CSM

Das Command and Service Module war das bemannte Raumschiff und Antriebsblock des Apollo-Programms, unterscheidbar vom Lunar Module. Es bestand aus zwei Sektionen: das Command Module (CM), eine konische Kapsel, in der drei Astronauten in der Erdumlaufbahn und während des translunarenFlugs lebten und arbeiteten; und das Service Module (SM), eine zylindrische Struktur mit dem Haupttriebwerk, Brennstoffzellen, Lebenserhaltungsverbrauchsmaterialien und dem Service Propulsion System (SPS). Das CM hatte einen Durchmesser von etwa 3,3 Metern und eine Länge von 3,9 Metern; das SM erstreckte sich dahinter, wodurch die gestapelte Baugruppe ungefähr 11 Meter lang war und trocken etwa 5.900 Kilogramm wog.

Das SPS-Triebwerk, ein 45-Kilonewton-Zündhypergol-Motor mit mehrfacher Zündbarkeit, führte die Translunar-Injection-Verbrennung, die Mondumlaufbahn-Einsatzverbrennung und die kritische Trans-Earth-Injection durch, die die Besatzung nach Hause brachte. Dieses Triebwerk konnte mehrfach gezündet werden und beförderte das Fahrzeug von 200 Kilometern Erdtöhe bis zum Mond und zurück. Redundanz war in fast jedem System eingebaut: zwei Sauerstofftanks, zwei Wasserstofftanks, doppelte Navigationssysteme und vierfach redundante Lagekontrolltriebwerke für Lageveränderungen während des Gleitflugs.

Das Command Module hatte eigene kleinere Triebwerke für feine Lageveränderungen und war der einzige Teil, der für den Wiedereintritt ausgelegt war. Sein Ablationshitzeschild war 6 Zentimeter dick und schützte die Besatzungskabine vor Wiedereintrittswärmestrahlung, die 5.600 Kelvin überstieg. Das Service Module hingegen wurde 15 Minuten vor dem Wiedereintritt abgetrennt und verglühte in der Atmosphäre. Diese Arbeitsteilung bedeutete, dass das Command Module vor der Trennung exakt ausgerichtet sein musste, sonst würde die Wiedereintrittshitze ungeschützte Bereiche zerstören.

Konstruktionsverhältnisse und operative Beschränkungen

Das CSM war grundsätzlich durch die 110-Kilogramm-Nutzlastkapazität der Saturn V zur Mondumlaufbahn nach Aussetzung des Lunar Module begrenzt. Dies trieb jede Konstruktionsentscheidung voran: Brennstofftanks waren dünnwandiges Aluminium; Wasser wurde sowohl als Kühlmittel als auch als Trinkwasser verwendet, um Masse zu sparen; und die Kabinatmosphäre war reiner Sauerstoff bei 10,3 Kilopascal statt eines Luftgemischs bei höherem Druck. Die Sauerstoff-Wahl reduzierte Gewicht, erzeugte aber Brandgefahr während der Vorflugtests, wie das Kabinenfeuer von Apollo 1 im Jahr 1967 zeigte.

Besatzungen verbrachten bis zu acht Tage im CSM während einer Apollo-Mission. Das Command-Module-Kabinenvolumen betrug nur 6,2 Kubikmeter für drei Personen, kleiner als ein modernes Familienauto. Thermische Verwaltung war kritisch: Die Radiatoren des Service Module mussten Abwärme während der schwachlastigen Gleitphasen und in der Mondumlaufbahn abführen. Die Brennstoffzellen erzeugten elektrische Kraft und Wasser, aber auch Wärme. Temperaturnregelungsausfälle während der Apollo-13-Mission zwangen zur Nutzung des Lunar Module als Rettungsboot und Unterschlupf, was sowohl die Redundanz demonstrierte, die die Besatzung rettete, als auch die engen Grenzen, nach denen das CSM ausgelegt war.