Amerikaans ruimtevaartproject met als voornaamste doel, in 1960 door president Kennedy geformuleerd, om vóór 1970 mensen op de maan te doen landen.
Dit doel werd op 20 juli 1969 met de Apollo 11-vlucht bereikt, toen de Amerikanen N. Armstrong en E. Aldrin als eersten de maan betraden. Daarna is de maan nog bezocht door Apollo 12 (november 1969), waarvan de bemanning een bezoek bracht aan de in 1967 in een naburige krater gelande Surveyor 3, door Apollo 14 (februari 1971), waarbij voor het eerst een handkarretje op de maan werd gebruikt, en vervolgens Apollo 15, 16 en 17 (resp. in juli en augustus 1971, april 1972 en december 1972). Tijdens de laatste drie vluchten gebruikten de astronauten op de maan een elektrisch aangedreven maanwagen (lunar roving vehicle). De vlucht van de Apollo 13 (april 1970) moest wegens een explosie aan boord worden afgebroken. Nadien zijn Apolloruimtevaartuigen (zonder specifieke maanlander) nog driemaal gebruikt voor pendeldiensten naar Skylab in 1973 en ter afsluiting van het Apollo-programma voor het Apollo-Sojoes Test Project.
Voor het met succes uitvoeren van de maanlandingen was niet alleen de bouw van de eigenlijke Apollo-ruimtevaartuigen vereist, maar ook een reeks voorbereidende projecten, zoals de maanverkenningsprojecten van de Ranger, Lunar Orbiter en Surveyor en de bemande Mercury- en Gemini-projecten. Tevens werd de grootste draagraket tot nu toe, de Saturn V, speciaal voor de bemande maanvluchten gebouwd.
Het eigenlijke Apollo-ruimtevaartuig bestaat uit een aantal deeleenheden: het moederschip (command module, CM) waarin de drie astronauten het grootste deel van de reis verblijven, en tevens het enige deel dat bestemd is om op aarde terug te keren, het verzorgings- of dienstencompartiment (service module, SM) waarin de voorzieningen voor de vele ondersteunende taken zijn ondergebracht en de maanlander (lunar module, LM) die alleen dient om met twee man van een maanbaan uit een zachte landing te maken en weer van de maan af op te stijgen om een rendez-vous met de CSM (de combinatie van CM en SM)te maken.
Standaard-maanvlucht.
De lancering, met behulp van een Saturn V van Cape Kennedy af, brengt de Apollo in een baan naar de maan met een snelheid groter dan de ontsnappingssnelheid. Na het uitbranden van de laatste trap draait de CSM over 180° en koppelt aan de LM. De hoofdmotor van de SM wordt gebruikt voor koerscorrecties tijdens de ca. 74 uur durende vlucht naar de maan en voor het afremmen om in een maanbaan te komen. Vanuit deze baan voert de LM de maanlanding uit. Later keert de stijgtrap van de LM weer terug voor een rendez-vous met de achtergebleven CSM. Na afstoten van de stijgtrap wordt de hoofdmotor van de SM weer gebruikt om de maanbaan te verlaten. Bij de terugkeer vindt geen afremming met raketkracht plaats. Na het afstoten van de SM treedt de CM de atmosfeer binnen met een snelheid van meer dan 10 km s−1. Deze snelheid wordt door aërodynamische krachten gereduceerd, wat gepaard gaat aan een grote warmteontwikkeling. Hiertoe is de Apollo beschermd met een hitteschild (zie Ablatie). De afdaling wordt in de lagere luchtlagen verder afgeremd door parachutes en de tocht eindigt met een landing in zee.
Constructie van de CSM.
De CM dient om gedurende het grootste deel van de vlucht ruimte te bieden aan drie astronauten en bevat de daarvoor meest noodzakelijke systemen. De CM en zijn inhoud zijn alles wat van de 110 m hoge Saturn-Apollo-combinatie op aarde terugkeert. Constructief bestaat de CM uit een kegelvormig drukvat met een hoogte van 3,48 m en een diameter aan de basis van 3,91 m. De massa bij lanceren bedraagt 5500 kg.
De verblijfruimte is weer een apart drukvat met de voorzieningen voor de bemanning, besturingsorganen en instrumentenpanelen en een deel van de boordsystemen. Het volume van de bewoonbare ruimte bedraagt iets minder dan 6 m3.
Voor de verblijfruimte, in de top van de kegel, bevinden zich twee stuurraketten en onderdelen van het landingssysteem. Achter de verblijfruimte bevinden zich tien stuurraketten, voorts stuwstoftanks, heliumtanks, watertanks en de ‘navelstreng’ voor contact met de lanceertoren.
De hitteschilden rondom deze drie compartimenten bestaan uit gesoldeerde roestvast stalen honingraat met een buitenste laag van epoxihars op fenolbasis als ablatiefmateriaal. De dikte van het hitteschild varieert als functie van de warmtebelasting van 18 mm in het apex tot 68 mm aan de randen. De inwendige structuren bestaan uit sandwichpanelen van aluminium honingraat, waarvan de dikte varieert van 6 mm in de top tot 37 mm aan de basis. De top van de kegel wordt gevormd door de tunnel die toegang tot de maanlander verschaft. Wanneer de CM en de LM niet gekoppeld zijn is de ruimte in de tunnel ingenomen door onderdelen van het koppelingssysteem.
De SM is een cilinder, 3,91 m in diameter en 7,50 m hoog. De totale massa bedraagt ca. 22 t waarvan 18 t stuwstoffen. De buitenwand wordt gevormd door aluminium honingraatpanelen van 25 mm dik. Radiale schotten van gefreesd aluminium verdelen het interieur in zes secties rondom een centrale cilinder, die twee bollen met helium bevat. Vier secties bevatten stuwstoftanks voor de hoofdmotor van de SM, de vijfde brandstofcellen, vloeibare zuurstof en waterstof; de laatste sectie was bij de Apollo 11 leeg.
Systemen van de CSM.
Het geleidings- en navigatiesysteem bepaalt en regelt de positie, snelheid en stand van het ruimtevaartuig; het berekent de baan en de benodigde stuwkrachtvector.
Het systeem bezit drie subsystemen:
a. een traagheidseenheid, voor het meten van versnellingen en hoeken;
b. een computer die de gemeten informatie verwerkt en opdrachten enz. verstrekt aan andere systemen en systeemdelen;
c. een optische eenheid, bestaande uit een aftasttelescoop en een sextant voor oriëntatie op sterren en/of bekende punten op aarde of maan.
Het stabilisatie- en besturingssysteem vult het geleidingssysteem aan en kan het bij storingen vervangen. Het omvat een standreferentie-, een standregel- en een stuwkrachtvectorregelsubsysteem. Hiermede worden de translaties en rotaties van het ruimtevaartuig bestuurd. De instrumentaanwijzingen voor met de hand bestuurde manoeuvres worden tevens door dit systeem gegeven.
Het voortstuwingssysteem levert de stuwkracht voor grote veranderingen in de snelheidsvector door middel van een tientons draaibare raketmotor die hypergole stuwstoffen gebruikt (N2O4 en aërozine 50). Dit systeem bevindt zich in de SM. Het systeem volgt automatisch commando’s van het geleidingssysteem of de handbesturingscommando’s van de bemanning op. De raketmotor levert een constante stuwkracht. Het standregelsysteem draait de motor zodanig dat de stuwkrachtvector door het massamiddelpunt werkt. De juiste richting in de ruimte wordt door standsveranderingen van het gehele ruimtevaartuig verkregen.
Er zijn gescheiden standregelsystemen voor de CM en de SM. Bij de SM zijn vier identieke groepen rondom aangebracht. Elke groep bestaat uit vier stuurraketten, die elk een stuwkracht van 450 N kunnen ontwikkelen. Het standregelsysteem van de SM is redundant (voor elke stuurraket is er een andere die bij storingen de taak kan overnemen). Kleine snelheidsveranderingen kunnen eveneens worden teweeggebracht. De CM beschikt over twee onafhankelijke groepen van elk zes stuurraketten van 420 N. Beide staan gebruiksklaar juist voordat CM en SM worden gescheiden; de ene groep regelt de stand tijdens de kritieke terugkeer in de aardse dampkring voordat de parachutes ontplooid worden, de andere staat gereed om meteen over te nemen. Beide standregelsystemen (van CM en SM) werken met N2O4 en monomethylhydrazine.
De telecommunicatiesystemen verzorgen de overdracht van geluid en beeld, van telemetrie- en telecommandogegevens, tussen het ruimtevaartuig en de aarde, tussen de CM en de maanlander en tussen het interieur en een buitenverblijvende astronaut. De onderlinge communicatie van de bemanning, alsmede het volgen en het bepalen van de afstand van de maanlander behoren tot deze systemen.
Naast de hoofdmotor bevindt zich een bestuurbare s-band-antenne (1,550…3,2 GHz), bestaande uit vier parabolische schotels, diameter 78 cm, gemonteerd op een uitklapbare staak. De antennes kunnen nagestuurd worden.
Het nooddetectiesysteem signaleert eventuele noodsituaties en geeft die aan de bemanning door, bijv. overmatig grote hoeksnelheden of het niet werken van twee raketmotoren. Het systeem kan, al dan niet automatisch, de draagraket uitschakelen en de ontsnappingstoren activeren. Dit systeem werkt alleen tijdens de lanceerfase van de aarde af.
Het landingssysteem omvat zowel de valschermen (parachutes) als de bergingshulpmiddelen. Bij een normale landing wordt het kleine hitteschild (aan de top van de kegel) op ca. 8 km hoogte afgestoten, om twee loodsvalschermen (5 m in diameter) vrij te laten. Deze valschermen vertragen en stabiliseren de CM waarna zij losgelaten worden. Drie hoofdvalschermen (diameter 25 m) ontplooien vervolgens in drie etappes om te grote krachten te voorkomen. Twee van de drie valschermen zijn overigens al voldoende om een veilige landing mogelijk te maken.
Elektrische energie wordt geleverd door brandstofcellen in de SM: als bijprodukt leveren zij drinkwater voor de bemanning. Drie zilver/zinkoxidebatterijen in de CM leveren elektriciteit gedurende de intrede in de dampkring tot na de landing op zee. Tevens vullen zij de brandstofcellen aan tijdens piekbelastingen. Twee andere batterijen, onafhankelijk en geheel gescheiden van de overige, worden o.a. gebruikt om het vermogen te leveren dat nodig is om de CM/SM scheiding in werking te stellen, en voor het ontplooien van de parachutes.
Het klimaatregelsysteem reguleert de gasdruk, de temperatuur en de vochtigheid in de cabine en in de ruimtepakken. Het systeem verwijdert o.a. koolstofdioxide, geuren en stofdeeltjes. Het systeem verzamelt en bewaart het drinkbare water van de brandstofcellen, levert water aan de verdampers voor koeling en zet het surplus overboord door een urine-uitlaat (urine dump valve).
De maanlander is een tweetraps ruimtevaartuig, ontworpen voor de landing op en terugkeer vanaf het oppervlak van de maan. De maanlander is 7 m hoog en aan de basis 9,50 m diagonaal over de poten. De twee trappen, de daaltrap en de stijgtrap zijn met explosieve bouten en navelstrengen aan elkaar verbonden. Tot aan de scheiding, bij de start van de maan af, werken ze als een geheel. Na de scheiding blijft de daaltrap op de maan achter.
De stijgtrap is opgebouwd uit drie hoofddelen: het bemanningscompartiment, de middensectie en de instrumentenruimte. Het eerste en het tweede deel hebben een zuurstof-atmosfeer met een druk van ca. 33 kPa. Het volume van de cabine is 6,7 m3. De hoogte van de stijgtrap is 3,75 m, de diameter 4,30 m.
Het bemande compartiment bestaat uit een cilindervormige schaalconstructie. Twee plaatsen zijn uitgerust met besturings- en instrumentenpanelen, arm en rugsteunen, twee ramen, een koppelingsraam boven de hoofden en een uitlijntelescoop tussen beide plaatsen. Het bewoonbare volume is 4,5 m3.
In de middensectie bevinden zich o.a. de computer, de stuwstoftanks voor de stijgraketmotor en de stuurraketten, het klimaatregelsysteem en de afvalverwerking. De koppeltunnel (81 cm diameter) waardoor de toegang van de CM uit plaatsvindt, heeft twee deuren aan de binnenzijde. De bovenste scharniert naar beneden en kan niet geopend worden als de LM onder druk staat en niet gekoppeld is. Thermische en micrometeoroïde schermen van mylar en aluminium beschermen de stijgtrap.
De daaltrap bestaat uit een kruisvormige dragende constructie van twee paren evenwijdige balken, bovenste en onderste dekken en afsluitende spanten, alle bestaande uit een conventionele schaalconstructie van aluminiumlegeringen. Aan uithouders aan de einden van elk balkenpaar zijn de poten bevestigd. Driehoekige ruimten tussen de balken herbergen o.a. de watertanks, heliumtanks, regelapparatuur voor de daalrajcet, van het geleidings- en navigatiesysteem, tanks met zuurstof in gasvorm voor het klimaatregelsysteem en batterijen. Evenals de stijgtrap is de daaltrap omgeven met mylar en aluminium schermen. Een ladder is aan een poot van het onderstel aangebracht. Deze poten zijn gevuld met samendrukbaar aluminium honingraat om de landingsstoot op te vangen. Schotelvormige voeten van 95 cm diameter voorkomen dat de poten te diep in de maanbodem wegzakken. De voeten hebben voelsprieten die aan de bemanning aangeven of de maanbodem bereikt is en de daalmotor afgezet kan worden.
Elektrische energie wordt in de maanlander geleverd door zes zilver/zinkoxidebatterijen, vier in de stijgtrap en twee in de daaltrap, elk met eigen regeleenheid. De energie wordt aan de systemen in de vorm van 28 V gelijkstroom en 117 V wisselstroom toegevoerd (400 Hz).
Het klimaatregelsysteem voorziet in de zuurstof- en watertoevoer, de afvoer van gebruikte gassen zowel van de cabine, als van het draagbare life support-systeem. Componenten van de luchtzuiveringssectie zijn de ruimtepakcirculatiekring die de kleding koelt en ventileert, het koolstofdioxide dat geuren en schadelijke gassen alsmede buitensporige vochtigheid verwijdert; de circulatiekring die de cabine ventileert en de luchttemperaturen regelt; de stoomuitlaat die het verdampte water van de koeling in de ruimte spuit. De koeling geschiedt met twee water-glycol kringlopen. De primaire kringloop circuleert een water-glycolmengsel om de temperatuur in de cabine en in de ruimtepakken te regelen en koelt de batterijen en elektronica die op holle rails en platen zijn gemonteerd. Als de primaire kringloop uitvalt circuleert de tweede de koelvloeistof alleen door de rails en de platen. De koeling van de ruimtepakken wordt dan verzorgd door verdamping van water uit de pakken. Overtollige warmte van beide kringlopen wordt via verdampers of sublimators afgevoerd.
Het communicatiesysteem van de maanlander heeft twee ontvangers/zenders in de s-band en twee in de VHF-band, een signalprocessor en de bijbehorende antennes. De verbindingen van de maanlander met de aarde geschieden in de s-band, die met de CM in VHF. Diverse meetsignalen worden niet overgeseind, maar in de LM op magneetbandrecorders opgeslagen. De magneetbanden worden bij de terugkeer door de bemanning meegenomen.
Het geleidings-, navigatie- en besturingssysteem beschikt over de volgende informatiebronnen: een gestabiliseerd platform met traagheidsmeetinstrumenten, een optische telescoop voor de uitlijning van het platform en de rendez-vous- en landingsradars. De informatie wordt in de computer verwerkt. De positie- en snelheidsinformatie, de stand ten opzichte van de lokale verticaal, worden o.a. aan de bemanning op het instrumentenpaneel gepresenteerd. De rendez-vousmanoeuvre met de CSM wordt door dit systeem automatisch uitgevoerd, voornamelijk met gegevens van de radar. Deze radar bepaalt afstand, afstandsveranderingen en de hoek waaronder de CSM gezien wordt. Het bereik van de rendez-vousradar loopt van 25 m tot ca. 700 km. De landingsradar levert de hoogte en de daalsnelheid aan de computer, die de regelbare stuwkracht van de daalmotor berekent. Alle functies kunnen ook met de hand bestuurd worden, terwijl er ook een reservesysteem is met eigen traagheidssensoren en eigen computer.
De stuurraketten dienen om de stand van de LM te regelen, maar ook om een versnelling te creëren in de stuwstoftanks. De stuurraketten zijn verdeeld in vier groepen van elk vier motoren, die ieder 450 N stuwkracht kunnen leveren. De stuwstoffen, aërozine 50 en N2O4, worden geleverd door twee onafhankelijke voedingssystemen die elk de helft van de motoren bedienen. Elk van beide systeemhelften kan de stand alleen regelen. Er zijn voorzieningen getroffen om als een voedingssysteem is uitgevallen, toch alle zestien motoren te kunnen blijven voeden. Het is zelfs mogelijk om stuwstoffen uit de tanks van de stijgmotor te betrekken.
De raketmotor van de daaltrap levert maximaal 44 kN stuwkracht en is continu regelbaar tussen 4767 N en 28600 N. De motor kan over zes graden gedraaid worden om standsveranderingen of precieze uitlijning door het massamiddelpunt te bereiken. De raketmotor van de stijgtrap is niet draaibaar en de stuwkracht niet regelbaar. De stuwstoffen van zowel stijg- als daaltrap zijn aërozine 50 en N2O4.
Een lamp die eenmaal per seconde aan en uitgaat (20 ms aan) is aan de voorkant bevestigd om in noodgevallen met de hand bestuurde rendez-vousacties in te kunnen leiden. Door het CSM-sextant is het licht tot op ca. 700 km zichtbaar en tot op ca. 200 km met het blote oog. Vijf koppellichten zijn aanwezig om het rendez-vous te voltooien: twee gele vooraan, een wit achtereen, rood aan bakboord en groen aan stuurboord.
De subsatelliet Apollo P and F (particals and fields) is een ruimtevaartuig van 40 kg, dat door de Apollo in een maanbaan wordt achtergelaten om de massaverdeling van de maan, de samenstelling van deeltjes in de nabijheid van de maan en de interactie van de magnetische velden van maan en aarde te bestuderen.