Apollo 4

Quando, nel 1961, il presidente John F. Kennedy propose di portare un americano sulla Luna e di riportarlo sano e salvo sulla Terra prima della fine del decennio, la prima delle grandi decisioni da prendere riguardava il razzo da usare. La NASA scelse il Saturn C-5, un lanciatore a tre stadi basato su sviluppi già in corso, approvato nel 1962 con l'idea di un primo volo di prova nel 1965 e di un primo volo con equipaggio nel 1967; all'inizio del 1963 il C-5 fu ribattezzato Saturn V. Alla fine del 1962 l'agenzia aveva chiuso anche la questione della modalità di missione: l'appuntamento in orbita lunare, in cui il terzo stadio S-IVB avrebbe spinto verso la Luna l'intero complesso della navicella Apollo e solo un modulo di discesa separato sarebbe sceso sulla superficie. Nessuna delle strutture di lancio esistenti era adatta a un razzo di quelle dimensioni, perciò la NASA annunciò un nuovo complesso sulla costa della Florida, chiamato prima Launch Operations Center e ribattezzato John F. Kennedy Space Center dopo l'assassinio del presidente nel novembre 1963. Apollo 4 fu il primo volo a decollare da quel centro e l'esordio del complesso 39, costruito appositamente per il Saturn V.

Prima di arrivare a quel punto, tre voli con materiale Apollo — AS-201, AS-203 e AS-202, tutti nel 1966 e tutti riusciti — erano stati effettuati con il Saturn IB, un lanciatore più piccolo che non utilizzava le strutture del nuovo centro ma condivideva con il Saturn V lo stadio S-IVB e buona parte del carico utile da qualificare. Gli storici del centro Kennedy, Charles D. Benson e William B. Flaherty, riassunsero il valore di quella serie: i lanci Apollo-Saturn IB del 1966 risolsero i grandi problemi di automazione delle rampe 34 e 37 e, senza quell'apprendimento per tentativi ed errori, l'SA-501 — «il lancio più difficile della storia dell'Apollo» — si sarebbe rivelato molto più arduo.

La decisione che definisce Apollo 4 fu presa alla fine del 1963 e non riguardava l'ingegneria di dettaglio, ma il metodo. George Mueller, a capo dell'Ufficio dei Voli con Equipaggio della NASA, proveniva da programmi di missili militari e aveva visto funzionare nel Minuteman dell'Aeronautica la prova «all-up»: far volare fin dal primo tentativo il veicolo completo, con tutti gli stadi attivi e una vera navicella in cima, anziché qualificare uno scalino alla volta. In un memorandum ordinò che il primo volo del Saturn IB e il primo del Saturn V fossero senza equipaggio ma completi, che il secondo di ciascun tipo si ripetesse senza equipaggio e che il terzo portasse già degli astronauti. Il metodo andava contro le abitudini del gruppo di Wernher von Braun al Marshall Space Flight Center, abituato a collaudare uno stadio alla volta. I responsabili del programma accettarono con riluttanza: la prova graduale riduceva il rischio, ma spingeva l'allunaggio oltre il 1970. L'«all-up» eliminò quattro missioni dal calendario in cambio dell'esigenza che tutto funzionasse al primo colpo. Apollo 4 fu la prima volta in cui la NASA lo applicò.

L'SA-501 era un Saturn V completo. Il primo stadio, l'S-IC, consumava in meno di tre minuti di volo propulso quasi 2000 tonnellate metriche di propellente e montava otto retrorazzi a propellente solido per garantire la separazione. Il secondo, l'S-II, costruito dalla North American Aviation, bruciava circa 425 tonnellate in circa sei minuti con cinque motori J-2 della Rocketdyne che sviluppavano quasi 4,5 milioni di newton; il suo interstadio posteriore veniva sganciato dopo la separazione. Il terzo, l'S-IVB, della Douglas Aircraft, montava un unico J-2 da 889.600 newton, in grado di spegnersi nello spazio e di riaccendersi, con due moduli di propulsione ausiliaria per il controllo di rollio; tra le sue due accensioni consumava circa 105 tonnellate. Sopra di esso si trovava l'unità strumentale dell'IBM, un anello di 6,6 metri di diametro e meno di un metro di altezza, del peso di circa 10 tonnellate, che ospitava l'avionica che governava l'intero complesso.

Il carico era il CSM-017, un modulo di comando e servizio del Block I — la serie destinata ai collaudi e ai primi voli in orbita terrestre, priva della capacità di agganciarsi a un modulo lunare — formato dal modulo di comando CM-017 e dal modulo di servizio SM-020. Il CM-017 fu il secondo modulo di comando pienamente funzionante consegnato alla NASA: il primo, il CM-012, era quello dell'Apollo 1 e fu distrutto nell'incendio. L'SM-020 era assegnato in origine al secondo volo del Saturn V e prese il posto dell'SM-017, danneggiato in un'esplosione e scartato. Poiché nessun Block II sarebbe volato senza equipaggio, al CSM-017 furono apportate diverse modifiche di quella serie per qualificarle: scudo termico di standard Block II, connettore ombelicale CM-SM del Block II, antenne VHF e in banda S del Block II e modifiche al portello, la cui tenuta fu provata sostituendo il finestrino con un pannello di prova. Apparecchiature speciali permettevano al controllo missione di azionare a distanza i sistemi della navicella, e una telecamera automatica doveva fotografare la Terra da uno dei finestrini. Non essendoci equipaggio, il modulo era privo di cuccette, comandi e indicatori. Nell'adattatore SLA-8 viaggiava inoltre l'LTA-10R, un articolo di prova del modulo lunare: uno stadio di discesa di tipo da volo senza carrello di atterraggio, con i serbatoi pieni di una miscela di acqua, glicole e freon, e un modello dello stadio di risalita in alluminio con zavorra. Adattatore e articolo erano strumentati per misurare gli sforzi durante la salita, e l'LTA fu distrutto con il rientro dell'S-IVB.

Nel gennaio 1965 il generale Samuel C. Phillips, direttore del programma Apollo, fissò l'SA-501 per il gennaio 1967, con altri due Saturn V previsti nello stesso anno. Quasi nessuno nel programma credeva a quella data. Un'esplosione in una linea di ossigeno liquido del complesso 39 minacciò di causare diverse settimane di ritardo. La North American Aviation, appaltatrice sia del secondo stadio sia del modulo di comando e servizio, accumulava problemi di tempi, costi e qualità così gravi che alla fine del 1965 Phillips guidò un'ispezione dei suoi stabilimenti in California e portò le conclusioni a Mueller. Comparvero delle crepe nell'S-II che ritardarono i suoi collaudi di accettazione. Nel frattempo i componenti arrivavano al centro Kennedy: l'S-IVB il 14 agosto 1966 su un aereo Pregnant Guppy, l'S-IC il 12 settembre su chiatta, il modulo di comando e servizio il 24 dicembre e infine l'S-II il 21 gennaio 1967, seguito il 31 dall'interstadio posteriore. Per non fermare i lavori, il veicolo fu impilato nell'edificio di assemblaggio con un «distanziatore» a forma di rocchetto al posto del secondo stadio.

L'incendio dell'Apollo 1, il 27 gennaio 1967, sconvolse di nuovo il calendario. Sebbene l'SA-501 non avesse equipaggio, la NASA volle esaminare a fondo la sua navicella: l'ispezione trovò 1.407 difetti, molti dei quali cablaggi instradati male e con l'isolamento danneggiato, materiale ideale per un cortocircuito. Si scoprirono altri problemi, come un bullone in più e fuori posto in uno dei motori J-2, e in una riunione del marzo 1967 furono elencate milleduecento questioni in sospeso del Saturn V che i tecnici si proposero di risolvere al ritmo di ottanta al giorno. Il 24 maggio fu annunciato che l'S-II sarebbe stato ritirato per un'ispezione, dopo la comparsa di microcrepe in un altro esemplare in costruzione; il lavoro terminò a metà giugno e il complesso fu per la prima volta completamente assemblato. Il 26 agosto 1967 il veicolo uscì verso il complesso 39A sul trasportatore a cingoli, e due giorni dopo arrivò la struttura di servizio mobile. Era la prima volta che un veicolo della NASA veniva assemblato lontano dal suo punto di lancio, al riparo dal caldo e dall'umidità della Florida.

La prova dimostrativa del conto alla rovescia, prevista per il 20 settembre, non iniziò fino al pomeriggio del 27. Il 4 ottobre arrivò a meno quarantacinque minuti e si guastò un computer; il conto fu riavviato tredici ore prima del lancio e ripreso il 9 ottobre, con altri guasti a computer e apparecchiature, finché la stanchezza della squadra impose una pausa di due giorni. La prova si concluse il 13 ottobre: tre settimane invece della settimana scarsa prevista. Con l'attenzione mondiale addosso, il responsabile delle pubbliche relazioni della NASA, Julian Scheer, riferì all'amministratore James E. Webb lo scetticismo della stampa sulla possibilità che Apollo 4 volasse davvero, in una riunione tesa che Webb chiuse dicendo che avrebbe annunciato la data quando lo avesse voluto. Una revisione dell'idoneità al volo il 19 ottobre diede il via libera condizionato, e il 2 novembre Phillips rinviò il lancio dal 7 al 9 per il timore di perdite negli anelli di teflon e nelle valvole di scarico dei serbatoi di ossigeno liquido, dopo tanto tempo al sole sulla rampa.

Il conto alla rovescia iniziò il 6 novembre 1967 alle 22:30 EST con il caricamento dei propellenti: in totale 89 autocisterne di ossigeno liquido, 28 di idrogeno liquido e 27 vagoni ferroviari di RP-1, il cherosene raffinato del razzo. Durò circa 56 ore e mezza e questa volta i problemi furono pochi e di lieve entità, assorbiti dalle soste programmate.

Apollo 4 decollò il 9 novembre alle 7:00 EST, le 12:00:01 UTC. I cinque motori F-1 si accesero otto secondi prima del decollo e scaricarono sul centro Kennedy un fragore molto superiore al previsto: sebbene le rampe del complesso 39 si trovassero a più di cinque chilometri dall'edificio di assemblaggio, la pressione sonora scosse l'edificio, il centro di controllo del lancio e le cabine della stampa, e staccò dal soffitto del controllo della polvere che si depositò sulle consolle. William Donn, della Columbia University, descrisse l'esplosione sonora come uno dei rumori più forti, naturali o artificiali, della storia umana, escluse le esplosioni nucleari. Nella roulotte della CBS, il commentatore Walter Cronkite e il produttore Jeff Gralnick tennero ferma con le mani la vetrata perché non andasse in frantumi mentre dal soffitto cadevano dei pannelli; Cronkite avrebbe ricordato Apollo 4 come la missione spaziale più spaventosa che avesse mai seguito.

Il lancio collocò l'S-IVB e il CSM in un'orbita di parcheggio quasi circolare di circa 190 chilometri, la stessa che sarebbe stata usata dalle missioni lunari. Dopo due giri, l'S-IVB si riaccese per la prima volta nello spazio in una simulazione dell'inserzione translunare e pose il complesso in un'orbita molto ellittica con apogeo di 17.218 chilometri e un perigeo deliberatamente situato 84,6 chilometri sotto la superficie terrestre, il che garantiva al tempo stesso un rientro rapido del modulo di comando e la distruzione dello stadio. Poco dopo il CSM si separò e accese il motore del modulo di servizio per innalzare l'apogeo a 18.092 chilometri. Superato l'apogeo, lo stesso motore si riaccese per 281 secondi per aumentare la velocità di rientro fino a 11.168 metri al secondo (36.639 piedi al secondo) a 120 chilometri di quota e con un angolo di traiettoria di −6,93 gradi, riproducendo le condizioni di un ritorno dalla Luna: il vero oggetto della prova era lo scudo termico.

Il modulo di comando ammarò nel Pacifico settentrionale, a nord-ovest dell'isola di Midway, a circa 8,6 miglia nautiche (16 chilometri) dal punto previsto, otto ore, trentasei minuti e cinquantanove secondi dopo il decollo. La sua discesa fu osservata dal ponte della portaerei USS Bennington, nave principale di recupero, che in meno di due ore recuperò la capsula e uno dei suoi paracadute: la prima volta che un paracadute Apollo veniva recuperato per essere ispezionato. La navicella fu portata alle Hawaii per essere disattivata e poi agli stabilimenti della North American a Downey, in California, per l'analisi successiva al volo.

Apollo 4 portava due cineprese montate sul Saturn V per riprendere la separazione del primo stadio e dell'interstadio. Terminato il loro compito, furono espulse e scesero nell'Atlantico in capsule con paracadute e radiofari, e vennero recuperate a circa 870 chilometri dal centro Kennedy. All'interno del modulo di comando si trovava inoltre una fotocamera automatica da 70 millimetri che fotografò quasi l'intero disco terrestre: per due ore e tredici minuti, mentre la navicella si avvicinava all'apogeo e lo superava, scattò 755 immagini a colori dal finestrino anteriore sinistro, tra 13.510 e 18.092 chilometri di quota. Furono le immagini a colori riprese da maggiore altitudine fino ad allora; la loro risoluzione non bastava per ottenere dati scientifici dettagliati, ma interessarono chi lavorava nelle scienze della Terra.

Tutti i sistemi del lanciatore e della navicella si comportarono in modo soddisfacente. I tre stadi bruciarono un po' più del previsto, il che lasciò il complesso in un'orbita più alta di un chilometro rispetto al calcolo, entro le tolleranze; un'accensione più lunga di undici secondi rispetto al conteggio fece sì che il modulo di comando entrasse nell'atmosfera un po' più veloce e con un angolo un po' più teso del pianificato, anch'esso entro i margini, non per un guasto del sistema di guida — il cui comportamento fu esemplare — ma perché l'accensione fu controllata da terra. Il sistema di controllo ambientale mantenne la cabina a pressioni e temperature accettabili per tutta la missione: durante il rientro la temperatura salì solo di 5,6 °C.

Il presidente Lyndon Johnson disse che il mondo intero aveva potuto vedere lo spettacolo imponente del primo lancio del più grande razzo mai volato, simbolo della potenza che il Paese stava mettendo al servizio dell'esplorazione pacifica dello spazio. Von Braun parlò di «un lancio da esperti dall'inizio alla fine, dal decollo puntuale alle prestazioni di ogni stadio». Lo storico del Saturn V, Roger E. Bilstein, scrisse che la missione impeccabile di Apollo 4 entusiasmò l'intera organizzazione. Mueller affermò che il volo aveva aumentato in modo spettacolare la fiducia e rendeva verosimile un allunaggio con equipaggio verso la metà del 1969.

Apollo 4 fu anche la prima missione numerata secondo lo schema ufficiale che Mueller approvò il 24 aprile 1967: il volo con equipaggio che non arrivò mai a decollare ricevette retroattivamente il nome di Apollo 1, come avevano chiesto le vedove dell'equipaggio, e la sequenza riprese dal quattro senza che esistessero un Apollo 2 né un Apollo 3. Il secondo volo del Saturn V, Apollo 6, decollò il 4 aprile 1968 e diede più problemi — oscillazione pogo nel primo stadio e spegnimento prematuro di un motore del secondo — ma un terzo collaudo senza equipaggio fu ritenuto superfluo: il Saturn V volò con equipaggio per la prima volta con l'Apollo 8 e, tranne che nell'Apollo 9, portò gli astronauti verso la Luna in tutte le missioni successive.

Lo stesso CM-017 passò alla Smithsonian Institution nel gennaio 1969 e vi fu esposto per un anno; nel gennaio 1974 viaggiò su strada dalla base aerea di Andrews, nel Maryland, fino al Museo della Vita e della Scienza della Carolina del Nord. Più tardi fu esposto allo Stennis Space Center della NASA, dove rimase fino al 2017, e oggi è conservato nel centro visitatori di Stennis, l'Infinity Science Center di Pearlington, nel Mississippi.