在GPS出现之前，工程师们必须依靠良好且无差错的数学计算。
在 20 世纪 60 年代，利用我们对两个物体力学的了解，绘制了从地球发射台到月球着陆点（然后再返回）的路径。 但这些都不是简单的计算。 毕竟，月球和地球都沿着各自的轨道运动，其中一个从头到尾都在快速旋转。 幸运的是，这些动作都还好，一路上没有太多的波折。 一旦你走上了正确的轨道，接下来的几天将是一帆风顺的。
然而，“正确的轨迹”可能需要很多小的调整，尤其是当你到达旅程的两端时。 为了确保航天器不会降落在月球陨石坑的边缘，或者在重新进入地球大气层时燃烧或跳入太空，飞行员必须能够非常精确地了解航天器的三件事：
它在太空中的位置和去向？导航）。
需要采取哪条路径才能继续或返回计划的路径？（指导）。
如何以及何时激活推进器以匹配计划的路径？（控制）。
对于阿波罗太空任务，麻省理工学院仪器实验室（现为查尔斯·斯塔克·德雷珀实验室）的工程师开发了一种由计算机、软件、惯性测量单元 （IMU） 和光学仪器组成的初级制导、导航和控制系统 （PGNCS）。 宇航员使用光学六分仪和望远镜来测量恒星与地球或月球地平线之间的角度;计算机将计算这些角度并提供必要的导航信息。 当时，阿波罗制导计算机是最先进的。 （当然，它现在不如您的手持**功能那么多）。
导航到月球需要有关某些参考系的当前位置和速度的数据。 例如，地球上的大型天线可以通过测量从地球发送到太空舱并返回的信号的延迟来确定自己与航天器的距离。 它还可以确定径向速度，或航天器沿天线和航天器之间的线移动的速率，使用多普勒效应来计算该信号与其返回版本之间的频率差。 地球附近无线电跟踪的精度令人难以置信，测量距离的误差小于30米。
为了制导和控制，阿波罗飞船配备了大型发动机和较小的反应控制系统推进器，这些推进器在发射时会改变航天器的横滚、俯仰和偏航，并在返回轨道所需的方向上提供推力。 但是，为了在特定方向上启动发动机，航天器必须知道其在太空中的方向。 这就是IMU的用武之地。
IMU大约有足球那么大，包含一个安装在三个万向节上的平台。 云台上的传感器知道航天器相对于平台绕每个轴旋转了多少度，允许机组人员通过计算机向机组人员报告航天器的方向。 有了这些信息，机组人员可以采取必要的步骤来维护路线。
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