תוכנית אפולו

תוכנית אפולו (באנגלית: Apollo program; נקראה גם "פרויקט אפולו") הייתה תוכנית החלל של ארצות הברית בשנות ה־60 וה־70 של המאה ה־20. התוכנית יושמה על ידי נאס"א, ושיאה היה בנחיתת האדם הראשון על הירח. ראשיתה של התוכנית הייתה בימיו של נשיא ארצות הברית דווייט אייזנהאואר, אך התנופה העיקרית לביצועה באה מהנשיא הבא, ג'ון פיצג'רלד קנדי, שקבע בנאום שנשא בפני הקונגרס ב־25 במאי 1961, את היעד "להנחית לפני תום העשור אדם על הירח ולהחזירו לכדור הארץ בשלום".
היעד שהציב קנדי הושג במשימת אפולו 11, כאשר האסטרונאוטים ניל ארמסטרונג ובאז אולדרין נחתו על הירח ב־20 ביולי 1969 והלכו על פניו. לאחר אפולו 11 שיגרה ארצות הברית חמש משימות נוספות, שגם בהן הנחיתו זוגות אסטרונאוטים על הירח. המשימה האחרונה התבצעה בדצמבר 1972. נחיתות אלו היו הנחיתות המאוישות היחידות שהתבצעו עד היום, על גרם שמיים שאינו כדור הארץ.
תוכנית אפולו באה בעקבות תוכניות חלל קודמות של ארצות הברית: תוכניות מרקורי וג'מיני, שהופעלו מסוף שנות ה־50 של המאה ה־20. תוכנית אפולו עצמה, שהופעלה בין 1961 ל־1972, עשתה שימוש במשגרים ממשפחת משגרי הסטורן לשיגור המשימות לחלל. משגרי סטורן וחלליות אפולו שימשו במשימות נוספות לתוכנית אפולו, שכללו שלושה שיגורים במהלך תוכנית סקיילאב בשנים 1974–1973 ושיגור אחד במהלך תוכנית אפולו־סויוז ב־1975.
כל משימות תוכנית אפולו, למעט שתיים, היו מוצלחות. בשנת 1967, במהלך תרגיל חזרה לשיגור אפולו 1 פרצה שריפה בתא הפיקוד של החללית ושלושת אנשי הצוות נספו. ב־1970, במהלך טיסתה של משימת אפולו 13 אל הירח, ארעה תקלה במערכות קיום החיים בתא הפיקוד של החללית. התקלה חייבה את אנשי הצוות להשתמש במערכות קיום החיים של רכב הנחיתה הירחי (כינויו "העיט") עד שחזרו אל כדור הארץ בשלום.
תוכנית אפולו השיגה מספר ציוני דרך משמעותיים בתולדות טיסות החלל: היא התוכנית היחידה שבמסגרתה נשלחו בני אדם אל מעבר למסלול לווייני נמוך; אפולו 8 הייתה המשימה המאוישת הראשונה שיצאה ממסלול כדור הארץ והקיפה גרם שמיים אחר מלבד כדור הארץ, ואפולו 17 היא המשימה המאוישת האחרונה שעשתה זאת. תוכנית אפולו דרבנה פיתוחים טכנולוגיים בתחומים רבים מלבד מתחומי הטילאות וטיסות החלל, כגון אווירונאוטיקה, תקשורת ומחשבים. כמו כן הציתה התוכנית התעניינות בתחומים הנדסיים ומדעיים רבים בקרב בני כל הגילאים, והשאירה מתקנים ומכשירים רבים שפותחו במהלך התוכנית כציוני דרך. תאי הפיקוד של חלליות אפולו, עם כלים נוספים ששימשו בתוכנית, מוצגים במוזיאונים בכל רחבי העולם, ביניהם מוזיאון האוויר והחלל הלאומי בוושינגטון די. סי. ובמתקני נאס"א בפלורידה, טקסס ואלבמה.
ב-2019 הכריזה נאס"א על "תוכנית ארטמיס" שכוונתה להנחית שוב אסטרונאוטים על הירח, יותר מחמישה עשורים לאחר תוכנית אפולו.

ההכרזה על תוכנית אפולו

בתחילת 1960, בתקופת נשיאותו של אייזנהאואר, הועלו הצעות להנחית אדם על הירח, כתוכנית המשך לתוכנית מרקורי. בעוד קפסולת המרקורי יכלה לספק מגורים לאסטרונאוט אחד בלבד למשך פרק זמן קצר במסלול סביב כדור הארץ, החללית שתוכננה לנחיתה על הירח הייתה יכולה לשאת שלושה אסטרונאוטים למסלול סביב הירח ובסופו של דבר גם לנחות על פניו. התוכנית, שעוד לא תוקצבה, נקראה על שמו האל היווני אפולו על ידי מנהל מרכז מחקר בנאס"א אייב סילברסטין שמאוחר יותר אמר כי "בחרתי את השם לחללית כמו שבחרתי את השם לבני". סילברסטין סיפר כי בחר את השם אחרי שעיין בספר על המיתולוגיה היוונית ערב אחד בביתו בתחילת 1960. הוא חשב כי "התמונה של אפולו חולף במרכבתו על פני השמש תאמה למטרה הכללית של התוכנית המוצעת". בעוד נאס"א החלה לתכנן את התוכנית, המימון לתוכנית היה רחוק מלהיות מובטח בהתחשב בגישתו האמביוולנטית של אייזנהאואר לטיסות חלל.
בנובמבר 1960 נבחר ג'ון פ. קנדי לנשיאות ארצות הברית אחרי קמפיין שהבטיח עליונות על פני ברית המועצות בתחום טיסות החלל והגנת הטילים. על ידי שימוש בחקר החלל כסמל ליוקרה לאומית הוא הזהיר מפני "פער הטילים" בין שתי האומות והבטיח להפוך את ארצות הברית "לא לראשונה אבל, ראשונה וְ... או ראשונה אם, אלא ראשונה. נקודה." (.not first but, first and, first if, but first period). למרות נאומיו, קנדי לא הגיע להחלטה בקשר לתוכנית אפולו מיד עם כניסתו לבית הלבן. הוא ידע מעט על הפרטים הטכניים של תוכנית החלל וכן נרתע מהמחויבות הפיננסית המאסיבית שנדרשה לביצוע נחיתה מאוישת על הירח. כאשר מנהל הסוכנות החדש של נאס"א ג'יימס וב (שמונה על ידי קנדי) ביקש הגדלה של 30% בתקציב הסוכנות, תמך קנדי בהאצת תוכנית פיתוח המשגרים הגדולים של נאס"א (משגרי הסטורן), אך נמנע מלהגיע להחלטה בקשר לתוכנית הרחבה יותר.
ב־12 באפריל 1961, הפך הקוסמונאוט הסובייטי יורי גאגארין לאדם הראשון בחלל, ובכך חיזק את החששות של האמריקאיים שהם מפגרים בכל הקשור לטכנולוגיה אל מול ברית המועצות. בפגישה של ועדת המדע והאסטרונאוטיקה של ארצות הברית יום לאחר טיסתו של גאגארין, הבטיחו חברי קונגרס רבים את תמיכתם בתוכנית שמטרתה להבטיח כי ארצות הברית תשיג את ברית המועצות. קנדי לעומת זאת היה זהיר בתגובתו לחדשות וסירב להתחייב לתגובת האמריקאים כלפי הסובייטים.
ב־20 באפריל שלח קנדי תזכיר לסגנו לינדון ב. ג'ונסון שבו ביקש ממנו לבחון את תוכנית החלל האמריקאית ותוכניות אשר יכולות לסייע לנאס"א להשיג את תוכנית החלל הסובייטית. כעבור כשבוע הגיב ג'ונסון וסיכם כי "איננו משקיעים את מירב המאמצים ואיננו מקבלים את התוצאות הדרושות להפיכת המדינה למובילה בתחום". התזכיר סיכם כי נחיתה מאוישת על הירח רחוקה מספיק כדי שארצות הברית תוכל להשיג מטרה זו לפני ברית המועצות.
ב־25 במאי 1961, פחות משלושה שבועות לאחר טיסתו של שפרד, הציג הנשיא קנדי את תמיכתו בתוכנית אפולו במהלך נאום מיוחד בפני שני בתי הקונגרס:
ראשית, אני סבור שעל אומה זו להציב לה כיעד מחייב, כי עד תום העשור תושג המטרה של הנחתת אדם על הירח והשבתו ארצה בשלום. שום פרויקט חלל אחר לא ירשים כל כך את האנושות או יהיה חשוב כל כך לחקר החלל בטווח הארוך; שום פרויקט אחר גם לא יהיה קשה כל כך, או יקר כל כך, להשגה.
— נשיא ארצות הברית ג'ון קנדי בנאום מיוחד בפני שני בתי הקונגרס, ביום 25 במאי 1961
לאחר הצגת התוכנית אפילו עובדים בנאס"א הטילו ספק בהיתכנות הגשמת חזונו של קנדי, זאת לאור העובדה שהם לא הצליחו אפילו לשגר אדם למסלול. קנדי אף נטה להסכים לחבור למשימה משותפת של ארצות הברית וברית המועצות אל הירח, על מנת להימנע משכפול המאמצים.
הנחתת אדם על הירח לפני תום העשור דרשה פריצת דרך של יצירתיות טכנולוגית והתחייבות להקצאת משאבים הגדולה ביותר (24 מיליארד דולר) שנעשתה אי פעם על ידי מדינה כלשהי למטרות שלום. בשיאה העסיקה תוכנית אפולו כ־400,000 עובדים והסתייעה ביותר מ־20,000 חברות תעשייתיות ואוניברסיטאות.
התוכנית דרשה גם את הפיכת קבוצת משימות החלל, שהפעילה עד אז את משימות החלל המאוישות של נאס"א ממרכז החלל לנגלי, למרכז חדש - "מרכז טיסות החלל המאוישות" (מאוחר יותר קיבל המרכז את השם מרכז החלל ג'ונסון) - שהוקם ביוסטון, טקסס, על קרקעות שנתרמו על ידי אוניברסיטת רייס. בספטמבר 1962, כאשר שתי משימות מרקורי כבר הקיפו את כדור הארץ, ובניית המרכז החדש החלה, ביקר קנדי באוניברסיטת רייס והציג את אתגר התוכנית בנאום מפורסם:
אבל למה, ישנם השואלים, הירח? למה לבחור בזה כמטרתנו? והם עשויים לשאול, למה לטפס על ההר הגבוה ביותר? למה, 35 שנה קודם, לחצות בטיסה את האוקיינוס האטלנטי?...
אנו בוחרים להגיע אל הירח. אנו בוחרים להגיע אל הירח בעשור הזה, ולעשות את הדברים האחרים, לא משום שהם קלים, אלא משום שהם קשים, משום שמטרה זו תאפשר לארגן ולמדוד את מיטב האנרגיות והכישורים שלנו, משום שאתגר זה הוא אתגר שאנו מוכנים לקבל על עצמנו, אתגר שאיננו מוכנים לדחות, ואתגר שאנו מתכוונים גם לנצח...
לפני שנים רבות, חוקר הארצות הבריטי הגדול ג'ורג' מאלורי, שעמד למות על הר האוורסט, נשאל מדוע הוא רצה לטפס עליו. הוא ענה, "מפני שהוא שם". ובכן, החלל נמצא שם, ואנו עומדים לטפס עליו, והירח והפלנטות האחרות נמצאים שם, ותקוות חדשות לידע ושלום נמצאים שם. ולכן, ביוצאנו למסע, אנו מבקשים את ברכתו של אלוהים להרפתקה המסוכנת ביותר, והגדולה ביותר, אשר בני אדם יצאו אליה אי פעם.
— נשיא ארצות הברית ג'ון קנדי בנאום שנשא באוניברסיטת רייס ביוסטון, טקסס

גיוס ואימון אסטרונאוטים

קבוצת האסטרונאוטים הראשונה של נאס"א ("שביעיית מרקורי") הייתה קבוצה של טייסי ניסוי שגויסו משורות הכוחות המזוינים של ארצות הברית, שהיו בעלי תואר מינימלי בהנדסה, בני פחות מ־40, ושעמדו בקריטריונים פיזיים ומנטליים שהוצבו על ידי נאס"א. בגיוסים הבאים של נאס"א (9 ב־1962, 14 ב־1963 ו־15 ב־1966), שיועדו לספק אסטרונאוטים לתוכנית אפולו (וגם לתוכנית ג'מיני), נקבעו קריטריונים חדשים: הגיל ירד ל־35, כמות שעות הטיסה שנדרשה הופחתה, והורחב טווח התארים האקדמיים המותרים. כמו כן בוצעו שני גיוסים לבעלי PhD ב־1965 (4 אסטרונאוטים) וב־1967 (11 אסטרונאוטים), אך בסופו של דבר רק אחד מאותם 15 טס לירח (השאר טסו בתוכניות סקיילאב ובתוכנית המעבורות).
אימוני האסטרונאוטים כללו בעיקר סימולציות בחללית אפולו וברכב הנחיתה, אך גם קורסים באסטרונומיה (לשם ניווט על פי הכוכבים בחלל), בגאולוגיה (לבחינת קרקע הירח) ובצילום. האסטרונאוטים בילו שעות טיסה רבות ב־T-38 טאלון כדי לשמור על מיומנות טיסה (שלושה אסטרונאוטים מקבוצה 3 נהרגו בעת אימונים במטוס זה). האסטרונאוטים היו מעורבים גם בתכנון החלליות כדי שאלו יהיו נוחים ופשוטים לתפעול. כמו כן התבקשו האסטרונאוטים לתרום מזמנם למסעי הפרסום שהתלוו לתוכנית. האסטרונאוט דיק סלייטון, שנבחר לטוס בתוכנית מרקורי, אך קורקע בגלל בעיות רפואיות (הוא טס לבסוף במשימת אפולו־סויוז ב־1975), היה אחראי על שיבוץ האסטרונאוטים למשימותיהם.
חללית האפולו תוכננה כך שאפשרה שליטה מלאה של הצוות, זאת למקרה שהתקשורת עם כדור הארץ אובדת. שליטה עצמאית זו הופחתה משמעותית לאחר מספר משימות אפולו, מאחר שמרכז החלל ביוסטון יכול לשלוט בחללית בצורה יעילה יותר מאשר הצוות, זאת בזכות מחשבים חזקים יותר ומערכות עיקוב משוכללות. את רוב פעולות ההיגוי של החללית ביצע מחשב הטיסה של החללית, שקיבל מידע מחיישנים ומערכות שונות בחללית. ללא מחשב הטיסה לא היו האסטרונאוטים יכולים לנחות על הירח, מפני שרק המחשב יכול היה לנצל את הדלק בצורה אופטימלית ולא לבזבזו בעת הנחיתה. המחשב היה חיוני כל כך עד שהוא כונה "איש הצוות הרביעי".
41 אסטרונאוטים הוקצו להטיס את חללית האפולו. 32 מהם היו חלק מתוכנית אפולו בעוד השאר שויכו לתוכנית סקיילאב ואפולו־סויוז. 24 מתוך האסטרונאוטים של תוכנית אפולו עזבו את מסלול כדור הארץ ונכנסו למסלול סביב הירח (אפולו 7 ו־9 לא עזבו את מסלול כדור הארץ). 12 מתוך אותם 24 הלכו על הירח, ו־6 מתוך ה־12 נסעו ברכב הנדידה הירחי. בעוד שלושה מתוך ה־24 טסו לירח פעמיים, אף אחד מהם לא נחת עליו יותר מפעם אחת. תשע המשימות ששוגרו לירח שוגרו בין דצמבר 1968 לדצמבר 1972.
מלבד עשרים וארבעה האסטרונאוטים שעזבו את כדור הארץ, אף אדם אחר לא עזב מעולם את מסלול LEO סביב כדור הארץ. אותם אסטרונאוטים הם בני האדם שהגיעו לנקודה הרחוקה ביותר מכדור הארץ; צוות אפולו 13 הגיע רחוק מכולם. הם גם בני האדם היחידים שראו את צידו הרחוק של הירח במו עיניהם. שנים עשר האסטרונאוטים שנחתו על הירח הם בני האדם היחידים שדרכו על גוף שמימי כלשהו שאינו כדור הארץ. שניים מתוך עשרים וארבעה האסטרונאוטים שטסו לירח פיקדו בהמשך על משימת סקיילאב, אחד מהם פיקד על אפולו־סויוז, אסטרונאוט מתוך קבוצה זו פיקד על משימת נחיתה של מעבורת החלל אנטרפרייז ושניים נוספים פיקדו על משימות חלל של מעבורות החלל. בסך הכל, עשרים וארבעה מהאסטרונאוטים שטסו בתוכנית אפולו (ובהם גם ג'ון גלן, שטס בתוכנית מרקורי) טסו גם במשימות מעבורות החלל.
כללי המשימה חייבו כי, ברוב המקרים, רק אדם אחד במרכז הבקרה יתקשר ישירות עם הצוות הנמצא בטיסה. הכללים ציינו גם כי על אדם זה להיות אסטרונאוט בעצמו, שיוכל להבין את המצב בחללית ולתקשר עם הצוות בצורה הברורה ביותר. איש קשר כונה Capsule Communicator או CAPCOM, כינויים שהיו קיימים גם בתוכניות ג'מיני ומרקורי. אנשי הקשר נבחרו בדרך כלל מצוותי הגיבוי או התמיכה של המשימה, ועבדו במשמרות במהלך משימות ארוכות.

אמינות ובטיחות

כשהתחילה תוכנית אפולו הייתה נאס"א רגישה מאוד לנושאי בטיחות. שיגור אדם אל הירח מסוכן הרבה יותר משיגור אדם למסלול סביב כדור הארץ. במקרה של בעיה במסלול סביב כדור הארץ, ניתן לנחות בקלות יחסית על ידי הפעלת מנועי האטה וחדירה לאטמוספירה, אך לאחר שחללית עוזבת את מסלול כדור הארץ, על מערכות החללית לפעול ללא רבב אם בכוונתה לנחות חזרה בכדור הארץ. נאס"א קבעה כי על רכיבי התוכנית לעמוד בהסתברות של 99% להשלמת המשימה ו־0.1% לאיבוד הצוות (הסיכון עסק ברכיבים בלבד ולא בתנאי המשימה).
החלטות טכניות ומבניות להבטחת אמינות ובטיחות החללית נעשו בעת פיתוח ובניית חללית האפולו. החלליות השתמשו בדלק היפרגולי, שניצת מיד עם מגעו במחמצן, וחוסך את הצורך במערכת הצתה מועדת לתקלות. שמירת הלחץ בחלליות נעשתה באמצעות גז הליום ולא באמצעות מערכת שאיבה העלולה להתקלקל. כדי להגביר את הבטיחות תכננה נאס"א לתת לאסטרונאוטים את הכלים והידע הדרושים לשם תיקון החללית בחלל או בירח, אך הדבר דרש אימונים מסובכים, למידת מערכות מסובכות ונשיאת כלי עבודה ורכיבי חילוף, ולכן הרעיון ננטש ב־1964. במקום זאת הוחלט להוציא את האסטרונאוטים לסיורים באתרי פיתוח ובניית החלליות ולשתפם בתוכניות הפיתוח.
החלליות צוידו במערכות גיבוי שיכלו לפעול פחות או יותר ברמתן של המערכות המקוריות. מערכת הניווט של רכב הנחיתה הירחי כללה מערכת גיבוי, שנבנתה על ידי חברה שונה מזאת שפיתחה את המערכת הראשית, זאת כדי להפחית את ההסתברות שאותה תקלה תחזור על עצמה. ארבעת אשכולות המנועים של מערכת בקרת הגישה של החללית היו בלתי תלויים אחד בשני, והיו יכולים לפעול כולם יחד או כל אחד בנפרד. מערכת הבקרה התרמית כללה גיבוי, כל המעגלים החשמליים שוכפלו, וכגיבוי לאנטנת התקשורת הראשית הותקנו שתי אנטנות קטנות יותר. הרכיב היחיד שעבורו לא ניתן היה ליצור גיבוי היה מנוע רכב הנחיתה הראשי, ובשל כך בוצעו מבחנים רבים בתנאים ריאליסטיים ככל הניתן, כדי לספק את רמת הבטיחות שנדרשה מרכיב זה.

ברקע: התוכנית הסובייטית לכיבוש הירח

מאז שיגור ספוטניק 1 באוקטובר 1957 הובילה תוכנית החלל הסובייטית, ומנהיגיה שאפו שברית המועצות תקדים את ארצות הברית במרוץ לחלל. למנהיגי ארצות הברית, וכן לציבור הרחב, לא היה ספק שברית המועצות תיזום תוכנית חלל מאוישת לחקר הירח במטרה לנחות עליו ולזכות ביוקרה הנלווית. ואולם, נשמעה הצהרה יחידה בלבד של מנהיג סובייטי ב־1961 בדבר כיבוש הירח, ומאז לא התגלה אף מידע נוסף בקשר לתוכנית שכזו. בעקבות זאת, מספר נציגים בקונגרס האמריקאי החלו לערער על הצורך בתקציב גדול כל כך לתוכנית. מנהלי נאס"א לעומת זאת, שחששו כי הסובייטים יגיעו לירח לפניהם, הפעילו לחץ על לוח הזמנים של התוכנית, במטרה לשגר משימה אל הירח מוקדם ככל האפשר. ישנם הטוענים שזוהי הסיבה שבגללה שוגרה אפולו 8 בסוף 1968 לטיסה סביב הירח, טיסה שלא הייתה מתוכננת בלוח הזמנים המקורי של התוכנית (פירוט בהמשך). בשנה שלאחר מכן ירד הלחץ, וביולי 1969 שוגרה אפולו 11 ונחתה על הירח. במהלך שנות ה־70 של המאה ה־20 לא נחשף אף מידע אודות תוכנית סובייטית לכיבוש הירח, ולאחר "ההתפכחות" מתוכנית אפולו כתב העיתונאי האמריקאי וולטר קרונקייט כי תוכנית אפולו הייתה מיותרת מפני ש"הסובייטים כלל לא השתתפו במרוץ". רק בסוף שנות ה־80, עם הנהגת מדיניות הגלסנוסט בברית המועצות, החל להופיע מידע אודות התוכנית הסובייטית, ועם התפרקות ברית המועצות בתחילת שנות ה-90, התפרסם מידע רב אודות התוכנית.
הסתבר, כי בתחילת שנות ה־60 של המאה ה־20 החלה תוכנית החלל המאוישת של ברית המועצות, שהובילה עד אז על פני ארצות הברית, להיכנס לקיבעון. סרגיי קורוליוב, מגדולי מהנדסי החלל הסובייטים, החל לתכנן את משגר ה־N-1 הענק, שדרש את פיתוחם של מנועים קיריוגניים שישתמשו במימן (בדומה למשגרי הסטורן). אך ולנטין גלושקו, שהיה אחראי על פיתוח מנועים לתוכנית החלל הסובייטית, סירב לפתח מנוע שכזה. ביוני 1961 ביקש מזכירו הראשי של נשיא ברית המועצות ניקיטה חרושצ'וב מ"יריבו" של קורוליוב, ולדימיר צ'לומיי, לפתח משגר חדש, הפרוטון, וחללית ירחית, ה־LK, שישמשו למשימה סביב הירח. קורוליוב בתגובה הציע להנחית אדם על הירח באמצעות חללית סויוז ונחתת L3. רק ב־3 באוגוסט 1964, 3 שנים אחרי ההכרזה על תוכנית אפולו, הורה חרושצ'וב להתחיל להוציא לפועל את התכנונים ולהצטרף למרוץ לכיבוש הירח: תוכנית זונד, שהשתמשה במשגרי פרוטון ודגמים ראשוניים של החללית סויוז לשיגור בעלי חיים למסלול סביב הירח, ותוכנית N1-L3 שיועדה להנחית קוסמונאוטים על הירח. אך עם הדחתו של חרושצ'וב מתפקיד הנשיאות וכניסתו לתפקיד של ליאוניד ברז'נייב באוקטובר אותה שנה באו עיכובים נוספים ולא הוקצו תקציבים מתאימים לתוכניות.
קורוליוב מת ב־1966, והדבר פגע קשות בתוכנית. המחסור בתקציב הוסיף לקשיים אלה, ותוכנית פיתוח ה־N-1 עמדה מול בעיות רבות (4 שיגורים כושלים בין 1969 ל־1971). כל אלה הובילו לנטישת התוכנית הסובייטית לנחיתה מאוישת על הירח ב־2 במאי 1974. עם זאת, משגר הפרוטון וחללית הסויוז הפכו להצלחה כבירה ודגמים משופרים שלהם משמשים עד היום לשיגור משימות רובוטיות ומאוישות לחלל כחלק מתוכנית החלל הרוסית.

חלונות שיגור ואתרי נחיתה

ב־6 המשימות בהן נחתו על הירח תוכננה הנחיתה לתחילת היום הירחי (שנמשך 28 ימי ארץ). יתרונות הנחיתה ביום היו אור השמש (שהייתה בין 10 ל־15 מעלות מעל לאופק) והטמפרטורות הפחות קיצוניות (ביחס ללילה): בין 0 ל־130 מעלות צלזיוס. מכיוון שכך, חלון השיגור של משימת אפולו שיועדה לנחות על הירח נפתח פעם בחודש למשך יום אחד.
אתרי הנחיתה נבחרו תמיד בצידו הנראה של הירח, כדי שניתן יהיה לתקשר עם כדור הארץ, וקרוב ככל הניתן לקו המשווה הירחי, כדי להקטין את כמות הדלק שתידרש לשם ההמראה ושינוי נטיית המסלול.

שיגור למסלול סביב כדור הארץ

כל המשימות אל הירח שוגרו מ־LC-39 שבמרכז החלל קנדי, פלורידה. שיגור הסטורן V, ששקל 2,800 טון, היה מחזה מרהיב עין, ואנשים רבים התכנסו באתרי התצפית כדי לחזות בשיגור. 5 מנועי השלב הראשון הופעלו בבת אחת, ושרפו יחד כ־14 טונות דלק בכל שנייה. לאחר הצתת המנועים והתייצבות הדחף ברמה המקסימלית נותקו צינורות וגשרים של מגדל השיגור, והמשגר התחיל מתרומם באטיות: נדרשו לו 10 שניות לפנות את מגדל השיגור. 2.5 דקות לאחר ההתרוממות המשגר, כשהוא בגובה 56 ק"מ ובמהירות של כ־9,750 קמ"ש, הושלך השלב הראשון. רגעים ספורים אחר כך הוצתו רקטות האצה קטנות לשיקוע ההודפים לתחתית המכלים, ולאחריהם מנועי השלב השני. הושלך המתאם המחבר את שני השלבים הראשונים, ומגדל המילוט נורה (החללית הייתה גבוהה כדי הצורך לצניחת חרום). השלב השני כובה והושלך כאשר המשגר הגיע למהירות כ־24,680 קמ"ש ולגובה 185 ק"מ. עם השלכת השלב השני הוצת מנוע השלב השלישי למשך 140 שניות והכניס את שארית המשגר והחללית למסלול מעגלי (LEO) בגובה 187 ק"מ. הכניסה למסלול אירעה כ־11 דקות לאחר תחילת השיגור.

הנמכת המסלול

שלב זה כונה בטרמינולוגיית נאס"א בראשי התיבות DOI - ‏Descent Orbit Insertion.
בשלב זה של המשימה הונמך מסלול רכב הנחיתה מ־110 ק"מ ל־15 ק"מ בלבד מעל לירח, תוך הפיכת המסלול המעגלי למסלול אליפטי (110 × 15 ק"מ). הנמכת המסלול איפשרה לרכב הנחיתה לנחות על הירח תוך שימוש בכמות המינימלית האפשרית של דלק. גבול ה־15 ק"מ נבחר כדי שבעת נחיתת ה־LM לא היה חשש שיאזל הדלק.
עד לאפולו 12 בוצע התמרון באופן הבא: מפקד המשימה וטייס רכב הנחיתה נכנסו אל רכב הנחיתה וסגרו את הצוהר מאחוריהם, בעוד טייס תא הפיקוד נשאר בתא הפיקוד, בו הוא צפוי לחכות לחבריו שיחזרו מהירח. לאחר אתחול מערכות רכב הנחיתה ובחינת מערכותיו, ניתק ה־LM מה־CSM והחל להתרחק ממנו. כשהיה במרחק של כמה מאות מטרים (וכחצי הקפה מההיפרדות) הופעל מנוע ה־LM והמסלול שונה.
החל מאפולו 14 בוצע התמרון על ידי המנוע הראשי של ה־CSM, לפני שה־LM נפרד ממנו, כלומר ה־CSM שינה גם הוא את מסלולו, וכך נחסכה כמות גדולה של דלק מה־LM. במשימות אלו ה־LM נפרד רק לפני תחילת שלב ההנמכה הממונעת.

השהייה על הירח

במהלך השהייה על הירח ביצעו האסטרונאוטים פעילות חוץ רכבית (EVA) שכונתה גם "הליכת ירח". במשימת אפולו 11 בוצעה הליכת ירח יחידה ואילו במשימת אפולו 17 בוצעו 3 הליכות. לפני היציאה לירח מילאו האסטרונאוטים את מכלי החמצן והמים הניידים שלהם, לבשו את חליפות החלל ורוקנו את פנים רכב הנחיתה מאוויר. לאחר מכן פתחו האסטרונאוטים את פתח הרכב שהוביל לסולם שירד אל הקרקע.
לאחר הירידה אל הקרקע החלו האסטרונאוטים לפרוק את תא המטען של רכב הנחיתה (שהיה חלק משלב הנחיתה של הרכב והיה נגיש רק מבחוץ) בו היו המערכות אותם היה עליהם להציב בירח וכלי עבודה. החל ממשימת אפולו 15 נשא רכב הנחיתה גם את רכב הנדידה הירחי, איתו יכלו האסטרונאוטים להתרחק לתור אזורים רחוקים מרכב הנחיתה.
במהלך הפעילות החוץ רכבית הציבו האסטרונאוטים מערכות מדעיות שונות על הירח ואספו דוגמאות קרקע אותן החזירו לכדור הארץ. בין פעילות לפעילות חזרו האסטרונאוטים אל הרכב שם יכלו להוריד את חליפות החלל (לאחר דיחוס פנים הרכב שהיה מרוקן מאוויר), לאכול ולנוח. לאחר הפעילות האחרונה ננטשו על הירח כלי עבודה וחפצים נוספים שלא נדרשו להחזרה לכדור הארץ על הירח, כדי להקל על ה־LM בעת ההמראה. החל מאפולו 15 הורחק רכב הנדידה הירחי מרכב הנחיתה ומצלמותיו כוונו אליו כדי שיצלם את ההמראה.

המראה ומפגש עם ה־CSM

ההמראה מן הירח נועדה לאפשר את עגינת רכב הנחיתה הירחי עם תאי הפיקוד והשירות שנותרו במסלול סביב הירח, על מנת שהצוות יוכל לחזור לכדור הארץ. ההמראה והעגינה נעשתה בשני שלבים: קודם המריא שלב ההמראה של רכב הנחיתה (בהשאירו את שלב הנחיתה על הירח) ונכנס למסלול סביב הירח, ולאחר הכניסה למסלול נעזר במנועי הגישה שלו כדי להתקרב אל ה־CSM ולעגון בו.
לפני ההמראה הוזנו נתוני מיקומו המדויק של ה־LM למחשב כדי שההמראה תבוצע בצורה המדויקת ביותר. רגע ההמראה נקבע כך שהכניסה למסלול תבוצע כאשר ה־CSM נמצא קרוב לנתיב ה־LM. שלב הנחיתה של ה־LM נשאר על הירח ומשמש ככן שיגור עבור שלב ההמראה. השלבים נפרדים רגעים ספורים לפני ההמראה על ידי נפצים קטנים.
שלב ההמראה ממריא במסלול אנכי עד לגובה 75 מטרים אז מתחיל המסלול להתאזן באיטיות עד הכניסה למסלול אליפטי בגובה 15 עד 67 ק"מ.
לאחר הכניסה למסלול נפגשים ה־LM וה־CSM (המוטס על ידי האסטרונאוט השלישי) ועוגנים אחד בשני. לאחר שדוגמאות הקרקע מהירח, סרטי הצילום והצוות עברו אל תא הפיקוד, שוחרר ה־LM והוכנס למסלול התרסקות בירח. לאחר מכן יכול היה ה־CSM להתחיל במסע חזרה לכדור הארץ (במשימות אפולו 15, 16 ו־17 נשאר ה־CSM יום נוסף במסלול סביב הירח, והצוות ביצע ניסויים מדעיים ושיחרר לוויין מחקר קטן למסלול סביב הירח).

החזרה לכדור הארץ

על מנת לעזוב את מסלול הירח הופעל מנוע תא השירות למשך 2.5 דקות שהקנו לחללית ΔV (שינוי מהירות) של כ־1,000 מטרים לשנייה. שלב זה היה אחד השלבים הקריטיים במשימה, כי כשל במנוע או טעות בכיוון החללית היו עלולים לחרוץ את גורל הצוות. החללית לא כוונה ישירות אל כדור הארץ אלא אל המשך מסלולו, שהרי במשך המסע בן שלושת הימים של החללית, התקדם כדור הארץ במסלולו סביב השמש. החללית מוכנסת למסלול המתוכנן להביא אותה, לאחר שלושה ימים, לחלוף בגובה 40 ק"מ מעל פני כדור הארץ.
במהלך שלושת ימי המסע לכדור הארץ בוצעה הליכת חלל או עמידת חלל (בה רק פלג הגוף העליון יוצא מהחללית) במהלכה נאספו סרטי הצילום ממצלמות תא השירות. כמו כן בוצעו תיקוני מסלול קטנים כדי להביא למקסימום את זווית החדירה לאטמוספירה כך שהנחיתה תבוצע במקום בו המתינו צוותי החילוץ. ככל שהתקרבה החללית לכדור הארץ כך גדלה מהירותה, מ־850 מטר לשנייה עד ל־11 ק"מ לשנייה בתחילת החדירה לשכבות העליונות של האטמוספירה, שאת השפעותיה היה אפשר לחוש כבר בגובה 120 ק"מ (בגלל מהירותה העצומה של החללית). זמן קצר לפני החדירה לאטמוספירה הושלך תא השירות יחד עם המנוע הראשי, ומרבית מקורות החמצן והחשמל. החדירה לאטמוספירה בוצעה בזווית מדויקת של 6.5° עם אפשרות לסטייה של מעלה אחת בלבד. בזווית חדירה גדולה יותר היה תא הפיקוד עלול להתחמם לטמפרטורות גבוהות מ־3,000° צלזיוס, טמפרטורות שמגן החום אינו יכול לעמוד בהן, ותא הפיקוד עלול היה להישרף. מעבר לכך, בזווית כזו תאוטת החללית תהיה גדולה מדי, סיכון חמור נוסף לחיי הצוות. מאידך, אם זווית החדירה תהיה קטנה מדי, עלולה החללית ל"קפץ" על פני האטמוספירה - לפגוע בה ולהיזרק חזרה לחלל, כמו אבן הניתזת מפני המים. במצב כזה החללית הייתה נכנסת למסלול אליפטי גבוה מאוד, ממנו לא הייתה יכולה להיחלץ בשל חוסר יכולת תמרון. מקורות החמצן והחשמל המצומצמים שיהיו לחללית בשלב זה יחרצו את גורל הצוות למוות.
לאחר האטה בעומס 4 G איבדה החללית את רוב מהירותה האופקית והמשיכה ליפול אנכית. בגובה 7 ק"מ נפרשו שני מצנחים שייצבו את החללית והאטו אותה מ־480 ל־280 מטר לשנייה. מצנחים אלה הושלכו בגובה 3 ק"מ, ובמקומם נפתחו לצדדים שלושה מצנחים קטנים, שפרשו את שלושת המצנחים הראשיים (הדבר נעשה כדי למנוע את הסתבכות המצנחים). תא הפיקוד פגע בפני האוקיינוס במהירות של כ־35 קמ"ש. מיד עם הפגיעה במים נותקו שלושת המצנחים הראשיים ושלושה בלונים התנפחו בחרטום התא כדי למנוע את שקיעתו במים. צי שכלל נושאת מטוסים המתין לחללית בקרבת אתר הנחיתה ומסוקים ומטוסים ריחפו מעליו ותרו אחר החללית. עם פגיעת החללית במים זינקו צוותי צוללנים בסירות גומי אל התא וחילצו את האסטרונאוטים, שהוטסו במסוק אל נושאת המטוסים. גם תא הפיקוד הועלה לסיפון נושאת המטוסים.

סטורן I

הסטורן I (או סטורן C-1) תוכנן לפני שמפרט משימות האפולו היה ידוע. כאשר סוכם המפרט התברר שהמשגר אינו חזק די הצורך. עם זאת, 10 משגרי סטורן I נבנו ושגרו בהצלחה מלאה בין 1961 ל־1965. חמש המשימות הראשונות (SA-1 עד 5) היו משימות פיתוח, שתי משימות נוספות (A-101 ו־A-102) נשאו דגמים של החללית אפולו לחלל ושלוש משימות נוספות (A-103 עד 105) היו חלק מפרויקט פגאסוס. חלק מהטכנולוגיה ששימשה בבניית הסטורן I שימשה לאחר מכן לפיתוח ובניית סטורן IB וסטורן V.

משימות שבוטלו

ב־4 בינואר 1970 הודיעה נאס"א על ביטול משימת אפולו 20 שיועדה לנחות על הירח, כדי שמשגר הסטורן V שיועד למשימה זו יוכל לשמש את שיגור תחנת החלל סקיילאב. כמו כן, קיצוצים בתקציב נאס"א הגבילו את פיתוח משגרי הסטורן V מלבד ה־15 שחלקם כבר שוגרו וחלקם עדיין היו בהרכבה. בעקבות כך הודיעה נאס"א כי שלוש המשימות האחרונות אל הירח ישוגרו ב-1973 ו-1974, אחרי שלוש משימות הסקיילאב שהיו בתכנון. אחרי שבוטלה הנחיתה על הירח במשימת אפולו 13 באפריל 1970 נקבעו מטרות חדשות למשימת אפולו 14 - להשלים את היעדים שהיו מתוכננים לאפולו 13. בסופו של דבר הודיעה נאס"א ב־2 בספטמבר 1970 כי משימת אפולו 15 תהפוך למשימה מסוג J (קודם לכן היא הייתה מסוג H) וכי משימת ה־J האחרונה תבוטל. מכיוון שתוכננו רק 5 משימות מסוג J, ומאחר שהשתיים האחרונות (אפולו 19 ואפולו 20) בוטלו כך שהיה אפשר לשגר רק 3 משימות J, ומאחר שמשימת אפולו 15 הפכה למשימת ה־J הראשונה (ואפולו 16 ו־17 למשימות ה־J השנייה והשלישית) - לא נותרה תכלית ראויה לשיגור אפולו 18, והיא בוטלה.

זיהוי המשימות

במרץ 1967, לאחר שיגורם של שלוש משימות אפולו לא מאוישות על גבי משגר סטורן IB, ולאחר אסון אפולו 1, יצאה הוראה מהמטה המרכזי של נאס"א לשנות את צורת מספור המשימות.
עד אז מוספרו המשימות בצורה הזו: "AS-YXX", כאשר ה־AS הוא קיצור של Apollo-Saturn (אפולו־סטורן), ה־Y הוא סוג המשגר (1 - סטורן I,‏ 2 - סטורן IB,‏ 5 - סטורן V) וה־XX הם המספר הסידורי של המשימה. למעשה, המספור היה הזיהוי הסידורי של המשגר, כלומר המשימה נקראה על שם המשגר. לכן יצא שהמשימות לא מוספרו על פי סדר שיגורם אלא לפי המשגר ששימש את השיגור (כך יצא שמשימת AS-203 שוגרה לפני AS-202). בלבול נוסף נוצר לאחר שהמשימה המאוישת הראשונה בתוכנית אפולו (שנקראה בדיעבד אפולו 1), שנקראה על שם משגרה - AS-204 - בוטלה כביכול לאחר השריפה, והמשגר הוצב לשימוש משימה חדשה (אפולו 5).
ההוראה שהוציאה נאס"א הייתה שמעתה ואילך, כל משימות התוכנית יזוהו כ"אפולו X", כאשר ה־X הוא מספר סידורי שמתחיל מ־4 (כדי להתחשב בשלוש המשימות הקודמות ששוגרו תחת הזיהויים AS-201 עד AS-203, שיקראו "אפולו 1", "אפולו 2" ו"אפולו 3"). המספר היה ניתן לפי סדר השיגור ולא כתלות במשגר.
אך בעקבות ההחלטה נוצרה בעיה. הזיהוי "אפולו 1" ניתן (בצורה לא רשמית) למשימת אפולו 1 עוד לפני האסון, ואחריו ביקשו אלמנות האסטרונאוטים לשמור על הזיהוי "אפולו 1". כלומר משימת AS-201 נותרה ללא זיהוי מתאים. אחת ההצעות לפתרון הבעיה הייתה להחשיב את משימות ה־AS-201 עד 203 לחלק מתוכנית הפיתוח של הסטורן I, ולמספר את כל המשימות הבאות תחת הזיהוי "אפולו X", כאשר X הוא מספר סידורי המתחיל מ־2 (כאשר המספר 1 נשמר לבקשת האלמנות). הצעה נוספת הייתה פשוט לקרוא למשימת AS-201 "אפולו 1A".
ב־24 באפריל 1967 הודיעה נאס"א סופית כי החליטה להסב את הזיהוי AS-204 (שמה הרשמי של "אפולו 1") ל"אפולו 1" (רשמית), להשאיר את הזיהויים AS-201 עד 203 למשימות שכבר שוגרו, ולמספר את כל המשימות הבאות מ־4 ואילך.

השפעה טכנולוגית

אף על פי שבמקרים רבים קשה להבחין בין תרומת תוכנית אפולו להתפתחות הטכנולוגית לבין תרומת פרויקטים צבאיים (כגון טילים בליסטיים) שפותחו לפני או במקביל לה, ישנם תחומים מסוימים בהם ניתן לזהות בכל זאת השפעה ישירה של התוכנית.
פיתוח מחשב הטיסה ששימש את החלליות היה הכוח המניע מאחורי המחקר המוקדם לפיתוח המעגלים המשולבים. תא הדלק המעשי הראשון פותח עבור תוכנית זו. תעשיית המתכת, שנדרשה לעמוד בדרישות מחמירות במיוחד, הביאה לפיתוח טכניקות ריתוך חדשות שעמדו באותן דרישות. היה צורך בפיתוח סגסוגות וחומרים מרוכבים חדשים. לראשונה יוצרו חלקים על ידי עיבוד שבבי ממוחשב. מכשירי המדידה שהותקנו בחלליות היו צריכים לעמוד בדרישות האמינות, הדיוק, והמהירות הגבוהים בהרבה מהמקובל באותה עת. פותח מכשור ביו־רפואי ששימש לניטור מערכות גופם של האסטרונאוטים בעת הטיסה.

השפעה ציבורית

היעד שהציב הנשיא קנדי ב־1961: "להנחית אדם על הירח עד סוף העשור ולהחזירו לכדור הארץ בשלום", הושג במלואו. תעשיית החלל האמריקאית הצליחה לפתח ולבנות בזמן שיא משגרים וחלליות בעלי כוחות ויכולות שנחשבו למדע בדיוני עשור קודם לכן: להנחית אדם על גרם שמימי אחר. למרות ה"קפיצה" הטכנולוגית המשמעותית, אחוז הצלחת משגרי הסטורן עמדה על 100%, וכל הצוותים חזרו לכדור הארץ בשלום. בעיני העולם הייתה תוכנית אפולו הפגנת היכולות והעליונות האמריקאית על פני ברית המועצות בכלל ועל פני תוכנית החלל שלה בפרט. עבור אמריקאים רבים המחיש ה"ניצחון" במרוץ לירח את עליונות החברה האמריקאית על פני החברה הסובייטית, אם כי אמונתם במערכת חברתית זו התערערה באותה תקופה על ידי המחאות נגד מלחמת וייטנאם ומאי השקט החברתי שהשפיע במיוחד על המיעוט האפרו־אמריקאי בערים הגדולות שהיה קשור לתנועה לזכויות האזרח של ארצות הברית.
עידן החלל החל בתקופת "תור הזהב" של ספרות המדע הבדיוני בארצות הברית, שהושפעה מהפיתוחים הטכנולוגיים של מלחמת העולם השנייה, ושהובלה על ידי סופרים כגון אייזק אסימוב, רוברט היינליין וארתור סי. קלארק. ביצירותיהם מוצגים הדמיות ופורטרטים אמינים של ציוויליזציות יבשתיות, בעיקר אמריקאיות, שהתפשטו לכוכבי לכת שכנים. מדענים ומהנדסים, כדוגמת ורנר פון בראון (אבי משפחת משגרי הסטורן), עזרו גם הם בהפצת חזון הטיסות המאוישות לחלל ובהפיכתו לפופולרי. כשהחלה תוכנית אפולו נפוצה הרטוריקה הבסיסית של ספרות המדע הבדיוני ("גבולות חדשים", "חקר החלל") בנאומיהם של הפוליטיקאים ומנהלי התוכנית. מגזינים כגון לייף והטלוויזיה האמריקאית הגדלה הוכוונו על ידי נאס"א להפוך את המרוץ לחלל בכלל, ואת תוכנית אפולו בפרט, למעין סדרת דרמה, שנעקבה בשקיקה על ידי רבים, והפכה את האסטרונאוטים האמריקאיים לגיבורים. סרט הקולנוע "2001: אודיסיאה בחלל" שהוקרן לראשונה ב־1968 והופק בסיוע צמוד של מומחים בתחומי מחקר ותעשיית החלל, שיקפה את הרעיון של חקר החלל העתידי, שהיום הוא בר הישג.
האסטרונאוטים של משימת אפולו 8, המשימה המאוישת הראשונה שהקיפה את הירח, שלחו תמונות טלוויזיה של כדור הארץ והירח אל כדור הארץ, וקראו בפסוקי הבריאה מספר בראשית, בערב חג המולד, 1968, בתשדיר הטלוויזיה שהוערך כי היה הנצפה ביותר בכל הזמנים עד לאותה תקופה. תמונות נוספות של כדור הארץ, ובמיוחד "הגולה הכחולה" שצולמה מאפולו 17, שהראו את כדור הארץ כ"חללית ארץ" (Spaceship Earth) - גוף זעיר ושברירי ביחס ליקום הסובב אותו, העלו רבות את המודעות הסביבתית באותה תקופה.

ביקורת

ב־20 ביולי 1969 צפו כ־600 מיליון איש, חמישית מאוכלוסיית העולם באותה תקופה, בצעדיו הראשונים של ניל ארמסטרונג על הירח. אף על פי שאין עוררין על כך שהנחיתה על הירח היא אבן דרך משמעותית בתולדות האנושות, היו וישנם קולות שקבלו על הכספים שבוזבזו לטעמם על התוכנית, שיכלו לשמש פרויקטים אחרים שהיו תורמים ישירות לחיים בכדור הארץ, ובמיוחד לחיים בארצות הברית. סופר המדע הבדיוני ריי ברדבורי, שהשתתף בדיון טלוויזיוני על הנחיתה בירח בלונדון בליל הנחיתה, במהלכו ספג ביקורת מהפעילה הפוליטית האירית ברנדט דוולין, מחה ואמר: "הלילה, אחרי 6 מיליון שנים של אבולוציה, הגענו אל הכוכבים ואת מסרבת לחגוג? לעזאזל איתך!".
ביקורת נוספת לתוכנית הגיעה דווקא מהקהילייה המדעית, שלטענתה ההישגים המדעיים מהתוכנית מזעריים ביחס להשקעה הכספית. מלבד זאת, תוכניות המחקר הלא מאוישות אל כוכבי הלכת האחרים במערכת השמש צומצמו בתקופת תוכנית אפולו ופחות משימות מחקר שוגרו.

תצפיות נוכחיות

ב־2008, הגשושית SELENE, ששוגרה על ידי סוכנות החלל היפנית, צפתה ב"הילת" המכתש שיצר רכב הנחיתה הירחי (LM) של אפולו 15 במהלך המראת המשימה מן הירח. ב־2009 צילמה המקפת לסקר הירח של נאס"א את "השרידים" (שלבי הנחיתה של רכבי נחיתה, רכבי הנדידה הירחיים ומכשירים מדעיים שונים) התוכנית שהושארו על הירח וכן את אתרי הנחיתה בכללותם, בעודה מקיפה את הירח בגובה 50 ק"מ מעל פניו.
משימות ירחיות עתידיות, המיועדות לנחות על הירח, כגון Google Lunar X PRIZE, מכוונים במטרה להשיג תצלומים קרובים של אותם "שרידים" כמו גם "שרידים" מתוכניות אחרות - נחתות שנחתו במסגרת תוכניות סרוויור, לונה ועוד.