Apollo 8
Sứ mệnh > Phi vụ phóng và phóng chuyển tiếp Mặt Trăng

Apollo 8 được phóng vào 12:51:00 UTC (07:51:00 Giờ chuẩn miền Đông) ngày 21 tháng 12 năm 1968, sử dụng ba tầng của Saturn V để đi lên quỹ đạo Trái Đất. Tầng thứ nhất S-IC hạ cánh xuống Đại Tây Dương ở tọa độ 30°12′B 74°7′T﻿ / ﻿30,2°B 74,117°T﻿ / 30.200; -74.117﻿ (Apollo 8 S-IC impact), còn tầng thứ hai S-II hạ cánh ở tọa độ 31°50′B 37°17′T﻿ / ﻿31,833°B 37,283°T﻿ / 31.833; -37.283﻿ (Apollo 8 S-II impact). Tầng thứ ba S-IVB đã đưa tàu vũ trụ vào quỹ đạo Trái Đất và vẫn được kết nối để thực hiện quá trình đốt cháy TLI nhằm đưa phi thuyền vào đường bay tới Mặt Trăng.
Sau khi phương tiện đạt đến quỹ đạo Trái Đất, cả phi hành đoàn và những người điều khiển chuyến bay ở Houston đều dành 2 giờ 38 phút tiếp theo để kiểm tra hoạt động và khả năng sẵn sàng cho TLI của tàu ​​vũ trụ. Việc vận hành đúng cách tầng thứ ba S-IVB của tên lửa đóng vai trò rất quan trọng, và trong cuộc thử nghiệm không người lái gần nhất, nó đã không thể đánh lửa lại sau lần đốt cháy này. Collins là CAPCOM đầu tiên làm nhiệm vụ. Vào lúc 2 giờ 27 phút 22 giây sau khi phóng, ông đã phát thanh qua radio, "Apollo 8. You are Go for TLI". Thông tin liên lạc này có nghĩa Kiểm soát Sứ mệnh đã chính thức cho phép Apollo 8 đi tới Mặt Trăng. Động cơ S-IVB đánh lửa đúng thời điểm và thực hiện quá trình đốt cháy TLI một cách hoàn hảo. Trong năm phút tiếp theo, tốc độ của tàu vũ trụ tăng từ 7.600 đến 10.800 mét trên giây (25.000 đến 35.000 ft/s).
Sau khi S-IVB đưa sứ mệnh hướng tới Mặt Trăng, các mô-đun chỉ huy và dịch vụ – phần còn lại của phi thuyền Apollo 8 – tách khỏi tầng tên lửa này. Tiếp theo, phi hành đoàn quay tàu vũ trụ lại để chụp ảnh S-IVB và thực hành bay theo đội hình với tầng tên lửa đã qua sử dụng. Lúc phi hành đoàn quay tàu vũ trụ, họ đã có cái nhìn đầu tiên về Trái Đất khi đang rời khỏi quê nhà – khoảnh khắc này đánh dấu lần đầu tiên con người có thể nhìn thấy toàn bộ hành tinh xanh cùng một lúc. Borman lo lắng việc S-IVB đang ở quá gần CSM và đề nghị với Trung tâm Kiểm soát Sứ mệnh rằng phi hành đoàn cần thực hiện thao tác tách rời. Kiểm soát Sứ mệnh trước tiên đề xuất hướng tàu vũ trụ về phía Trái Đất và sử dụng các động cơ đẩy nhỏ của hệ thống điều khiển phản lực (reaction control system, RCS) trên mô-đun dịch vụ để tăng vận tốc thêm 1,1 ft/s (0,34 m/s) theo hướng rời khỏi Trái Đất, nhưng Borman không muốn mất dấu S-IVB. Sau khi thảo luận, phi hành đoàn và Kiểm soát Sứ mệnh quyết định đốt cháy theo hướng Trái Đất để tăng tốc độ thêm 7,7 ft/s (2,3 m/s). Thời gian cần thiết để chuẩn bị và thực hiện đốt cháy bổ sung khiến phi hành đoàn chậm một giờ so với nhiệm vụ của họ ở trên tàu.
Năm giờ sau khi phóng, Kiểm soát Sứ mệnh đã gửi một lệnh tới S-IVB yêu cầu nó xả hết lượng nhiên liệu còn lại để làm thay đổi đường đi. S-IVB, cùng với test article trên nó, không gây thêm mối nguy hiểm nào cho Apollo 8. Nó đi qua quỹ đạo Mặt Trăng và tiến vào một quỹ đạo 0,99 nhân 0,92 đơn vị thiên văn (148 nhân 138 Gm) vòng quanh Mặt Trời, với độ nghiêng 23,47° so với mặt phẳng xích đạo của Trái Đất và chu kỳ là 340,80 ngày. Tầng tên lửa này đã trở thành một vật thể vô chủ và sẽ tiếp tục quay quanh Mặt Trời trong nhiều năm nếu không được thu hồi.
Phi hành đoàn Apollo 8 là những người đầu tiên đi qua vành đai bức xạ Van Allen, vốn kéo dài tới 15.000 dặm (24.000 km) tính từ Trái Đất. Các nhà khoa học dự đoán rằng việc đi qua vành đai một cách nhanh chóng với tốc độ cao của tàu vũ trụ sẽ gây ra liều lượng bức xạ không quá một lần chụp X quang ngực, hay 1 miligray (mGy; trong một năm, con người trung bình nhận được 2 đến 3 mGy từ bức xạ nền). Để ghi lại liều lượng bức xạ thực tế, mỗi thành viên phi hành đoàn đều đeo Máy đo Liều bức xạ Cá nhân (Personal Radiation Dosimeter) để truyền dữ liệu về Trái Đất, cũng như ba máy đo liều lượng phim thụ động (passive film dosimeter) cho thấy lượng bức xạ tích lũy mà phi hành đoàn đã trải qua. Khi kết thúc sứ mệnh, các thành viên phi hành đoàn đã hứng chịu liều bức xạ trung bình là 1,6 mGy.