CSM

Le module de commande et de service était le vaisseau spatial habité et le bloc moteur du programme Apollo, distinct du module lunaire. Il se composait de deux sections : le module de commande (CM), une capsule conique où trois astronautes vivaient et travaillaient en orbite terrestre et pendant le transit translunaire ; et le module de service (SM), une structure cylindrique abritant le moteur principal, les piles à combustible, les consommables de survie et le système de propulsion de service (SPS). Le CM mesurait environ 3,3 mètres de diamètre et 3,9 mètres de long ; le SM s'étendait derrière lui, ce qui rendait l'ensemble empilé d'environ 11 mètres de long et pesant environ 5 900 kilogrammes à sec.

Le moteur SPS, un moteur hypergolique redémarrable de 45 kilonewtons, a effectué la poussée d'injection translunaire, l'insertion en orbite lunaire et l'injection trans-terrestre critique qui a ramené les équipages à la maison. Ce moteur pouvait être allumé plusieurs fois et transportait le véhicule depuis 200 kilomètres d'altitude terrestre jusqu'à la Lune et retour. La redondance était intégrée dans presque tous les systèmes : deux réservoirs d'oxygène, deux réservoirs d'hydrogène, des plates-formes de guidage en double et des propulseurs de contrôle de réaction quadruplement redondants pour les changements d'attitude pendant le vol en inertie.

Le module de commande avait ses propres propulseurs plus petits pour les ajustements d'attitude fins et était la seule section conçue pour survivre à la rentrée. Son bouclier thermique ablatif avait une épaisseur de 6 centimètres et protégeait le compartiment de l'équipage pendant les taux de chauffage de rentrée dépassant 5 600 kelvins. Le module de service, en revanche, était largué 15 minutes avant la rentrée et brûlait dans l'atmosphère. Cette division du travail signifiait que le module de commande devait être précisément aligné avant la séparation, sinon le chauffage de rentrée détruirait les zones non protégées.

Compromis de conception et contraintes opérationnelles

Le CSM était fondamentalement limité par la capacité de charge utile de 110 kilogrammes du Saturn V en orbite lunaire une fois le module lunaire déployé. Cela a guidé chaque décision de conception : les réservoirs de carburant étaient en aluminium à parois minces ; l'eau était utilisée à la fois comme liquide de refroidissement et comme eau potable pour économiser de la masse ; et l'atmosphère de la cabine était de l'oxygène pur à 10,3 kilopascals plutôt qu'un mélange d'air à une pression plus élevée. Le choix de l'oxygène seul a réduit le poids mais a créé un risque d'incendie pendant les opérations de pré-vol, comme l'a montré l'incendie de la cabine d'Apollo 1 en 1967.

Les équipages passaient jusqu'à huit jours à l'intérieur du CSM pendant une mission Apollo. Le volume de la cabine du module de commande n'était que de 6,2 mètres cubes pour trois personnes, plus petit qu'une voiture familiale moderne. La gestion thermique était critique : les radiateurs du module de service devaient évacuer la chaleur résiduelle pendant les phases de vol en inertie à faible puissance et en orbite lunaire. Les piles à combustible généraient de l'énergie électrique et de l'eau mais aussi de la chaleur. Les défaillances de contrôle de la température pendant la mission Apollo 13 ont forcé l'utilisation du module lunaire comme canot de sauvetage et abri, démontrant à la fois la redondance qui a sauvé l'équipage et les marges étroites selon lesquelles le CSM a été conçu.