Apollo 4

Als Präsident John F. Kennedy 1961 vorschlug, noch vor Ende des Jahrzehnts einen Amerikaner auf den Mond und wohlbehalten zurück zur Erde zu bringen, stand als Erstes die Frage an, mit welcher Rakete das gelingen sollte. Die NASA entschied sich für die Saturn C-5, einen dreistufigen Träger, der auf bereits laufenden Entwicklungen aufbaute; sie wurde 1962 genehmigt, mit einem ersten Testflug 1965 und einem ersten bemannten Flug 1967 – Anfang 1963 wurde die C-5 in Saturn V umbenannt. Ende 1962 hatte die Behörde auch das Missionsprofil festgelegt: das Mondorbit-Rendezvous, bei dem die dritte Stufe S-IVB das gesamte Apollo-Raumschiff zum Mond schicken sollte und nur eine separate Mondlandefähre auf die Oberfläche hinabsteigen würde. Keine der vorhandenen Startanlagen taugte für eine Rakete dieser Größe, weshalb die NASA einen neuen Komplex an der Küste Floridas ankündigte, der zunächst Launch Operations Center hieß und nach der Ermordung des Präsidenten im November 1963 in John F. Kennedy Space Center umbenannt wurde. Apollo 4 war der erste Flug, der von diesem Zentrum aus startete, und die Premiere des Startkomplexes 39, der eigens für die Saturn V gebaut worden war.

Zuvor waren drei Flüge mit Apollo-Hardware – AS-201, AS-203 und AS-202, allesamt 1966 und allesamt erfolgreich – mit der Saturn IB geflogen, einem kleineren Träger, der die Anlagen des neuen Zentrums nicht nutzte, sich aber mit der Saturn V die S-IVB-Stufe und einen Großteil der zu qualifizierenden Nutzlast teilte. Die Historiker des Kennedy-Zentrums, Charles D. Benson und William B. Flaherty, fassten den Wert dieser Serie zusammen: Die Apollo-Saturn-IB-Starts von 1966 hätten die großen Automatisierungsprobleme an den Rampen 34 und 37 behoben, und ohne dieses Lernen durch Versuch und Irrtum wäre die SA-501 – „der schwierigste Start in der Geschichte von Apollo“ – weit mühsamer gewesen.

Die Entscheidung, die Apollo 4 prägt, fiel Ende 1963 und betraf nicht die Detailtechnik, sondern die Methode. George Mueller, Leiter des NASA-Büros für bemannte Raumflüge, kam aus den Raketenprogrammen des Militärs und hatte bei der Minuteman der US-Luftwaffe den „All-up“-Test kennengelernt: von Anfang an das komplette Fahrzeug fliegen, mit allen scharfen Stufen und einem echten Raumschiff obenauf, statt einzelne Stufen nacheinander zu qualifizieren. In einem Memorandum ordnete er an, dass der erste Flug der Saturn IB und der erste der Saturn V unbemannt, aber vollständig bestückt sein sollten, dass der jeweils zweite Flug beider Typen ohne Besatzung wiederholt würde und erst der dritte Astronauten an Bord haben sollte. Die Methode widersprach der Gewohnheit des Teams von Wernher von Braun im Marshall Space Flight Center, das es gewohnt war, Stufe für Stufe zu erproben. Die Programmverantwortlichen stimmten zögerlich zu: Der stufenweise Test verringerte das Risiko, schob die Mondlandung aber über 1970 hinaus. Das „All-up“-Konzept strich vier Missionen aus dem Zeitplan, verlangte dafür aber, dass alles auf Anhieb funktionierte. Apollo 4 war das erste Mal, dass die NASA es anwandte.

Die SA-501 war eine vollständige Saturn V. Die erste Stufe, die S-IC, verbrauchte in weniger als drei Minuten Antriebsphase fast 2000 Tonnen Treibstoff und trug acht Feststoff-Bremsraketen, die die Trennung sicherstellen sollten. Die zweite, die S-II von North American Aviation, verbrannte in rund sechs Minuten etwa 425 Tonnen mit fünf J-2-Triebwerken von Rocketdyne, die zusammen nahezu 4,5 Millionen Newton Schub entwickelten; ihr hinterer Zwischenstufenadapter wurde nach der Trennung abgeworfen. Die dritte, die S-IVB von Douglas Aircraft, besaß ein einzelnes J-2 mit 889.600 Newton, das sich im Weltraum abschalten und wieder zünden ließ, dazu zwei Hilfsantriebsmodule zur Rollsteuerung; zwischen den beiden Zündungen verbrauchte sie etwa 105 Tonnen. Auf ihr saß die Instrumenteneinheit von IBM, ein Ring von 6,6 Metern Durchmesser und weniger als einem Meter Höhe, der rund 10 Tonnen wog und die Avionik beherbergte, die den gesamten Verbund steuerte.

Die Nutzlast war das CSM-017, ein Kommando- und Servicemodul des Block I – der Baureihe für Tests und die ersten Flüge in der Erdumlaufbahn, ohne die Fähigkeit zum Ankoppeln an eine Mondlandefähre –, bestehend aus dem Kommandomodul CM-017 und dem Servicemodul SM-020. Das CM-017 war das zweite voll funktionsfähige Kommandomodul, das an die NASA ausgeliefert wurde: Das erste, das CM-012, war das von Apollo 1 und wurde beim Brand zerstört. Das SM-020 war ursprünglich dem zweiten Flug der Saturn V zugeteilt und rückte an die Stelle des SM-017, das bei einer Explosion beschädigt und ausgesondert worden war. Da keine Block-II-Version unbemannt fliegen würde, erhielt das CSM-017 mehrere Änderungen dieser Baureihe, um sie zu qualifizieren: einen Hitzeschild nach Block-II-Standard, den CM-SM-Verbindungsstecker des Block II, VHF- und S-Band-Antennen des Block II sowie Änderungen an der Luke, deren Abdichtung getestet wurde, indem man das Fenster durch eine Testplatte ersetzte. Spezielle Ausrüstung erlaubte es der Missionskontrolle, die Systeme des Raumschiffs aus der Ferne zu bedienen, und eine automatische Kamera sollte die Erde durch eines der Fenster fotografieren. Da keine Besatzung an Bord war, fehlten dem Modul Liegen, Bedienelemente und Anzeigen. Im Adapter SLA-8 flog außerdem das LTA-10R mit, ein Testobjekt der Mondlandefähre: eine Landestufe in Flugausführung ohne Landebeine, deren Tanks mit einer Mischung aus Wasser, Glykol und Freon gefüllt waren, sowie die Aluminiumattrappe einer Aufstiegsstufe mit Ballast. Adapter und Testobjekt waren instrumentiert, um die Belastungen während des Aufstiegs zu messen, und das LTA wurde beim Wiedereintritt der S-IVB zerstört.

Im Januar 1965 legte General Samuel C. Phillips, Leiter des Apollo-Programms, die SA-501 auf Januar 1967 fest, mit zwei weiteren Saturn V im selben Jahr. Kaum jemand im Programm glaubte an den Termin. Eine Explosion in einer Flüssigsauerstoffleitung am Komplex 39 drohte mehrere Wochen Verzug zu verursachen. North American Aviation, zugleich Auftragnehmer der zweiten Stufe und des Kommando- und Servicemoduls, kämpfte mit so gravierenden Problemen bei Terminen, Kosten und Qualität, dass Phillips Ende 1965 eine Inspektion der Werke in Kalifornien leitete und deren Ergebnisse an Mueller weitergab. In der S-II traten Risse auf, die ihre Abnahmetests verzögerten. Währenddessen trafen die Bauteile nach und nach im Kennedy-Zentrum ein: die S-IVB am 14. August 1966 in einem Pregnant Guppy, die S-IC am 12. September per Lastkahn, das Kommando- und Servicemodul am 24. Dezember und schließlich die S-II am 21. Januar 1967, gefolgt am 31. vom hinteren Zwischenstufenadapter. Um die Arbeit nicht zu unterbrechen, wurde das Fahrzeug im Montagegebäude mit einem spulenförmigen „Abstandshalter“ anstelle der zweiten Stufe gestapelt.

Der Brand von Apollo 1 am 27. Januar 1967 warf den Zeitplan erneut durcheinander. Obwohl die SA-501 keine Besatzung trug, wollte die NASA ihr Raumschiff gründlich untersuchen: Die Inspektion fand 1.407 Mängel, viele davon falsch verlegte Kabel mit beschädigter Isolierung – bestes Material für einen Kurzschluss. Weitere Probleme kamen ans Licht, etwa eine überzählige, falsch sitzende Schraube an einem der J-2-Triebwerke, und bei einer Besprechung im März 1967 wurden zwölfhundert offene Punkte der Saturn V aufgelistet, die die Techniker mit achtzig pro Tag abarbeiten wollten. Am 24. Mai wurde bekannt gegeben, dass die S-II zur Inspektion ausgebaut würde, nachdem bei einem anderen im Bau befindlichen Exemplar Mikrorisse aufgetreten waren; die Arbeiten endeten Mitte Juni, und der Verbund war erstmals vollständig montiert. Am 26. August 1967 rollte das Fahrzeug auf dem Raupentransporter zum Komplex 39A, und zwei Tage später folgte der mobile Serviceturm. Es war das erste Mal, dass ein NASA-Raumschiff fern seines Startplatzes montiert wurde, geschützt vor Hitze und Feuchtigkeit Floridas.

Der Demonstrationstest des Countdowns, für den 20. September vorgesehen, begann erst am Nachmittag des 27. Am 4. Oktober erreichte er minus fünfundvierzig Minuten, dann fiel ein Rechner aus; der Countdown wurde auf dreizehn Stunden vor dem Start zurückgesetzt und am 9. Oktober fortgesetzt, mit weiteren Ausfällen von Rechnern und Geräten, bis die Erschöpfung des Teams eine zweitägige Pause erzwang. Der Test wurde am 13. Oktober abgeschlossen: drei Wochen statt der vorgesehenen einen. Unter den Augen der Weltöffentlichkeit trug der Pressechef der NASA, Julian Scheer, Administrator James E. Webb die Skepsis der Presse vor, ob Apollo 4 überhaupt fliegen werde, in einer angespannten Besprechung, die Webb mit dem Satz beendete, er werde den Termin bekannt geben, wenn er es wolle. Eine Flugtauglichkeitsprüfung am 19. Oktober gab bedingt grünes Licht, und am 2. November verschob Phillips den Start vom 7. auf den 9., aus Sorge vor Lecks an den Teflonringen und den Ablassventilen der Flüssigsauerstofftanks nach so langer Zeit in der Sonne auf der Rampe.

Der Countdown begann am 6. November 1967 um 22:30 Uhr EST mit der Betankung: insgesamt 89 Tankwagen mit Flüssigsauerstoff, 28 mit Flüssigwasserstoff und 27 Eisenbahnwaggons mit RP-1, dem raffinierten Kerosin der Rakete. Er dauerte etwa 56,5 Stunden, und diesmal gab es nur wenige, geringfügige Probleme, die von den planmäßigen Haltepunkten aufgefangen wurden.

Apollo 4 startete am 9. November um 7:00 Uhr EST, 12:00:01 UTC. Die fünf F-1-Triebwerke zündeten acht Sekunden vor dem Abheben und ließen über dem Kennedy-Zentrum einen weit größeren Donner als erwartet los: Obwohl die Rampen des Komplexes 39 mehr als fünf Kilometer vom Montagegebäude entfernt lagen, erschütterte der Schalldruck das Gebäude, das Startkontrollzentrum und die Pressekabinen und löste Staub von der Decke der Kontrollzentrale, der sich auf die Konsolen legte. William Donn von der Columbia University beschrieb den Schallknall als eines der lautesten Geräusche der Menschheitsgeschichte, natürlich oder künstlich, Nuklearexplosionen ausgenommen. Im Übertragungswagen von CBS hielten der Kommentator Walter Cronkite und der Produzent Jeff Gralnick mit den Händen die Fensterscheibe fest, damit sie nicht barst, während Deckenplatten herabfielen; Cronkite erinnerte sich an Apollo 4 als die furchterregendste Raumfahrtmission, über die er berichtet hat.

Der Start brachte die S-IVB und das CSM in einen nahezu kreisförmigen Parkorbit in rund 190 Kilometern Höhe, denselben, den die Mondmissionen nutzen würden. Nach zwei Umläufen zündete die S-IVB erstmals im Weltraum wieder, in einer Simulation der translunaren Injektion, und brachte den Verbund auf eine stark elliptische Bahn mit einem Apogäum von 17.218 Kilometern und einem Perigäum, das absichtlich 84,6 Kilometer unterhalb der Erdoberfläche lag – was zugleich einen raschen Wiedereintritt des Kommandomoduls und die Zerstörung der Stufe gewährleistete. Kurz darauf trennte sich das CSM und zündete das Triebwerk des Servicemoduls, um das Apogäum auf 18.092 Kilometer anzuheben. Nach dem Apogäum zündete dasselbe Triebwerk erneut für 281 Sekunden, um die Wiedereintrittsgeschwindigkeit auf 11.168 Meter pro Sekunde (36.639 Fuß pro Sekunde) in 120 Kilometern Höhe und bei einem Bahnwinkel von −6,93 Grad zu steigern und so die Bedingungen einer Rückkehr vom Mond nachzubilden: Der eigentliche Gegenstand des Tests war der Hitzeschild.

Das Kommandomodul wasserte im nördlichen Pazifik, nordwestlich der Insel Midway, etwa 8,6 Seemeilen (16 Kilometer) vom vorgesehenen Punkt entfernt, acht Stunden, sechsunddreißig Minuten und neunundfünfzig Sekunden nach dem Start. Sein Abstieg war vom Deck des Flugzeugträgers USS Bennington aus zu sehen, des Hauptbergungsschiffs, das in weniger als zwei Stunden die Kapsel und einen ihrer Fallschirme barg: das erste Mal, dass ein Apollo-Fallschirm zur Untersuchung geborgen wurde. Das Raumschiff wurde nach Hawaii gebracht, um es zu deaktivieren, und danach zu den Anlagen von North American in Downey, Kalifornien, für die Analyse nach dem Flug.

Apollo 4 führte zwei Filmkameras mit, die an der Saturn V montiert waren, um die Trennung der ersten Stufe und des Zwischenstufenadapters zu filmen. Nach getaner Arbeit wurden sie ausgeworfen und sanken in Kapseln mit Fallschirmen und Funkbaken in den Atlantik; sie wurden rund 870 Kilometer vom Kennedy-Zentrum entfernt geborgen. Im Kommandomodul befand sich außerdem eine automatische 70-Millimeter-Kamera, die fast die gesamte Erdscheibe fotografierte: Zwei Stunden und dreizehn Minuten lang, während sich das Raumschiff dem Apogäum näherte und es überschritt, nahm sie durch das vordere linke Fenster 755 Farbbilder in Höhen zwischen 13.510 und 18.092 Kilometern auf. Es waren die bis dahin aus größter Höhe aufgenommenen Farbbilder; ihre Auflösung genügte nicht für detaillierte wissenschaftliche Daten, doch sie interessierten diejenigen, die in den Geowissenschaften arbeiteten.

Alle Systeme der Trägerrakete und des Raumschiffs verhielten sich zufriedenstellend. Die drei Stufen brannten etwas länger als vorgesehen, sodass der Verbund auf einer um einen Kilometer höheren Bahn als berechnet landete, innerhalb der Toleranzen; eine um elf Sekunden längere Zündung als geplant führte dazu, dass das Kommandomodul etwas schneller und in einem etwas flacheren Winkel als vorgesehen in die Atmosphäre eintrat, ebenfalls innerhalb der Spielräume, nicht wegen eines Fehlers des Lenksystems – dessen Verhalten vorbildlich war –, sondern weil die Zündung vom Boden aus gesteuert wurde. Das Umweltkontrollsystem hielt die Kabine während der gesamten Mission bei akzeptablen Drücken und Temperaturen: Beim Wiedereintritt stieg sie nur um 5,6 °C.

Präsident Lyndon Johnson sagte, die ganze Welt habe das gewaltige Schauspiel des ersten Starts der größten jemals geflogenen Rakete miterleben können, ein Symbol für die Kraft, die das Land in den Dienst der friedlichen Erforschung des Weltraums stelle. Von Braun sprach von „einem Start von Experten von Anfang bis Ende, vom pünktlichen Abheben bis zur Leistung jeder einzelnen Stufe“. Der Saturn-V-Historiker Roger E. Bilstein schrieb, die tadellose Mission von Apollo 4 habe die gesamte Organisation begeistert. Mueller erklärte, der Flug habe das Vertrauen spektakulär gestärkt und eine bemannte Mondlandung Mitte 1969 plausibel gemacht.

Apollo 4 war zudem die erste Mission, die nach dem offiziellen Schema nummeriert wurde, das Mueller am 24. April 1967 genehmigt hatte: Der bemannte Flug, der nie abheben sollte, erhielt rückwirkend den Namen Apollo 1, wie es die Witwen der Besatzung gewünscht hatten, und die Zählung wurde bei vier fortgesetzt, ohne dass es ein Apollo 2 oder ein Apollo 3 gegeben hätte. Der zweite Flug der Saturn V, Apollo 6, startete am 4. April 1968 und bereitete mehr Probleme – Pogo-Schwingungen in der ersten Stufe und das vorzeitige Abschalten eines Triebwerks der zweiten –, doch ein dritter unbemannter Test wurde für unnötig gehalten: Die Saturn V flog erstmals mit Besatzung bei Apollo 8 und brachte, außer bei Apollo 9, bei allen folgenden Missionen Astronauten zum Mond.

Das CM-017 selbst ging im Januar 1969 an die Smithsonian Institution und wurde dort ein Jahr lang ausgestellt; im Januar 1974 reiste es auf der Straße von der Andrews Air Force Base in Maryland zum North Carolina Museum of Life and Science. Später wurde es im Stennis Space Center der NASA gezeigt, wo es bis 2017 blieb, und heute befindet sich im Besucherzentrum von Stennis, dem Infinity Science Center in Pearlington, Mississippi.