载人登月工程的核心是月球飞船，而真正的难点则是大型运载火箭，其中的核心又是大推力火箭发动机。
当时，中国的宇航科研机构做的第一件事情就是估算月球飞船的总质量。
只有估计出了月球飞船的总质量，才能确定需要多大的运载火箭，也才能够启动火箭发动机的研制工作。
估算工作，实际上就是一个逆推工作，首先需要确定的是搭载能力。
也就是说，月球飞船需要搭载多少名宇航员。
当然，最少也得搭载一名宇航员。
只是，一名宇航员显然不够。关键就是，月球飞船必须分成两个部分，即登月舱与轨道舱。这两个部分组成了月球飞船，在到达月球轨道之后，登月舱将载着登月宇航员到达月球表面，而轨道舱则停留在绕月轨道上。受自动化程度限制，登月舱与轨道舱里至少各需要一名宇航员。也就是说，月球飞船至少需要两名宇航员。在深入研究之后，宇航工程师最终确定需要三名宇航员。这就是，登月舱在月球上着陆之后，需要脱离月球，与轨道舱会合，宇航员则搭乘轨道舱返回地球。登月舱在升空的时候，有很多工作需要宇航员来做，而一名宇航员肯定忙不过来。
三名宇航员的标准确定下来之后，就能大致计算出重返大气层的着陆舱的质量了。
在这方面，中国的宇航工程师有着较为丰富的经验，因为中国已经实现了载人航天，而能够搭载三名宇航员的飞船也已研制成功。即便这艘飞船上没有科研设备，其总质量也达到了五吨。
也就是说，月球飞船的核心部分重达五吨。
当然，这只是核心部分。
登月舱可以做得小一点，主要是月球没有大气层，因此不需要考虑在月球上着陆时减速所产生的摩擦热量，也就可以省去隔热部分。此外，如果选择恰当的着陆区，并且尽可能的控制在月球上的停留时间，温度变化幅度也不会很大。更重要的是，月球表面的引力强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，因此登月舱重返太空所需的发射能量就小得多。
只是，要把两名宇航员送到月球表面上，再让其搭乘登月舱返回到轨道舱上，登月舱的总质量也不会低于十五吨。
当然，这还不是月球飞船质量最大的部分。
真正的大头是轨道舱。
虽然通过精确控制飞船的航线，利用星体引力，月球飞船在达到了第二宇宙速度，飞往月球的过程中几乎不会消耗能量，而且只要航线足够精确，在靠近月球之后，能被月球的引力捕获，成为月球的卫星，因此也不存在减速的问题。也就是说，在飞往月球、进入月球轨道的过程中，月球飞船对能量的需求非常低。
关键在返回地球的过程。
这就是，月球飞船首先得摆脱月球的引力控制，即达到月球的第二宇宙速度，然后平稳飞行三十万公里，到达地球的近地轨道上，成为地球的卫星。相对而言，摆脱月球的引里并不难，而且月球的第二宇宙速度也不高。真正麻烦的是在靠近地球的时候，月球飞船需要提高速度，才能达到地球的第一宇宙速度，也才能够成为地球的卫星，不然就会直接坠入大气层烧毁。
虽然月球飞船的最终目的是把宇航员送回地球，但是绝对不是直接坠入大气层。
说得简单一些，重返大气层是一个逐渐降低轨道高度的过程，飞船是沿着一条螺旋线航线逐步接近地面，而不是直接坠向地面。
根据宇航工程师计算得出的结果，轨道舱的质量至少为二十吨。
也就是说，月球飞船的总质量在四十吨以上。
要知道，这还是理论计算结果，而且并没有考虑到其他需要。比如在登陆月球后，宇航员肯定会采集岩石标本，并且得把这些标本带回地球，还需要妥善保管，因此就会增加返航时的重量。
如果各个子系统的研制工作出现了问题，还会增加月球飞船的总质量。
最后，宇航工程师把整个月球火箭的质量上限定为六十吨，并且争取一切可能把质量控制在五十吨以内。
当然，这只是最初的估算，而不是月球飞船的设计指标。
进入设计阶段后，月球飞船被分成了三个部分，即指挥舱、服务舱与登月舱。指挥舱与服务舱就是前面提到的轨道舱，主要就是把维持宇航员生存的返回舱分割出来，形成了指挥舱，而把动力系统等部分集中到了服务舱里。这种分舱设计，主要就是为了避开当时无法解决的技术难