Apollo 5

Quando, nel 1961, il presidente John F. Kennedy impegnò gli Stati Uniti a far posare un astronauta sulla Luna prima della fine del decennio e a riportarlo a casa vivo, non era ancora stato deciso nemmeno come farlo. Alla fine del 1962, dopo un lungo dibattito tecnico, la NASA optò per il rendez-vous in orbita lunare: l'intera navicella Apollo avrebbe raggiunto la Luna spinta dal terzo stadio del Saturn V, l'S-IVB, e, una volta in orbita lunare, gli astronauti destinati alla discesa sarebbero passati su un veicolo separato, allora chiamato modulo di escursione lunare e in seguito semplicemente modulo lunare. Quel veicolo si sarebbe sganciato dal modulo di comando e di servizio, sarebbe allunato, sarebbe poi decollato e si sarebbe agganciato di nuovo; il modulo di comando avrebbe compiuto il viaggio di ritorno e il modulo lunare sarebbe stato abbandonato.

La decisione fece del modulo lunare il pezzo cruciale dell'intero edificio. Nel 1962 la NASA invitò undici aziende a concorrere per la sua costruzione e il 7 novembre di quell'anno annunciò che il contratto andava alla Grumman, a Bethpage (New York). Era una macchina senza precedenti: non avrebbe mai dovuto volare nell'atmosfera, sarebbe stata costruita il più leggera possibile e la sua affidabilità non ammetteva alternative, perché un guasto sulla superficie lunare non avrebbe avuto soccorso possibile. Prima di mandare qualcuno a bordo bisognava vederla funzionare da sola nello spazio, e quella verifica fu l'Apollo 5.

L'ufficio del generale Samuel C. Phillips, direttore del programma Apollo, aveva inizialmente pianificato di lanciare il primo modulo lunare nell'aprile del 1967 a bordo dell'Apollo-Saturn 206. Contando sei mesi di controlli al Kennedy Space Center, la consegna dell'LM-1 era stata richiesta per il settembre del 1966. Lo sviluppo si prolungò e la data slittò di mese in mese. Nel gennaio del 1967 il lanciatore AS-206 fu eretto al complesso 37 senza che si sapesse ancora quando sarebbe arrivato il suo carico.

L'incendio dell'Apollo 1, nello stesso mese, rimescolò le carte. Con i voli con equipaggio sospesi, la NASA decise di sfruttare l'AS-204 — il Saturn IB che avrebbe portato in orbita l'equipaggio di Grissom e l'ultimo dotato di strumentazione completa di ricerca e sviluppo — per il debutto del modulo lunare. Il razzo si trovava a Cape Canaveral dall'agosto del 1966; fu smontato dal complesso 34 nel marzo del 1967, la squadra di preparazione al lancio diretta da Rocco Petrone lo ispezionò alla ricerca di corrosione o di danni dopo la lunga permanenza sulla piattaforma e fu eretto al complesso 37 il 12 aprile.

Non avendo un modulo lunare da installare, ingegneri della NASA e della Grumman montarono al complesso 37 un modello in compensato per verificare gli impianti. Per simulare la posa dei cavi acquistarono in una ferramenta centinaia di metri di tubo da giardino e li fecero passare attraverso le interfacce del complesso fino all'adattatore. Il 12 maggio 1967 George M. Low, responsabile della navicella Apollo, comunicò alla sede della NASA che la Grumman si impegnava a consegnare l'LM-1 il 28 giugno, pur avvertendo che sarebbe stato difficile rispettare la data.

Il modulo lunare arrivò a Cape Kennedy a bordo dello Super Guppy della Aero Spacelines alla fine di giugno del 1967 e gli stadi furono uniti quattro giorni dopo. Una squadra di quattrocento persone diretta da John J. Williams, veterano delle operazioni di lancio dei programmi Mercury e Gemini, verificò che il veicolo rispettasse le specifiche e supervisionò poi il lavoro dei tecnici della Grumman. L'estate e l'autunno furono una successione di problemi: sostituzione di regolatori di elio e di accumulatori di acqua-glicole nello stadio di risalita, carenze nel sistema di verifica della navicella, perdite nell'apparecchiatura di supporto a terra, contaminazione nell'impianto dell'azoto gassoso e un «disallineamento significativo» nel giunto dei gomiti di ingresso del combustibile con la linea del propellente, perché i pezzi erano stati fabbricati per la precedente configurazione del motore. La Grumman produsse gomiti nuovi e li consegnò a Kennedy in tre giorni. Le perdite nello stadio di risalita costrinsero a separare i due stadi in agosto e di nuovo in settembre, e a riunirli in ottobre.

All'inizio di settembre del 1967 la missione accumulava circa trentanove giorni di ritardo rispetto al piano stabilito a luglio, anche se tutti i problemi noti erano in via di soluzione, salvo alcune perdite del sistema di propulsione. A fine anno la documentazione di volo era quasi pronta: il direttore di missione William C. Schneider, che aveva ricoperto lo stesso ruolo in Gemini, emise le regole di missione nel novembre del 1967, ripartendo le responsabilità e prevedendo cosa fare in quasi ogni eventualità. Il modulo lunare fu unito al suo lanciatore il 19 novembre 1967 e la prova di prontezza al volo si concluse il 22 dicembre. All'inizio di gennaio del 1968 fu annunciato che l'Apollo 5 non sarebbe stato lanciato prima del 18 gennaio. I preparativi della prova dimostrativa del conto alla rovescia iniziarono a metà gennaio, il decollo simulato si svolse il giorno 19 e il vero conto alla rovescia, abbreviato a ventidue ore, partì il 21.

Il veicolo spaziale dell'Apollo 5 non somigliava a nessun altro Apollo. Senza modulo di comando e di servizio e senza torre di salvataggio, la pila misurava circa 55 metri e aveva un aspetto tozzo e tronco. Al loro posto, il modulo lunare viaggiava alloggiato all'interno dell'adattatore navicella-modulo lunare, numerato SLA-7, subito sotto il cono d'ogiva; quattro pannelli dell'adattatore si sarebbero aperti in orbita, una volta sganciato il cono, per lasciare uscire l'LM-1. Il peso al decollo dell'insieme, tra navicella e propellenti, era di 589.413 kg.

L'LM-1 fu il primo modulo lunare idoneo al volo. Non montava il carrello d'atterraggio: in una missione orbitale non serviva e, senza scudo termico, si sarebbe disintegrato al rientro, per cui eliminarlo faceva risparmiare peso. Dopo che nel dicembre del 1967, durante le prove, si ruppe un finestrino dell'LM-5 — quello che avrebbe volato con l'Apollo 11 —, la NASA sostituì i finestrini dell'LM-1 con lastre di alluminio per timore di un cedimento in volo. Poiché a bordo non c'era nessuno, fu installato un programmatore di missione in grado di governare la navicella a distanza. Inoltre non furono attivati tutti i sistemi né caricati i materiali di consumo al completo: le batterie principali furono scaricate parzialmente per evitare sovratensioni e i serbatoi di ossigeno del sistema di controllo ambientale furono riempiti solo in parte.

Il piano di volo fu organizzato in venticinque priorità sorvegliate da diciassette specialisti. Le prime tre riguardavano il «fire in the hole», la prova che dava il nome alla parte più delicata dell'esperimento: accendere il motore di risalita mentre lo stadio di discesa era ancora agganciato, per misurare gli effetti strutturali, la dinamica di separazione e la stabilità in un abort lunare simulato. L'espressione deriva dal linguaggio minerario, dall'avviso che si dà prima di far detonare una carica. Era la procedura con cui un equipaggio sarebbe decollato dalla superficie lunare e, soprattutto, con cui avrebbe abortito un allunaggio finito male nell'ultimo tratto.

Gli altri obiettivi consistevano nel far funzionare i sistemi di propulsione di discesa e di risalita, accendendoli e spegnendoli per simulare le fasi di una missione di allunaggio, nel valutare la separazione degli stadi del modulo lunare e nel verificare il comportamento dell'unità strumentale nella configurazione del Saturn V. Era previsto di tenere sotto osservazione il modulo lunare per alcune ore in orbita bassa. I calcoli preliminari assegnavano allo stadio di risalita dell'LM-1 circa due anni di permanenza in orbita prima di rientrare e disintegrarsi, e circa tre settimane a quello di discesa.

Il conto alla rovescia non fu pulito. Il caricamento dei propellenti ipergolici diede problemi di procedura e ritardò il conto terminale, e a due ore e mezza dal lancio il supervisore dei test Donald Phillips fermò l'orologio per guasti a un alimentatore e ai sistemi informatici di terra. In totale la missione accumulò una sospensione di 228 minuti, dovuta a una temperatura della caldaia dell'acqua della navicella superiore al previsto — causata da un problema nell'erogazione di freon dall'apparecchiatura di supporto a terra — e al guasto di un alimentatore in un registro di uscita del sistema digitale di acquisizione dati. I problemi furono risolti in tempo per lanciare prima del tramonto.

L'Apollo 5 decollò dal complesso 37B della stazione dell'Aeronautica di Cape Kennedy alle 17:48:08 ora standard orientale, le 22:48:08 UTC del 22 gennaio 1968. Il Saturn IB si comportò esattamente come previsto: il motore dell'S-IVB si spense dopo dieci minuti di volo e l'insieme entrò in orbita dieci secondi più tardi, con un perigeo di 163 km e un apogeo di 222 km. Il cono d'ogiva si staccò e, dopo una fase di volo inerziale di 43 minuti e 52 secondi, i motori di controllo d'assetto dell'LM-1 lo separarono dall'adattatore e dallo stadio S-IVB, lasciandolo in un'orbita di 167 per 222 km.

Dopo due rivoluzioni di verifiche, il controllo a terra ordinò la prima accensione del motore di discesa, prevista per 39 secondi. Dopo quattro secondi il computer di guida dell'Apollo spense il motore: la navicella non stava guadagnando velocità al ritmo atteso. Lo spegnimento non era un guasto, ma una funzione deliberata, pensata perché in un volo con equipaggio gli astronauti avessero un margine per analizzare la situazione e decidere se convenisse riaccendere il motore e proseguire la missione.

La causa stava nella preparazione stessa della prova. Si sospettava che una delle valvole del motore avesse una perdita, perciò si decise di non armarla fino al momento stesso dell'accensione, già in orbita; ciò fece sì che il propellente impiegasse più tempo ad arrivare al motore. In condizioni normali l'accensione sarebbe iniziata con il serbatoio completamente pressurizzato e avrebbe raggiunto la spinta richiesta in quattro secondi, ma con la pressurizzazione parziale ne sarebbero serviti sei. A ciò si aggiungeva che i serbatoi erano pieni a metà, il che contribuì a far accelerare il veicolo più lentamente. I programmatori avrebbero potuto regolare il software per tenere conto di quel ritardo, ma non furono informati della modifica.

A Houston il direttore di volo principale era John Hodge e il suo vice Eugene F. Kranz; fu la squadra di Kranz a dirigere il volo una volta che l'Apollo 5 ebbe lasciato la piattaforma. Rinunciare alle accensioni avrebbe trasformato la missione in un fallimento, perciò il controllo missione decise sul momento di eseguire le prove del motore e il «fire in the hole» sotto controllo manuale da terra. Fu inviato un segnale per disconnettere il computer di guida e il comando passò al programmatore di missione, che governò le manovre del veicolo. Ci furono problemi di comunicazione con la navicella, ma la squadra completò tutte le accensioni previste.

Il motore di discesa fu acceso altre due volte, una delle quali per 33 secondi, e ci furono due accensioni del motore di risalita, una delle quali fu la manovra di abort con gli stadi ancora uniti. Dopo la prima accensione del motore di risalita l'apogeo della traiettoria salì fino a 961 km, con il perigeo a 172 km. George Mueller informò l'amministratore James Webb che tutti gli obiettivi primari erano stati raggiunti. Otto ore dopo il decollo, con le accensioni ormai concluse, lo stadio di risalita perse il controllo d'assetto per un problema del sistema di guida e rimase a ruotare senza governo.

Gli stadi rimasero in orbite abbastanza basse da far decadere rapidamente la quota per l'attrito atmosferico. Lo stadio di risalita rientrò il 24 gennaio 1968 e si disintegrò; quello di discesa resistette fino al 12 febbraio e i suoi resti incandescenti caddero nel Pacifico, a diverse centinaia di chilometri a sud-ovest di Guam. Le simulazioni collocarono il rientro dello stadio S-IVB del lanciatore circa quindici ore e mezza dopo il decollo. Non fu recuperato alcun elemento: non era previsto, e l'LM-1 era privo di scudo termico.

L'Apollo 5 dissipò il dubbio che contava. Dopo aver letto una versione preliminare del rapporto di missione, il generale Phillips telegrafò ai tre centri di volo spaziale con equipaggio perché non pianificassero una seconda missione senza equipaggio del modulo lunare. L'invio dell'LM-2 e del suo Saturn IB a Cape Canaveral fu sospeso in attesa del comitato di certificazione di George Mueller, che il 6 e il 7 marzo concluse che non c'erano motivi per ripetere la prova. Il primo modulo lunare a portare persone sarebbe stato lanciato da un Saturn V, e quel volo fu l'Apollo 9, nel marzo del 1969.

George M. Low attribuì il successo a due fattori: un buon equipaggiamento materiale e squadre di controllo di volo eccellenti sotto la direzione di Kranz. Ciò non significava che il modulo lunare fosse ultimato. L'instabilità del motore di risalita preoccupò dall'agosto del 1967 al giugno del 1968; quando Mueller e Phillips visitarono il costruttore del motore nell'estate del 1967 conclusero che la Bell aveva buone possibilità di risolvere in tempo i problemi dell'iniettore di combustibile per il primo modulo lunare con equipaggio, ma la NASA incaricò in parallelo la Rocketdyne di sviluppare un iniettore alternativo, un lavoro di circa un anno che fu rispettato in tempi e costi. La cancellazione di un volo senza equipaggio, in un programma che nel 1968 aveva sei voli pianificati, era esattamente il tipo di margine di cui la NASA aveva bisogno per arrivare sulla Luna entro il decennio.