AS-201

Anfang 1966 hatte das Apollo-Programm seine Mondarchitektur bereits festgelegt, doch war noch nichts geflogen, das dem eigentlichen Raumschiff ähnelte. Die bis dahin gestarteten Kommando- und Servicemodule waren, bis auf eine Ausnahme, strukturelle Attrappen ohne aktive Systeme gewesen. AS-201 durchbrach diese Kette: Er brachte das zweite Serien-Kommandomodul des Blocks I und das erste Serien-Servicemodul in die Luft, montiert auf der ersten Saturn IB. Es war praktisch die Zugangsprüfung der Apollo-Hardware zu echten Flügen.

Block I war eine Version aus der Zeit vor der Entscheidung für die Mondlandung mittels Rendezvous in der Mondumlaufbahn, sodass dem Raumschiff der Andockmechanismus für eine Mondlandefähre fehlte und es vorläufige Auslegungen mehrerer Subsysteme trug; außerdem war es schwerer als der Block II, der schließlich bemannt zum Mond fliegen sollte. CM-009 wich zudem von der Standard-Produktionskonfiguration ab: Es besaß weder Leit- und Navigationssystem noch Besatzungssitze, Anzeigen oder die zugehörige Ausrüstung, trug stattdessen einen Ablaufsteuerungsprogrammer und ein Notfallerkennungssystem in offener Regelkreiskonfiguration. SM-009 ersetzte die stromerzeugenden Brennstoffzellen durch Batterien und verzichtete auf die S-Band-Kommunikationsausrüstung. Mit an Bord waren außerdem ein Startrettungssystem des Blocks I mit seiner Schutzhaube und der erste im Flug erprobte SLA-Adapter, das kegelstumpfförmige Teil, das Raumschiff und Trägerrakete verband.

Die Saturn IB war die verbesserte Version der Saturn I, die im Programm bereits zehnmal geflogen war. Die erste Stufe S-IB, gebaut von Chrysler und mit acht H-1-Triebwerken von Rocketdyne ausgestattet, hob den Gesamtschub von 1,5 auf 1,6 Millionen Pfund. Die grundlegende Änderung lag weiter oben: Die alte zweite Stufe verschwand zugunsten der S-IVB, angetrieben von einem einzigen J-2-Flüssigwasserstofftriebwerk. Dasselbe Triebwerk sollte die zweite Stufe S-II der Saturn V antreiben, und eine Variante der S-IVB mit im All wiederzündbarem J-2 sollte deren dritte Stufe werden. Die Rakete führte außerdem ein neues Modell des Leit- und Regelsystems ein, die Instrument Unit, die ebenfalls für die Mondrakete bestimmt war. Die Saturn IB zu testen bedeutete somit, im Voraus die halbe Architektur der Saturn V zu testen.

Die Teile trafen im Laufe des Herbstes 1965 nach und nach am Cape ein. Die Stufe S-IB war die erste, am 14. August 1965, transportiert von der Barkasse Promise; die S-IVB traf am 18. September ein; die Instrument Unit am 22. Oktober; das Kommandomodul drei Tage später und das Servicemodul am 27. Oktober. Die erste Stufe wurde kurz nach ihrer Ankunft auf der Startrampe errichtet, und die zweite gesellte sich am 1. Oktober dazu. Die Instrument Unit wurde, nachdem einige Probleme gelöst waren, am 25. Oktober an die S-IVB gekoppelt, und der Verbund aus Raumschiff und Servicemodul wurde am 26. Dezember auf der Rakete montiert.

Der Zeitplan litt dort, wo man es am wenigsten erwartet hätte. Der RCA-110A-Rechner, der die Erprobungen der Rakete automatisieren sollte, hatte zehn Tage Verzug angesammelt und würde nicht vor dem 1. November am Cape eintreffen, was die Startrampe Mitte Oktober nahezu zum Stillstand brachte. Als er endlich ankam, bereitete er weiter Ärger mit seinen Lochkarten und mit Kondensatoren, die unter ihrer Schutzbeschichtung nicht richtig funktionierten. Dennoch blieben die Erprobungen der Trägerrakete im Zeitplan. Im Dezember wurde rund um die Uhr gearbeitet: tagsüber wurden die Treibstoffsysteme des Raumschiffs geprüft, nachts die Rakete erprobt. Aus jenen Tagen blieb sogar eine frühe Computer-Anekdote erhalten: Laut Frank Bryan, Betriebsingenieur der Trägerrakete am Kennedy Space Center, konnte der Rechner den Sprung von 2400 auf 0001 um Mitternacht nicht verarbeiten und „verwandelte sich in einen Kürbis". Am Ende zeigten Erprobungen mit abgeklemmten Verbindungen, dass die Rakete allein funktionieren konnte.

Der Start war dreimal verschoben worden, wegen des Wetters und wegen des Ausfalls eines unterirdischen Kabels. Der abschließende Countdown am 26. Februar 1966 verlief zufriedenstellend, wenn auch mit mehreren Unterbrechungen, die insgesamt drei Stunden und siebenundzwanzig Minuten verlorene Zeit ausmachten. Die wichtigste war ein Nachfüllproblem des Stickstoffgas-Regeldrucksystems der S-IB, verursacht durch einen unzureichenden Durchfluss von der Bodenversorgung durch eine Öffnung von 0,160 Zentimetern, als bei T-35 Sekunden die Spülungen des Fahrzeugs begannen; für spätere Flüge wurde eine Umgehungsleitung vorgesehen.

Außerdem gab es einen sehr späten Abbruch: Als der Druck in einem der Treibstofftanks der S-IVB unter den zulässigen Grenzwert fiel, stoppte der Bordcomputer den Start vier Sekunden vor dem Abheben. Das Problem war leicht zu lösen, doch man bezweifelte, dass dafür innerhalb des Startfensters Zeit bliebe; nachdem der Start und hundertfünfzig Sekunden Flug simuliert worden waren, um zu zeigen, dass die Rakete mit diesem niedrigeren Druck funktionieren konnte, wurde der Versuch erneut freigegeben.

AS-201 hob am 26. Februar 1966 um 16:12:01 UT vom Komplex 34 ab. Er startete mit einem Azimut von 100 Grad östlich von Nord und drehte auf den korrekten Flugazimut von 105 Grad. Die tatsächliche Flugbahn lag sehr nah an der Sollbahn: Beim Brennschluss der S-IVB lag die Höhe 0,73 Kilometer über und die Reichweite 31,0 Kilometer über dem Vorgesehenen, mit einer Geschwindigkeit relativ zum raumfesten System, die beim Brennschluss der ersten Stufe 8,0 Meter pro Sekunde über und bei dem der zweiten Stufe 0,5 Meter pro Sekunde unter dem Sollwert lag.

Der Antrieb verhielt sich gut. Bei der ersten Stufe fiel der Schub um 0,06 % geringer und der spezifische Impuls um 0,28 % höher aus als vorhergesagt; der um 0,34 % geringere Gesamtdurchfluss verzögerte den Brennschluss der Innentriebwerke um 0,89 Sekunden, und die Außentriebwerke schalteten 5,48 Sekunden später ab, etwas später als erwartet, wegen der vorzeitigen Auslösung des Treibstoff-Erschöpfungssensors im Sumpf des Tanks F4, die auf Blasen in der Treibstoffmasse zurückgeführt wurde. Das J-2-Triebwerk der zweiten Stufe brauchte 3,6 Sekunden, um Schub zu erreichen, gegenüber den erwarteten 2,9, wegen einer kälteren als erwarteten Umgebung, die das Hauptoxidatorventil nur langsam öffnete. Der programmierte Wechsel des Mischungsverhältnisses erfolgte 14,2 Sekunden früher, und die Reduzierung erreichte 5,1:1 ausgehend von 5,50:1, wo 5,23:1 erwartet worden war, sodass die Stufe 9,8 Sekunden länger brannte als vorgesehen. Das Leit- und Regelsystem arbeitete ohne übermäßige Winkelgeschwindigkeiten oder Instabilitäten, mit einem maximalen Anstellwinkel von -3,5 Grad in der Gierebene und einem maximalen Wind von 70 Metern pro Sekunde in 14 Kilometern Höhe, etwa achtzig Sekunden nach dem Start.

Die erste Stufe brachte den Verbund auf etwa 57 Kilometer Höhe; von dort aus hob ihn die S-IVB auf etwa 425 Kilometer. Die Trennung zwischen Raumschiff und Oberstufe erfolgte bei etwa 845 Sekunden Flugzeit, und das Kommando- und Servicemodul stieg auf eigene Faust bis auf etwa 488 Kilometer weiter. Dann zündete das Triebwerk des Servicemodul-Antriebssystems, um das Raumschiff gegen die Atmosphäre zu beschleunigen: Die erste Brennphase dauerte hundertvierundachtzig Sekunden, die zweite zehn, was die Wiederzündfähigkeit im All bewies, eine unverzichtbare Voraussetzung für jeden bemannten Mondflug. Das Kommandomodul trat mit etwa 8,3 Kilometern pro Sekunde in die Atmosphäre ein, wobei der Hitzeschild der Aufheizrate von etwa 200 Btu pro Quadratfuß und Sekunde ausgesetzt war, die zu den Missionszielen gehörte. Die Wasserung erfolgte nach 37 Minuten und 19,7 Sekunden Flugzeit, etwa 72 Kilometer vom vorgesehenen Punkt im südlichen Atlantik entfernt; die USS Boxer hatte die Kapsel zwei Stunden später an Bord.

Der Flug hinterließ drei verzeichnete Probleme. Das Triebwerk des Servicemoduls arbeitete nur rund achtzig Sekunden lang korrekt: Der Bruch einer Oxidatorleitung ließ das Druckhelium der Tanks sich mit dem Oxidator vermischen und in die Brennkammer gelangen, was die Leistung minderte. Ein Ausfall des elektrischen Systems ließ das Kommandomodul während des Wiedereintritts ohne Richtungssteuerung zurück. Und ein Kurzschluss verhinderte einen Teil der für genau diese Phase vorgesehenen Messungen. Die beiden letzten Probleme wurden auf eine fehlerhafte Verkabelung zurückgeführt und waren leicht zu beheben.

Trotz der Anomalien verzeichnet der zusammenfassende Bericht des Apollo-Programms alle Ziele – primäre wie detaillierte – als erfüllt: strukturelle Unversehrtheit des Fahrzeugs, Trennung der S-IVB von der S-IB, des Rettungssystems und seiner Schutzhaube vom Raumschiff, des Raumschiffs vom Verbund aus S-IVB/Instrument Unit/Adapter und des Kommandomoduls vom Servicemodul; Flugdaten von Antrieb, Lenkung und Elektrik der Trägerrakete und des Hitzeschilds, des Servicemodul-Triebwerks mit seiner Wiederzündung, der Umweltkontrolle, der Kommunikation, der Lagesteuerungssysteme von Kommando- und Servicemodul, der Stabilisierungsregelung, des Landesystems und der elektrischen Energieversorgung des Raumschiffs; Bewertung des Notfallerkennungssystems im offenen Regelkreis; sowie Überprüfung der Bodenanlagen für Start, Missionsführung und Bergung.

Mit dieser Bilanz war die Saturn IB für die Fortsetzung ihrer Reihe von Forschungs- und Entwicklungsflügen freigegeben, und das Apollo-Raumschiff bewies, dass es einen Wiedereintritt überstehen konnte, wie er von einer niedrigen Erdumlaufbahn aus anfiele. Die Kapsel CM-009 beendete ihre Laufbahn damit nicht: Sie diente anschließend für Falltests auf dem Testgelände White Sands und ist heute im Strategic Air Command & Aerospace Museum in Ashland, Nebraska, ausgestellt.