Az Apollo–5 az amerikai Apollo-program ötödik, személyzet nélküli repülése volt. A repülés célja a még kipróbálatlan második űrhajóegység, a holdkomp kipróbálása volt automata üzemmódban, emberek nélkül. A NASA felállított a program kezdetén egy repülési menetrendet, amelyben ABC jelölésekkel építették fel a repülések egymásutánját. Az első repülés, az A típusú repülés lett a parancsnoki űrhajó kipróbálása, a B típusú repülés pedig a holdkomp szintén automata tesztje.
A repülés célja volt, hogy igazolják az új fejlesztésű, önálló űrhajó, a holdkomp megfelelő működését és képességét a holdra szállás manővereire. A próbák keretein belül igazolni kellett, hogy az űrhajó két önálló részegysége, a leszállófokozat és a felszállófokozat működőképes, a leszállófokozat hajtóműve alkalmas a holdi leszállásra, megfelelően szabályozható a tolóereje, egy leszállás megszakítása esetén megfelelően működik-e a szerkezet, a két fokozat szétválasztható-e stb. A kritikus művelet a leszállás közbeni megszakítás volt, amikor egyszerre kellett szétválasztani a két fokozatot és a robbantással járó művelet közben megbízhatóan beindul a felszállófokozat hajtóműve.
A repülés legnagyobb problémája a holdkomp fejlesztésének csúszása volt. A tervezett start idejére a holdkomp fejlesztése meglehetős lemaradásban volt, nagyjából féléves késéssel tudta csak a gyártó Grumman elküldeni az első tesztpéldányt a Kennedy Űrközpontba. Ezzel a csúszással indulhatott az összeszerelés, amelynek során a balvégzetű Apollo–1 rakétájára, az SA–204-esre szerelték rá a holdkompot a 37-es indítóállásban.
A startra 1968. január 22-én került sor, amikor – rövid halasztást követően – 17:48-kor (22:48 UTC) felszállt az Apollo–5 és egy problémamentes felbocsátás végén Föld körüli pályára állt. A terveknek megfelelően rövid idő múltán a holdkomp levált a rakétafokozatról, majd két keringésnyi idő alatt az irányítás leellenőrizte a rendszereket. Ezt követően kezdődtek a tesztek, előbb a leszálló hajtómű működését vizsgálták meg, amelybe némi hiba csúszott; egy beállítási hiba miatt 4 másodperc múltán az irányító rendszer leállította a hajtómű működését. Ezután elvégezték a kritikus leválási manővert a két fokozat között, amely teljes sikert hozott. Végül 11 óra 10 perc repülés után leállították az aktív irányítást, majd a légkör fékező hatására előbb a felszállófokozat, majd a leszállófokozat lezuhant az óceánba, utóbbi Guam mellett.
Előzmények
A hidegháború keretében az 1950-es és 1960-as években kibontakozott az űrverseny, amelyben a világ két szuperhatalma próbálta bizonyítani egymásnak és a világnak, hogy előrébb tart a másiknál, valamint arra is törekedtek, hogy egymást megelőzve, elsőként hajtsanak végre olyan teljesítményeket, amelyek a létező legmagasabb csúcstechnológiát képviselték. Ebben a versengésben kezdetben a Szovjetunió járt elöl, az USA pedig saját presztízséért küzdve akarta meghaladni a szovjet teljesítményeket. A sorozatos vereségek hatására határozták el – és hirdette ki John F. Kennedy –, hogy embert juttatnak a Holdra, hogy elhomályosítva a szovjetek addigi élen járását egy korábban elképzelhetetlennek hitt projekt végrehajtásával törjenek előre. A feladatot a NASA kapta – miközben megannyi egyetemi kutatóműhely, vagy akár privát vállalat is az űrhivatalnak „aládolgozva” segítette a projektet –, amelynek berkein belül több lépcsőben ki is dolgozták a Hold elérésének módszerét. A fejlődési lépcsők, amelyeken átment a tervezés a következők voltak: előbb az ún. direkt leszállás módszerét tűzték ki, amelyet – annak gyakorlati megvalósíthatatlansága miatt – felváltott az ún. EOR (Earth Orbit Rendezvous – Randevú Föld körüli pályán) módszer, végül pedig – egy forradalmi ötlet felmerülése nyomán – lefektették az ún. LOR (Lunar Orbit Rendezvous – Hold körüli pályán végrehajtott randevú) koncepcióját. Az elgondolások között a felküldendő tömeg volt a mindent eldöntő különbség. A direkt leszállásra vonatkozó terv szerint egy óriási tömegű, akár több ezer tonnás rakéta szállt volna fel a Földről, majd eljutván a Holdhoz le a holdfelszínre és vissza (mindezt akkor, amikor a gyakorlatban Föld körüli pályára is csak nagy nehézségek árán sikerült kb. másfél tonnányi tömeget feljuttatni, a Holdhoz pedig még ennek is csak a töredékét). A második, EOR elképzelés már annyit enyhített ezen, hogy a gigantikus feljuttatandó tömeget több „csomagban” emelte volna Föld körüli pályára, ahol összedokkolva őket indulhatott volna az űrszerelvény a Holdra. Ez a megoldás is azzal járt volna, hogy visszafelé egy akkora űrszerelvény startolt volna a holdfelszínről, mint a Mercury program rakétaűrhajó-rendszerei, amelynek startjához egy hatalmas indítóállás és százas nagyságrendű szakember volt szükséges itt a Földön, szemben a holdi zéró kiszolgáló infrastruktúrával. A harmadik, LOR-koncepció pedig azt a forradalmi újítást hozta el, hogy két külön űrhajót vizionált, egyet amelyikben a holdutazók eljutnak a Holdig, majd vissza a Földre, és egy másikat, amelyet csak a holdi leszállásra és felszállásra használnak. Ezzel meg lehetett takarítani azt a jelentős tömeget, amely a hazajutáshoz szükséges hajtóanyag kényszerű Holdra juttatásával, majd onnan való felszállításával járt volna. Ez utóbbi koncepció kijelölte a fejlesztési irányokat is: kell egy nagyobb és egy kisebb űrhajó, egy anyaűrhajó és egy holdkomp, valamint kell egy, a kezdetekben elképzelttől jóval kisebb, ám még mindig óriási rakéta.
Az általános koncepció birtokában kezdődött a részletes fejlesztés. Az egyes szakterületek megkapták a hardver részegységek fejlesztésének feladatát. Megkezdődött az Apollo űrhajó és a holdkomp tervezése űripari beszállítók – a North American és a Grumman – bevonásával, illetve a hordozórakéták fejlesztése. Utóbbi irányban már nem nulláról indult a fejlesztés. Wernher von Braun már a koncepció kialakulása előtt elkezdte az óriásrakéták fejlesztését a hadsereg számára atom robbanófejek célba juttatására. Az egyik ilyen fejlesztési irány a Saturn I, illetve Saturn IB volt, amely kisebb tömeget volt képes feljuttatni, a másik pedig egy valódi óriás, a Saturn V volt. A LOR-koncepció zsenialitása éppen abban állt, hogy a feljuttatandó tömeg éppen belefért a már fejlesztés alatt levő rakéta kapacitásába, ezzel lerövidítve a megvalósuláshoz szükséges időt. De ennek keretében úgy a rakétáknak, mint az űrhajóegységeknek végig kellett járniuk a fejlesztés különböző lépcsőfokait. Ez a fejlesztés egy sor tesztet foglalt magába, amelyeket egyrészt a gyártóhelyen (pl. különböző statikus hajtóműtesztek), másrészt csak az egyes rakétafokozatok vagy űrhajók külön kipróbálásával, harmadrészt pedig a Földön lehetett elvégezni. Az egyik ilyen teszt az egész koncepció kulcsának számító űrjármű, a holdkomp kipróbálása volt űrbeli körülmények között, elsőre a biztonsági szempontokat is figyelembe véve, automata üzemmódban.
Rakétafejlesztések
A holdra szállás céljaihoz szükséges kapacitású rakéták fejlesztése 1956-ban kezdődött – bár ekkor nyilvánvalóan más céllal; a világűr vagy éppen a Hold elérése ekkor még nem a valós lehetőségek közé tartozott –, amikor az amerikai hadsereg nehézrakéták fejlesztésére írt ki megbízást, amellyel új típusú kommunikációs és „egyéb” műholdakat (értsd: kémműholdakat) kívántak Föld körüli pályára állítani. Az Amerikai Védelmi Minisztérium erre szakosodott intézménye, az ARPA írta ki a vonatkozó követelményeket: a rakéta 9000–18 000 kilogramm tömegű eszközt kellett tudjon Föld körüli pályára állítani és 2700–5400 kilogrammos tömeget szökési sebességre gyorsítani. A követelményeknek alapot adó számítások szerint a leendő rakéta első fokozatának tolóereje meg kellett haladja a 6700 kN értéket, ami több volt bármely, akkoriban létező rakéta tolóerejénél. Ezt a problémát úgy próbálták terv szinten áthidalni, hogy az egy rakéta(fokozat)=egy hajtómű kialakítás helyett az ún. cluster (csokorba kötött) kialakítást javasolták, azaz egy fokozatba egymás mellé több hajtóművet is szereltek volna. Ezt az elképzelést az akkoriban létező legkorszerűbb harci rendeltetésű rakéták, a Jupiter hordozórakéták analógiáján Super-Jupiter vagy Super-Juno néven kezdték el tervezni.
A Jupiter név helyett nemsokára – jelezve, hogy már nem ugyanarról a rakétáról van szó, hanem annak egy teljesen átalakult, önálló új verziójáról – a Saturn néven kezdték jegyezni az új projektet, mintegy jelezve, ahogy a bolygók között is a Szaturnusz követi a Jupitert, így követi a rakéták sorában is hasonló néven az egyik a másikat. 1957. október 7-e sok tekintetben hozott újdonságot, amikor a Szputnyik–1 Föld körüli pályára állt. Válaszul Eisenhower elnök megalapította a NASA-t, és az új szervezet megkapta a további USA-beli rakétafejlesztések koordinációs szerepkörét. A NASA felülvizsgált minden, a különböző haderőnemeknél vagy akár más kormányintézménynél folyó rakétafejlesztést, amelynek folyamatában a Silverstein-bizottság meghatározta egyrészt a fejlesztések továbbvitelét vagy leállítását, másrészt a továbbvitt fejlesztések között a Saturn rakéták lehetséges fejlesztési irányait is. A különböző lehetséges első, második és harmadik fokozatok, hajtóművek variálásával egész rakétacsalád jött létre papíron. Így került a lehetséges fejlesztések közé a kisebb kapacitású Saturn I, illetve a legmerészebb kiépítésű, mindenben a legnagyobb kapacitású Saturn V változat. A fejlesztésekkel Wernher von Braun csapatát bízták meg a Marshall Űrközpontban.
Nagyjából a rakéták NASA fennhatóság alá kerülésével egy időben derült ki, hogy a kémműholdak vagy az atom robbanófejek területén végbement miniatürizálás rohamléptekben csökkentette az eszközök méretét és tömegét, emiatt pedig a hadseregnek nincs már szüksége a hirtelen mérhetetlenül erőssé vált rakétákra. Ehelyett ezekre, mint űrrakéta lesz szükség. Ezt erősítette meg Kennedy elnök bejelentése a holdra szállásról, amely pontosan az ilyen hatalmas kapacitású űreszközöket tette szükségessé. A koncepciótervek véglegesítésekor kialakult két fő irány. Az egyik Saturn I néven egy kisebb rakéta, amely egy nyolc H–1 jelű hajtóművet tartalmazó első fokozatból, az S-I-ből és egy hat RL10 hajtóművet magába foglaló második fokozatból, az S-IV-ből állt. Később, 1962-ben a NASA eldöntötte, hogy ezt a rakétát is továbbfejlesztik. Az első fokozatban a hajtóművek tolóerejét tovább növelték, valamint a rakéta szerkezetének tömegét is sikerült csökkenteni, míg a második fokozatot lecserélték az S-IVB-re, amely abban különbözött az elődjétől, hogy a hat RL10-est lecserélték egyetlen, vadonatúj, forradalmi J–2-es hajtóműre, azaz a fokozat hidrogén-oxigén hajtást kapott. A fejlesztés végére a rakéta kapacitása 19 000 kg-ra növekedett Föld körüli pályára juttatható terhek tekintetében. Ez tökéletesen elegendőnek mutatkozott, amikor csak az egyik űrhajóegységet kellett Föld körüli pályára juttatni valamilyen teszthez.
A másik fejlesztési ág a különböző komponensek variálásából adódó, maximum kialakítású változat, a Saturn V létrehozása volt. A tervek szerint a Saturn V első fokozata az S-IC öt, még csak a rajzasztalon létező F–1 hajtóművet kapott volna, amelyre aztán ráépítették volna a szintén forradalmi S-II fokozatot, amely szintén öt, hidrogén-oxigén hajtású J–2 hajtóművet kapott, és ennek tetejébe ültettek egy harmadik fokozatot, az S-IVB-t, amely egyetlen J–2-es hajtóművével 140 000 kg-ot kellett Föld körüli pályára és 48 600 kilogrammot a Holdhoz juttatnia.