Az AS–500D a NASA Saturn V rakétájának működőképes prototípusa volt, amelyet arra használtak, hogy felmérjék a rakétafokozatok viselkedését, elsősorban a vibrációt, amelynek a majd későbbi repülőképes példányok voltak kitéve a felbocsátások során. Ez volt a legelső életnagyságú óriásrakéta, amelyet a Marshall Űrközpontban építettek az Apollo-programban. Az AS–500D, karöltve az AS–500F-fel volt az az előkészítő lépcső a rakétafejlesztésben, amellyel a végleges, repülésre kész rakétákat előkészítették működési, illetve repülésre való előkészítési (összességében műveleti) oldalról.
Az óriásrakéta tesztelésére felépítettek egy öt lépcsőből álló tesztsorozatot, amelynek negyedik lépése volt, hogy hogyan viselkedik a rakéta szerkezete működés közben. Erre a célra az alabamai Marshall Űrközpontban építettek egy próbapadot, amelyre felszerelve az egyes rakétafokozatokat, vagy akár az egész űrszerelvényt, vizsgálhatták az azt érő hatásokat A tesztnek nem volt része az Apollo űrhajó, vagy a holdkomp bevonása, ezért a próbák során mindkettő helyett tömeg és mérethű, de működésképtelen életnagyságú makettekkel helyettesítették az igazi példányokat. A tesztek három különböző formában mentek végbe: előbb csak a rakéta harmadik fokozatával és az űrhajómakettekkel végeztek hajtómű indításokat, majd a második lépcsőben a második fokozatot is felszerelték a próbapadra és azt a repülési fázist tesztelték, amikor az első fokozat már levált, a harmadik lépcsőben a teljes kiépítésű rakéta volt a próbapadra vonva és a start és közvetlen azt követő viselkedést szimulálták. A próbák során a rakétát hidropneumatikus tartógerendákra rögzítették és rázóteszteknek vetették alá, valamint a beindított hajtóművekkel vizsgálták a szerkezetet érintő rezgéseket, illetve azt, hogy azok mennyire vannak egy-egy tűréshatáron belül, vagy kívül. Az összetett mérések során figyelték a rakéta hosszirányú, keresztirányú és torziós elváltozásait.
Az első konfiguráció tesztjeit 1966. november 30-án kezdték, majd 1968 január-március során bonyolították le a próbák többségét. A II-es konfiguráció kisebb késéssel kezdődött, majd a III-as konfiguráció próbái 1967. augusztus 3-ig folytak, amelyek során összesen 450 órányi kvázi repülési idő gyűlt össze és 800 mérési pontról kaptak a mérnökök információkat. A tesztet a NASA sikeresnek ítélte, amely alapján következhetett a nagyrakéta első valós felszállása az űrbe, az Apollo–4 repülésen három hónappal később.
Előzmények
A két szuperhatalom között az 1950-es, 1960-as években kibontakozó hidegháború egyik nagy presztízsű csatája volt az űrverseny, amelyben az USA és a Szovjetunió egymásra licitálva igyekezett olyan űrteljesítményeket végrehajtani, amelyekkel országa technológiai felsőbbrendűségét hirdethették. A Szputnyik–1 1957. október 4-i felbocsátásával a Szovjetunió szerezte meg a vezető szerepet ebben a versenyben és hosszú ideig meg is tartotta, mivel egyre másra neki sikerült először teljesíteni egy-egy nevezetes cél, így először juttatni élőlényt az űrbe, először érni el a Holdat űreszközzel, először érni el egy másik bolygót. Az ember világűrbe juttatásai is a szovjetek nevéhez fűződött, amikor 1961. április 12-én Föld körüli pályára állították Jurij Gagarint a Vosztok–1 űrhajóban. A sorozatos vereségek és különösen a legnagyobb jelentőségű akció, az ember űrbe juttatása arra sarkallta az Egyesült Államok újdonsült elnökét, John F. Kennedyt, hogy kitűzzön egy elképzelhetetlenül merész feladatot, amely elhomályosítja majd a kezdeti orosz teljesítményeket és általa országa megszerezheti a vezető szerepet az űrteljesítményeket illetően. Ez a feladat a holdra szállás volt 9 éven belül (és ennek megvalósítására elindították az Apollo-programot.
Kennedy politikai akciója olyan kétségbeesett volt, hogy lényegében csak a cél létezett, sem a megvalósításhoz szükséges személyi, sem a technikai feltételek nem voltak adottak sőt, még koncepció szinten sem volt senkinek fogalma, hogyan lehet végrehajtani egy holdra szállást. A feladat végrehajtását a NASA kapta, ahol annak meghatározása volt az első cél, hogy milyen módszerrel lehet elérni a Holdat. Kezdetben egyszerűbb, ám technikailag lényegében kivitelezhetetlen verziók fogalmazódtak meg és az első követelmény meghatározások (az űrhajóval és a hordozórakétával szemben) e szerint születtek is meg. A fő probléma a feljuttatandó tömeg volt. Számítások szerint a kezdeti koncepciók (Direkt leszállás és EOR koncepció) véghez viteléhez olyan gigantikus tömeget (űrhajó, üzemanyag és az annak befogadásához és szállításához szükséges űrhajószerkezet) kellett volna feljuttatni, amelyhez a rakétatechnológia nem tudott volna felnőni, különösen nem 9 év alatt (Wernher von Braun kezdeti számításai több száz tonnával kalkuláltak akkor, amikor a Mercury-program éppen zajló startjainál egy másfél tonnás űrhajó Föld körüli pályára állítása is gondokba ütközött). Az egyik űripari beszállító, a Grumman mérnökei találták meg a megoldást, az ún. LOR koncepciót, amely drámaian lecsökkentette a felbocsátandó tömeget. Ezzel a követelmények illeszthetők voltak egy tervezés alatt álló, azaz megvalósíthatónak hitt hordozórakéta kapacitásához. Ez a rakéta volt a Wernher von Braun tervezőasztalán születő Saturn V rakéta.
A Saturn V fejlesztése
A holdra szálláshoz szükséges kapacitású rakéta fejlesztése még 1956-ban kezdődött, amikor az amerikai hadsereg olyan nehézrakéták fejlesztésére írt ki megbízást, amellyel új típusú kommunikációs és egyéb műholdakat (értsd: kémműholdakat) kívántak Föld körüli pályára állítani. A hadügyminisztérium erre szakosodott szervezete, az ARPA kapta a feladatot, hogy fogalmazza meg és írja ki a követelményeket: a rakétának 9000–18 000 kilogramm tömegű űreszközt kellett tudnia 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 haladnia a 6700 kN értéket, ami messze meghaladta minden, akkoriban létező rakéta tolóerejét. 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 a 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 mér 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-én az űrhajózás tekintetében mindenképpen, de sok más egyéb tekintetben megváltozott a politikai felfogás a világűr felhasználása iránt, amikor a Szputnyik–1 Föld körüli pályára állt. A szovjet kihívásra válaszul Eisenhower elnök megalapította a NASA-t és az új szervezet megkapta a további összes rakétafejlesztés koordinációjának szerepét. A NASA felülvizsgált minden rakétafejlesztést, amelynek folyamatában a Silverstein-bizottság – a többi egyéb rakétafejlesztés mellett – meghatározta 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.
Nagyjából a rakéták NASA fennhatóság alá kerülésével egy időben derült ki, hogy a kémműholdak, vagy az atom robbanófejek területén végbement miniatürizálás szinte nem várt eredményeket hozott és már a hadseregnek nincs szüksége a hirtelen aránytalanul 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 ennek továbbfejlesztéséből jött létre a Saturn IB). A kisebb rakéta mintegy 9100 kilogrammnyi tömeget volt képes Föld körüli pályára állítani, míg kb. 2200 kilogrammot a Holdhoz eljuttatni. A másik fejlesztési ág a maximum kialakítású változat, a Saturn V létrehozása volt, amelyben mindenből a legerősebb és legnagyobb kapacitású rakétakomponens kapott helyet. 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.
A tervezés az alabamai Marshall Űrközpont feladatkörébe került, magát a tervezés koordinálást pedig Wernher von Braun kapta. A huntsville-i NASA központban öltött testet a rakéta. A tervezés hivatalosan 1962. január 10-én kezdődött, még C–5 típusjel alatt és 1963 elején jelölték ki, mint az Apollo–programban használt hordozóeszköz, onnantól Saturn V néven futott tovább a végtermék. Számos járulékos beruházás (például a Marschall Űrközpontban épült próbapadok, amelyeken az új, példátlan erejű F–1 hajtóművek kipróbálhatóak voltak) után a rakéta 1967 közepére öltött testet. A gyártását szétszórta a NASA a különböző űripari szereplők között, így az S-IC-t a Boeing készítette a NASA Michoud Összeszerelő Üzemében, az S-II-t a North American Seal Beachen, Kaliforniában, míg az S–IVB-t a Douglas építette. Az óriásrakéta 121 méter magas volt, a tömege 2 950 000 kg, bár a végeredmény kissé elmaradt a tervektől, Föld körüli pályára csak 118 000 kg, a holdhoz pedig 41 000 kg tömeg eljuttatására volt képes. A repülések előtti kipróbálása egy ponton kétfelé ágazott: az egyik irány a rakéta teljesítményének, működésének próbapadon történő tesztje volt, amely az AS–500D jelet kapta, míg a másik irány a rakéta összeszerelésének, a köré szerveződött infrastruktúra használhatóságának tesztelése volt, amely az AS–500F jellel futott tovább.
A teszt
Az előkészületek A Satrun V rakéta tervezésének része volt az a folyamat, amelynek során a tervezőknek számba kellett venni mindazt a hatást, amely a rakétát éri majd az összeszereléstől kezdve a Hold eléréséig és ezeknek a hatásoknak való megfelelést is látniuk kellett. Ennek a célnak megfelelően öt különböző modellt állítottak fel és ennek megfelelően öt repülés előtti konfigurációban kívánták vizsgálni a rakétát. Az öt konfiguráció a következő volt: egy ún. „csatahajó tesztmodell” (ezt a terminológiát a rakétatervezésben arra használták, amikor egy működőképes, de a véglegesnél egyszerűbb prototípuson hajtottak végre próbát, ez volt a működésképtelen életnagyságú makett ellentéte), amellyel az egyes fokozatokat próbálták ki, elsősorban a hajtóműindításra fókuszálva, illetve felderítve a lehetséges tervezési javítási lehetőségeket egy strukturális tesztmodell, amelyben a rakéta szerkezetének ellenállóságát tesztelték feltöltött állapotban, illetve a működés során tapasztalt hőmérsékleti körülmények között, illetve vizsgálták az egyes rakétafokozatok merevségét. AS–500F, azaz egy összeszerelhetőségi teszt, amelynek során felmérték az összeszerelés, a szállítás és a startelőkészítés hatásait mutatta a rakéta vonatkozásában