必須研製液氫液氧火箭發動機，而當時中國在該領域的技術儲備為零，甚至連預研項目都沒有。
顧祝同為載人登月工程爭取到的五十四億啟動資金中，有二十六億花在了液氫液氧火箭發動機的研製項目上。
也就是說，差不多一半的科研經費用於啟動火箭發動機的研製工作。
投入的錢不少，可是相對於需要解決的技術難題，那就不算什麼了。更要命的是，時間比金錢還要寶貴。
顧祝同已經放出了豪言壯語，必須在五年內把宇航員送上月球。
顯然，僅僅是研製大推力液氫液氧火箭發動機，五年時間都不夠充足。
事實也確實如此，即中國的第一種推力超過一千噸的液氫液氧火箭發動機要到二十多年之後，也就是二十世紀末才問世。
在預研階段，火箭動力工程師就意識到了這一點。
一九七零年三月，在載人登月工程的第一次總工程師會議上，運載火箭系統總工程師錢仲三教授就提出，不管花多少錢，也不可能在短短五年之內研製出能夠實現載人登月的液氫液氧火箭發動機，建議採用混合型火箭，並且通過捆綁方式，使第一級火箭達到所需要的基本運載能力。
顧祝同不懂技術，卻懂得聽取專家的意見。
要知道，錢仲三不但是中國最優秀的火箭專家，即便在全世界，也是最優秀的火箭專家之一。
更重要的是，錢仲三一直從事液體火箭的研製工作，與其他火箭專家不大一樣。
受軍方導彈項目影響，中國的大部分火箭專家都把精力放在了固體火箭上，因此液體火箭專家並不多。
在此之前，錢仲三主導了載人航天工程的運載火箭研製工程。
當時，用來發射載人宇宙飛船的運載火箭所採用的火箭發動機就是由錢仲三研製的，而且其性能已經得到了充分的證實。
建議得到採納後，錢仲三很快就提出了一個可行方案。
這就是，以載人航天工程所用的yj-4型火箭發動機為基礎，研製一種推力在五百噸左右的大型煤油液氧火箭發動機，燃油以捆綁的方式，由七台這樣的發動機構成第一級，產生三千五百噸的推力，獲得推動總質量在三千一百噸左右的運載火箭的能力，而這枚運載火箭的近地軌道運載能力至少能達到一百二十噸。當然，運載能力不但與第一級有關，也與火箭的第二級有關。
可以說，這是最有望變成現實的方案。
更重要的是，這是花時間最少的方案。
在經過技術專家委員會的評定之後，錢仲三提出的運載火箭第一級動力系統配製方案獲得了通過。
也就是說，只花了不到半年，運載火箭的第一級設計方案就確定了下來。
在幾十年後，這是很難讓人相信的，甚至很難想像。要知道，規模如此大的項目，僅審定就需要花上好幾年，而具體設計還要花上好幾年。在短短半年內就走出了第一步，這個速度絕對是個奇跡。
只是，在冷戰時期，從來都不缺乏奇跡。
要知道，當初中國海軍僅花了三年就設計建造了世界上第一艘超級航母，在半年內搞定大型運載火箭的第一級設計方案，確實不算什麼。
當然，這也與顧祝同的領導能力有很大的關係。