Το παρακάτω άρθρο δημοσυεύτηκε για πρώτη φορά στο τεύχος Νο 392 της Π&Δ
Ήταν η δεύτερη επανδρωμένη αποστολή του προγράμματος Apollo για την κατάκτηση της Σελήνης. Εκτοξεύθηκε στις 21 Δεκεμβρίου 1968, έγινε το πρώτο διαστημόπλοιο που άφησε τις χαμηλές περίγειες τροχιές στις οποίες περιοριζόταν μέχρι τότε η διαστημική εξερεύνηση και έφερε το τριμελές πλήρωμά του, τους αστροναύτες Frank Borman, James Lovell και William Anders, στην άλλη πλευρά του φυσικού μας δορυφόρου. Τους έδωσε την ευκαιρία να γίνουν οι πρώτοι άνθρωποι που βίωσαν την «ανατολή» του πλανήτη μας και να εκτελέσουν 10 περιστροφές γύρω του, πριν ξεφύγουν στη συνέχεια από τα «δεσμά» της σεληνιακής βαρύτητας και επιστρέψουν στην αγκαλιά της Γης. Θυμόμαστε τον «διαστημικό άθλο των Χριστουγέννων» 56 χρόνια μετά!
Των Φαίδωνα Γ. Καραϊωσηφίδης, Αεροναυπηγού και Άκη Ξένου, Aerospace engineer
Το 2019 θα γιορτάσουμε μισό αιώνα από την κατάκτηση της Σελήνης το 1969. Αν και κάποιοι θυμούνται και πολλοί άλλοι έχουν διαβάσει για τη συγκλονιστική εκείνη στιγμή στην ανθρώπινη ιστορία, λίγοι ανακαλούν και ακόμη λιγότεροι έχουν ενδιαφέρον για το τι συνέβη πριν από αυτή. Η αποστολή Apollo 8 που εξιστορούμε παρακάτω είναι ένα από τα σημεία καμπής του προγράμματος που είχε ξεκινήσει αρκετά χρόνια νωρίτερα, όταν ο νεοεκλεγμένος πρόεδρος Τζον Κένεντι, λίγους μήνες μετά την ανάληψη των καθηκόντων του, ανακοίνωσε το όραμα μιας μεγάλης πρόκλησης με τον μνημειώδη πλέον λόγο του ενώπιον της ολομέλειας των αμερικανικών νομοθετικών σωμάτων στις 25 Μαΐου 1961: «Πιστεύω ότι αυτό το έθνος θα πρέπει να δεσμευτεί και να στείλει πριν από το τέλος της δεκαετίας τον άνθρωπο στη Σελήνη και στη συνέχεια να τον επιστρέψει με ασφάλεια στη Γη».
Η υπόσχεση θα πρέπει να ιδωθεί μέσα στο πλαίσιο της σκληρής ψυχροπολεμικής αντιπαλότητας των δύο υπερδυνάμεων, στη διαστημική πτυχή της οποίας η Σοβιετική Ένωση είχε σημειώσει μια σειρά επιτυχιών, ανάμεσά τους την τοποθέτηση του πρώτου δορυφόρου σε τροχιά (Sputnik 1), του πρώτου ανθρώπου στο διάστημα (Γιούρι Γκαγκάριν) και του πρώτου διαστημικού «περιπάτου» (Αλεξέι Λεόνοφ), την ίδια στιγμή που το αμερικανικό διαστημικό πρόγραμμα υπέφερε από τη μια αποτυχία μετά την άλλη. Οι ΗΠΑ χρειάζονταν κάτι μεγάλο και συγκλονιστικό που θα ξεπερνούσε οποιαδήποτε σοβιετική προσπάθεια και αυτό δεν θα μπορούσε να είναι τίποτε λιγότερο από την προσεδάφιση του ανθρώπου στη Σελήνη. Στην πραγματικότητα ο αμερικανικός φόβος ήταν ότι οι Σοβιετικοί βρίσκονταν ήδη μπροστά και σε αυτήν την επιδίωξη, κάτι που επηρέασε το μέγεθος της προσπάθειας των ΗΠΑ, ειδικά στα τεράστια κονδύλια που επενδύθηκαν για να εξασφαλιστεί πάση θυσία η πρωτοπορία.
Το σκηνικό για την υπέρτατη «κούρσα του διαστήματος» είχε στηθεί τότε, στις αρχές της δεκαετίας του 60, σε αυτό που θα εξελισσόταν ως το ιστορικό «Apollo program», ενώ την ίδια στιγμή το πρόγραμμα «Mercury» από το 1958 έως το 1963 συνέχιζε να ισχυροποιεί την τεχνολογία και κυρίως να χτίζει την αμερικανική αυτοπεποίθηση σε επανδρωμένες περίγειες αποστολές. Θα ακολουθούσε το Project Gemini, το δεύτερο επανδρωμένο αμερικανικό διαστημικό πρόγραμμα την περίοδο 1965-1966, αυτό που εξέλιξε τις τεχνολογίες αλλά κυρίως τις διαδικασίες (περιλαμβανομένων των τροχιακών ελιγμών) που θα έβαζαν τις ΗΠΑ μπροστά και θα τους επέτρεπαν να κερδίσουν την «κούρσα» της προσσελήνωσης.
Η πορεία όμως δεν ήταν ούτε εύκολη ούτε αναίμακτη και με πολλαπλά περιστατικά, αποκορύφωμα των οποίων ήταν η απώλεια της ζωής των τριών αστροναυτών του Apollo 1, Gus Grissom, Ed White και Roger B. Chaffee, από φωτιά στον θαλαμίσκο στη διάρκεια δοκιμής στις 27 Ιανουαρίου 1967. Στην «άλλη πλευρά του λόφου» η Σοβιετική Ένωση είχε εκκινήσει το δικό της αντίστοιχο πρόγραμμα Vostok με το διαστημόπλοιο Voskhod, ενώ έχτιζε ένα γιγάντιο κέντρο εκτοξεύσεων στο Καζακστάν που έγινε αργότερα γνωστό ως το Κοσμοδρόμιο Baikonour. H Αμερική μπορεί να είχε πάρει την πρωτοπορία στον δρόμο για το φεγγάρι μετά την υπόσχεση Κένεντι, αλλά και η Ρωσία βρισκόταν πίσω της, κατά πόδας, έως και τις 3 Ιουλίου 1969. Δυο εβδομάδες πριν από την επιτυχημένη προσσελήνωση του Apollo 11 στις 20 Ιουλίου 1969 μια τεράστια έκρηξη κατέστρεψε τον γιγάντιο ρωσικό πυραυλικό φορέα N1 στην εξέδρα εκτόξευσης και μαζί του ανέκοψε (και όπως αποδείχθηκε τελικά τερμάτισε) τις φιλοδοξίες της Μόσχας να πατήσει στη Σελήνη, αν και θα μπορούσε βέβαια να είχε συμβεί και το αντίθετο με τον αμερικανικό πύραυλο Saturn.
H AS-204 (AS: Apollo-Saturn), που έγινε γνωστή ως Apollo 1, επρόκειτο να γίνει η πρώτη επανδρωμένη αποστολή του ομώνυμου προγράμματος προκειμένου να δοκιμάσει τον θαλαμίσκο ελέγχου/υποστήριξης CSM (Command/Service Module), που είχε ήδη εκτελέσει προηγουμένως πτήσεις με τις αποστολές AS-201 και AS-203, αυτή τη φορά με πλήρωμα. Ο σχεδιασμός προέβλεπε την εκτόξευσή της στις 21 Φεβρουαρίου 1967, αλλά στις 27 Ιανουαρίου, στη διάρκεια μιας γενικής δοκιμής με τους τρεις αστροναύτες στην καμπίνα, ένα ηλεκτρικό βραχυκύκλωμα σε συνδυασμό με το πλούσιο σε οξυγόνο περιβάλλον οδήγησε στην καταστροφή. Η δυναμική όμως των εξελίξεων ήταν τόσο μεγάλη που η ανάπαυλα του προγράμματος ήταν σύντομη, αν και η πρώτη επανδρωμένη πτήση καθυστέρησε τελικά 21 μήνες!
Η αποστολή Apollo 4 (AS-501) στις 9 Νοεμβρίου 1967 υπήρξε η πρώτη δοκιμή του πυραυλικού φορέα Saturn V που τοποθέτησε σε χαμηλή περίγεια τροχιά έναν μη επανδρωμένο θαλαμίσκο CSM. Μόλις 10 εβδομάδες αργότερα, στις 22 Ιανουαρίου 1968, η μη επανδρωμένη αποστολή Apollo 5 (AS-204) πιστοποίησε τη σεληνάκατο LM (Landing Module) ύστερα από την εκτόξευσή της με φορέα Saturn IB. Στις 4 Απριλίου 1967 η αποστολή Apollo 6 (AS-502) και πάλι χωρίς πλήρωμα επρόκειτο να επιδείξει τους ελιγμούς εισόδου σε περισελήνια τροχιά και τις διαδικασίες ματαίωσης. Αντιμετώπισε πολλά προβλήματα, αλλά παρά τις αρκετές αστοχίες της ο Saturn V κηρύχθηκε τελικά κατάλληλος για επανδρωμένες πτήσεις (man rated, βλέπε παρακάτω).
Θα ακολουθούσε επιτέλους η κρίσιμη επανδρωμένη αποστολή Apollo 7 (AS-205) με πλήρωμα τους Wally Schirra, Walt Cunningham και Donn Eisele, η οποία στις 11 Οκτωβρίου 1968 θα πραγματοποιούσε την πρώτη τροχιακή δοκιμή του επανασχεδιασμένου CSM Block II (που επρόκειτο να υλοποιήσει η αποστολή Apollo 1) και την πρώτη μεταφορά αστροναυτών σε LEO (Low Earth Orbit) μετά την πτήση του Gemini XII τον Νοέμβριο του 1966.
Έχοντας ξεπεράσει το πλήγμα της καταστροφής του Apollo 1, η «λυδία λίθος» του προγράμματος για την απόδειξη της ικανότητας προσσελήνωσης θα ήταν η αποστολή Apollo 8. Ήταν όμως μια ειρωνεία της τύχης που έκανε την τελευταία, την πιο σημαντική προετοιμασία για το πρώτο βήμα του ανθρώπου στη Σελήνη. Σύμφωνα με τον αρχικό ανασχεδιασμό τής NASA, μετά το δυστύχημα τον Σεπτέμβριο του 1967, αποφασίστηκε η αποστολή Apollo 7 να είναι η επανδρωμένη εκτόξευση για την πιστοποίηση του CSM, ενώ η επόμενη (η Apollo 8) προοριζόταν να κάνει το ίδιο για την LM σε LEO και πλήρωμα τους James McDivitt, David Scott και Russell Schweickart τον Δεκέμβριο του 1968. Νωρίς το 1969 η Apollo 9 θα έβαζε τη σεληνάκατο σε μέση ελλειπτική περίγεια τροχιά, με την αποστολή Apollo 10 να αποτελεί την τελική δοκιμή του συνδυασμού CSM-LM σε περισελήνια διαδρομή, πριν τελικά η Apollo 11 πραγματοποιήσει την προσσελήνωση.
Ο σχεδιασμός αυτός, που ήταν ακόμη αβέβαιος για τις αποστολές μετά την Apollo 7 όταν ανακοινώθηκε, ανατράπηκε από την έλλειψη προόδου του υποπρογράμματος της σεληνακάτου. Όταν το τρίτο μοντέλο της, η LM-3 που προοριζόταν για την αποστολή Apollo 8 έφτασε καθυστερημένα στο KSC (Kennedy Space Center) τον Ιούνιο του 1968, τα προβλήματα ήταν τόσα που έγινε φανερό ότι η προγραμματισμένη πτήση του Δεκεμβρίου δεν θα ήταν εφικτή. Μια καθυστέρηση της συγκεκριμένης αποστολής θα συμπαρέσυρε και όλες τις επόμενες κάνοντας αδύνατη την υλοποίηση της προσσελήνωσης μέσα στο 1969. Αυτό όμως θα ακύρωνε την υπόσχεση του προέδρου Κένεντι, αφού θα την μετακινούσε στη δεκαετία του 70, πράγμα αδιανόητο. Μια από τις λύσεις που προτάθηκαν τον Αύγουστο του 1968 ήταν ο αναπρογραμματισμός των αποστολών, με την Apollo 8 να αναλαμβάνει τα καθήκοντα της Apollo 10, δηλαδή να δοκιμάσει τις διαδικασίες εισόδου σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη μόνο με το επανδρωμένο CSM-3 και χωρίς τη σεληνάκατο! Παρά τις σοβαρές αντιρρήσεις και με τα χρονικά περιθώρια να στενεύουν, η πρόταση έλυνε πολλά θέματα και κυρίως συγκρατούσε το χρονοδιάγραμμα για μια προσσελήνωση στο 1969, πιθανότατα ακόμη και μέσα στο καλοκαίρι εκείνης της χρονιάς.
Εκτός από την απουσία της σεληνακάτου (που θα αντικαθιστούσε ένα πρόπλασμα) το δεύτερο και σημαντικότερο πρόβλημα για την υλοποίηση της αποστολής Apollo 8 αφορούσε τον ίδιο τον πυραυλικό φορέα Saturn V. Κατ’ αρχάς, ο AS-503 (τρίτο μοντέλο του Saturn 5) που ήταν διαθέσιμος για την ανασχεδιασμένη αποστολή δεν είχε προγραμματιστεί για επανδρωμένη εκτόξευση, αλλά προοριζόταν αρχικά να μεταφέρει ένα συγκρότημα CSM-LM χωρίς πλήρωμα. Δεύτερον, ο πύραυλος είχε ήδη παρουσιάσει σοβαρές δυσλειτουργίες στην αποστολή τού Apollo 6 που προαναφέρθηκε. Τρεις από τους κινητήρες του δεύτερου ορόφου του αστόχησαν (από διάρρηξη των αγωγών παροχής καυσίμου) και ο κινητήρας του τρίτου ορόφου απέτυχε να επανεκκινήσει για τον τελικό τροχιακό ελιγμό (λόγω κακής απόδοσης του συστήματος έναυσης). Το πιο κρίσιμο όμως πρόβλημά του εμφανίστηκε αμέσως μετά την εκτόξευση: μια αστάθεια στη διαδικασία καύσης των πυραυλοκινητήρων του πρώτου ορόφου δημιούργησε ισχυρές διαμήκεις δονήσεις (τις αποκαλούμενες Pogo oscillations) που ενισχύονταν από συνεπακόλουθη αστάθεια στην πίεση και τη ροή των προωθητικών, με αποτέλεσμα να μεταδίδονται σε όλη τη δομή του πυραύλου φτάνοντας σε επικίνδυνο σημείο. Σε συνήθεις διαδικασίες ο Saturn V θα απαιτούσε μετασκευή και -κυρίως- επιπλέον μη επανδρωμένες δοκιμαστικές εκτοξεύσεις. Οι συνθήκες όμως δεν ήταν συνηθισμένες! Περαιτέρω έρευνα απέδειξε ότι η κλιμάκωση των δονήσεων ήταν το αποτέλεσμα συντονισμού των εγγενών χαρακτηριστικών ταλάντωσης των κινητήρων του πρώτου ορόφου με τις συνδέσεις των ανώτερων ορόφων και την υποδομή εγκατάστασης του συγκροτήματος CSM-LM. Έτσι, σχεδιάστηκε και εγκαταστάθηκε με συνοπτικές διαδικασίες ένα σύστημα απόσβεσης-απορρόφησης των κραδασμών για να αντιμετωπίσει την αλυσιδωτή διάδοσή τους. Η δοκιμή του όμως θα γινόταν στην ίδια την πτήση της αποστολής Apollo 8 με την ελπίδα ότι η δομή του πυραύλου και το πλήρωμα θα άντεχαν στην περίσταση (που παραλίγο να οδηγήσει σε καταστροφή τον Apollo 6) στην οποία η ανασχεδίαση του AS-503 δεν ήταν επιτυχημένη.
Η περιρρέουσα κατάσταση έγινε χειρότερη και η πίεση στην ηγεσία της NASA κατέστη αφόρητη τον Σεπτέμβριο του 1968, όταν οι Ρώσοι πραγματοποίησαν την αποστολή Zond 5. Ενταγμένη στο ομώνυμο σοβιετικό πρόγραμμα διαστημικής εξερεύνησης εκτοξεύθηκε στις 15 Σεπτεμβρίου 1968 μεταφέροντας δυο χελώνες, σκουλήκια, μύγες, σπόρους και βακτήρια, μπήκε σε τροχιά γύρω από τη Σελήνη στις 18 Σεπτεμβρίου και επέστρεψε στη Γη στις 21. Ήταν άλλο ένα μεγάλο σοβιετικό κατόρθωμα, ενώ μια επανδρωμένη επανάληψή του «κλέβοντας» τη δόξα από τη NASA δεν μπορούσε πλέον να αποκλειστεί. Αντίθετα, κύκλοι της προεδρίας Λίντον Τζόνσον και η ηγεσία της NASA την θεωρούσε δεδομένη και η σκέψη μιας τέτοιας εξέλιξης εξαφάνισε τις όποιες αντιρρήσεις και ενδοιασμούς υπήρχαν ακόμη για την αποστολή Apollo 8. Προγραμματίστηκε «για την εγγύτερη δυνατή ημερομηνία τον Δεκέμβριο του 1968», κάτι όμως που βρισκόταν σε άμεση εξάρτηση με την ολοκλήρωση της προετοιμασίας του πυραυλικού φορέα.
Στο κτήριο κατακόρυφης συναρμολόγησης στο KSC ο θαλαμίσκος CSM με το πρόπλασμα της σεληνακάτου τοποθετήθηκε στην κορυφή του πυραύλου στις 21 Σεπτεμβρίου και οδηγήθηκε στην εξέδρα εκτόξευσης στις 9 Οκτωβρίου. Όλες οι επιπλέον δοκιμές πραγματοποιήθηκαν εκεί, κυριολεκτικά μέχρι την τελευταία στιγμή. Το τελικό «ΟΚ» δόθηκε μόλις στις 18 Δεκεμβρίου, τρεις ημέρες πριν από την προγραμματισμένη εκτόξευση.
Η τροποποίηση των στόχων της αποστολής προς την κατεύθυνση της πιστοποίησης των ελιγμών για περισελήνια τροχιά απαίτησε την αλλαγή του πληρώματος του Apollo 8, αφού το προγραμματισμένο είχε εκπαιδευτεί για να δοκιμάσει τη σεληνάκατο. Στη νέα του σύνθεση κυβερνήτης θα ήταν ο Frank Borman με πιλότο του CMP τον Michael Collins και χειριστή LM (που θα απουσίαζε) τον William Anders. Τον Ιούλιο του 1968 ο Collins ύστερα από πρόβλημα στη μέση του που απαίτησε χειρουργική επέμβαση αντικαταστάθηκε από τον Jim Lovell, κάτι που δημιούργησε ένα από τα πολλά παράδοξα της αποστολής: ο αρχηγός της Borman δεν ήταν το πλέον έμπειρο μέλος του πληρώματος. Είχε πετάξει προηγουμένως μία και μόνο αποστολή με το Gemini VII τον Δεκέμβριο του 1965 και με πιλότο τότε τον Lovell. Ο τελευταίος όμως είχε ξαναπετάξει στη συνέχεια ως κυβερνήτης στην αποστολή Gemini XII, κάτι που δημιουργούσε ένα δεύτερο παράδοξο: με την ανάληψη των καθηκόντων να πιλοτάρει το CSM του Apollo 8 ουσιαστικά «υποβιβαζόταν» από τη θέση τού κυβερνήτη που κατείχε προηγουμένως (έστω και αν ήταν σε άλλο πρόγραμμα).
Από την άλλη, το γεγονός ότι Borman και Lovell είχαν ξαναπετάξει στον Gemini 7 για δύο εβδομάδες (ρεκόρ για την εποχή) εξερευνώντας την επίδραση της μακροχρόνιας έλλειψης βαρύτητας στον ανθρώπινο οργανισμό, δημιούργησε «καλή χημεία» στη διαδικασία. Στην αποστολή εκείνη οι δυο τους πραγματοποίησαν και το πρώτο διαστημικό ραντεβού, όταν ο Lovell έφερε τον θαλαμίσκο του σε απόσταση μισού μέτρου από τον Gemini 6A με πλήρωμα τους Walter Schirra και Thomas Stafford. [Επρόκειτο για μια από τις αμερικανικές πρωτιές, δεδομένου ότι το σοβιετικό πρόγραμμα Vostok είχε εκτοξεύσει δυο φορές προηγουμένως ζεύξη διαστημοπλοίων για να πραγματοποιήσουν προσέγγιση, αλλά είχαν αποτύχει να βρεθούν κοντύτερα από μερικά χιλιόμετρα.] Αξίζει να σημειωθεί ότι ο Lovell ήταν μέλος του εφεδρικού πληρώματος του Apollo 8 ως πιλότος CSM με αρχηγό τον Neil Armstrong και χειριστή LM τον Buzz Aldrin. Όταν αντικατέστησε τον Collins, τη θέση του πήρε ο Aldrin και εφεδρικός πιλότος LM έγινε ο Fred Haise. Η αποστολή του Apollo 8 υπήρξε και η πρώτη στην οποία η NASA εκτός του εφεδρικού πληρώματος όρισε και μια τρίτη ομάδα αστροναυτών για κάθε ενδεχόμενο, τη γνωστή ως «Support crew», υποδηλώνοντας τη σημασία της, πρακτική που ακολουθήθηκε σε όλο το υπόλοιπο πρόγραμμα Apollo. To Support crew στην προκειμένη περίπτωση ήταν οι Ken Mattingly, Vance Brand και Gerald Carr.
Παρά τον «συμβιβασμό» της ύπαρξης μόνο CSM (και προπλάσματος LM) η αποστολή Apollo 8 είχε μια δύσκολη διαδικασία παραμέτρων να ικανοποιήσει, αν η NASA σκόπευε να τηρήσει την υπόσχεση του προέδρου Κένεντι και να βάλει τον πρώτο Αμερικανό στη Σελήνη πριν από το τέλος της δεκαετίας του 60. Εκτοξεύθηκε με μικρές καθυστερήσεις την προγραμματισμένη ώρα, στις 12:51 (ώρα Γκρήνουιτς) της 21ης Δεκεμβρίου 1968. Μετά την πυροδότηση ο «Κρόνος 5» με έναν εκκωφαντικό θόρυβο άρχισε την αργή άνοδό του από την Εξέδρα 39-A, σαν ένας γιγάντιος δαυλός, παρουσία 300.000 ανθρώπων που αψήφησαν το κρύο του χειμωνιάτικου πρωινού και πήγαν να γίνουν μάρτυρες μιας ιστορικής σελίδας της διαστημικής εξερεύνησης.
Οι κινητήρες τού πρώτου ορόφου χρειάστηκαν 2 λεπτά και 34 δευτερόλεπτα για να καταναλώσουν 531.000 γαλόνια κηροζίνης και υγρού οξυγόνου στις δεξαμενές του πριν απορριφθεί και πέσει στον Ατλαντικό, για να παραχωρήσει τα καθήκοντά του στον δεύτερο όροφο. Οι πέντε κινητήρες J-2 του τελευταίου θα λειτουργούσαν για 6 λεπτά και 10 δευτερόλεπτα μετατρέποντας τα 359.000 γαλόνια υγρού οξυγόνου και υδρογόνου σε ώση που μετέφερε το συγκρότημα S-IVB και CSM-LM σε ύψος 173 χιλιομέτρων πριν ακολουθήσει και αυτός την ίδια πορεία. Στη συνέχεια θα αναλάμβανε ο τρίτος όροφος στην πρώτη φάση της λειτουργίας του για 2 λεπτά και 4 δευτερόλεπτα επιτυγχάνοντας για τον ίδιο και το επανδρωμένο «φορτίο» του κυκλική τροχιά μετάπτωσης με απόγειο 185,18 km και περίγειο 184,40 km, σε κλίση προς τον Ισημερινό 32,51 μοιρών και περίοδο 88,19 λεπτών.
Τίποτε δεν είχε πάει μέχρι τότε στραβά! Ο Borman ανέφερε μόνο ελαφρές δονήσεις pogo κατά τη λειτουργία του δεύτερου ορόφου και τίποτε περισσότερο.
Το Κέντρο Ελέγχου Αποστολής στο Χιούστον θα συνεργαζόταν τις επόμενες δυόμισι ώρες με το πλήρωμα πραγματοποιώντας ελέγχους πριν από την επόμενη φάση, το άλμα για είσοδο σε περισελήνια τροχιά TLI (Trans-Lunar Injection). Κάποια στιγμή ο αστροναύτης Mike Collins εκτελούσε χρέη CapCom (Capsule Communicator) στο Χιούστον και στη διάρκεια της δεύτερης περιστροφής περί τη Γη ανέφερε επιτέλους: «You are go for TLI».
H πυροδότηση του κινητήρα J-2 του τρίτου ορόφου (S-IVB) με απόδοση 232.000 λίβρες (1.033 kN) και η λειτουργία του για 319 δευτερόλεπτα θα επιτάχυνε το συγκρότημα του CSM (βάρους 28,87 τόνων), πάνω στο οποίο ήταν προσκολλημένη η «εικονική» LM (βάρους 9,2 τόνων), από τα 7.793 m/s στα 10.822 m/s σημειώνοντας ρεκόρ ταχύτητας, με την οποία είχε ταξιδέψει ποτέ άνθρωπος. Στο τέλος της διαδικασίας των πέντε λεπτών και 19 δευτερολέπτων και ενώ ο Apollo 8 είχε πάρει τον δρόμο για τη Σελήνη, ο Lovell είχε μόνο ένα σχόλιο να κάνει: «Tell Conrad he lost his record» («Πείτε στον Κόνραντ ότι έχασε το ρεκόρ του»). [Στη διάρκεια της αποστολής Gemini 11 οι Pete Conrad και Dick είχαν επιτύχει ρεκόρ ύψους πτήσης 1.367 km.] Ο ίδιος στην αποστολή του Apollo 8 είχε χρέη πλοηγού, αν και ο Έλεγχος Αποστολής είχε την ευθύνη για όλους τους σχετικούς υπολογισμούς. Καθήκον του Lovell ήταν να τους παρακολουθεί, να τους επιβεβαιώνει και να είναι σε θέση να αναλάβει τη διαδικασία σε περίπτωση ανάγκης χρησιμοποιώντας έναν εξάντα και τη θέση των άστρων.
Αν και τα 10.822 m/s ήταν ελαφρώς λιγότερα από την ταχύτητα διαφυγής των 11.200 m/s, στην οποία ένα σώμα μπορεί να αποσπαστεί από τη γήινη βαρύτητα, το γεγονός ότι το Apollo 8 μπήκε σε μια μακρά ελλειπτική περίγειο τροχιά επέτρεψε (στο απόγειό της) στη βαρύτητα της Σελήνης να το «παγιδεύσει» και τελικά να το τραβήξει κοντά της. Στη διαδικασία οι αστροναύτες του θα γινόταν οι πρώτοι άνθρωποι που θα περνούσαν από τις ζώνες ακτινοβολίας Van Allen, σε απόσταση περίπου 24.000 km από τη Γη, για τον κίνδυνο των οποίων υπήρχε έντονη ανησυχία. Κάθε μέλος του πληρώματος είχε πάνω του μετρητές και δοσίμετρα, που όμως δεν κατέγραψαν περισσότερο από το μισό της ακτινοβολίας που δέχεται κάποιος σε ετήσια βάση ή περίπου τη δόση μιας ακτινογραφίας.
Μετά την απόρριψη του πρώτου ορόφου το πλήρωμα έστρεψε το CSM προς τη Γη και αυτή ήταν η πρώτη φορά που άνθρωποι αντίκριζαν ολόκληρο τον γαλάζιο πλανήτη, ένα θέαμα που, όπως ανέφερε ο Borman, αποζημίωνε την προσπάθεια. Οι τροχιακοί ελιγμοί όμως και η προσπάθεια απομάκρυνσης από τον S-IVB, που έχοντας εκπληρώσει την αποστολή του περιπλανιόταν ήδη στο Διάστημα (βρίσκεται ακόμη σε τροχιά γύρω από την Ήλιο) με ένα νέφος συντριμμιών να τον περιβάλλει, είχαν αρχίσει να συσσωρεύουν καθυστερήσεις στο χρονοδιάγραμμα της αποστολής. Παράλληλα, το σκάφος εκτελούσε ελιγμούς Παθητικού Ελέγχου Θερμικών Φορτίων-PTC (Passive Thermal Control): στο κενό του διαστήματος, στην πλευρά που φώτιζαν οι ακτίνες του ήλιου, οι θερμοκρασίες μπορούσαν να φτάσουν τους 200 βαθμούς Κελσίου, ενώ στις επιφάνειες υπό σκιά να πέφτουν στους -100 βαθμούς, συνθήκες που μπορούσαν να προκαλέσουν αστοχίες σε πολλά υποσυστήματα. Η λύση ήταν η συνεχής περιστροφή του Apollo 8 περί τον διαμήκη άξονά του με ρυθμό περίπου μίας στροφής την ώρα, ώστε οι επιφάνειες προς τον ήλιο να εναλλάσσονται, μια διαδικασία όμως που απαιτούσε επίσης και συνεχείς διορθώσεις πορείας κρατώντας το πλήρωμα απασχολημένο.
Παρά τις προηγούμενες αποστολές των Gemini, που εξερεύνησαν πολλές πτυχές της παραμονής αστροναυτών στο Διάστημα, ο Apollo 8 αντιμετώπιζε για πρώτη φορά διάφορες πρωτόγνωρες καταστάσεις. Ο κυβερνήτης Borman δεν αισθανόταν καλά και η ιατρική ομάδα που υποστήριζε την αποστολή προσπαθούσε να διαγνώσει το πρόβλημα. Οι εκτιμήσεις έτειναν είτε σε αντίδραση στα υπνωτικά χάπια που έπαιρναν οι αστροναύτες προκειμένου να κοιμηθούν στο θορυβώδες περιβάλλον του θαλαμίσκου είτε σε κάποια ίωση. Αργότερα, σε μακροχρόνιες έρευνες των διαστημικών αποστολών διαπιστώθηκε ότι ήταν ένα πρόβλημα που θα αντιμετώπιζαν αρκετοί από όσους βρέθηκαν στο Διάστημα, ένα σύνδρομο πολλαπλών συμπτωμάτων προσαρμογής σε περιβάλλον έλλειψης βαρύτητας, το αποκαλούμενο SAS (Space Adaptation Syndrome). Ο Borman παρά τις ιατρικές προσπάθειες θα συνεχίσει να υποφέρει σε όλη τη διάρκεια των έξι ημερών της αποστολής, όπως περίπου και το ένα τρίτο των αστροναυτών και κοσμοναυτών μέχρι σήμερα.
Μετά τον πρώτο ελιγμό διόρθωσης πορείας 11 ώρες από την έναρξη της αποστολής ακολούθησε μια μακρά περίοδος ομαλού ταξιδιού προς τη Σελήνη, στη διάρκεια του οποίου η NASA είχε προγραμματίσει μια τηλεοπτική μετάδοση, την πρώτη στη διαστημική ιστορία. Το πλήρωμα χρησιμοποίησε μια φορητή κάμερα για να μεταδώσει μαυρόασπρο βίντεο (η πρώτη έγχρωμη μετάδοση θα γινόταν στην αποστολή Apollo 10) από τη «ζωή» μέσα στον θαλαμίσκο και τη θέα έξω από τα παράθυρα. Αν και η προσπάθεια, ειδικά στην απόπειρα να καταγραφεί το είδωλο της Γης, δεν ήταν ιδιαίτερα επιτυχημένη, το αμερικανικό τηλεοπτικό κοινό γοητεύτηκε, ειδικά όταν ο Lovell ευχήθηκε «ζωντανά» στη μητέρα του «Χρόνια Πολλά». Μια δεύτερη τηλεοπτική μετάδοση, με μεγαλύτερη επιτυχία από την πρώτη, θα γινόταν την τρίτη ημέρα της πτήσης.
Σύμφωνα με τον προγραμματισμό το συγκρότημα του CSM-LM θα έπρεπε να μπει σε κυκλική τροχιά σε ύψος 110 χιλιομέτρων από την επιφάνεια της Σελήνης. Το σημείο καμπής στη διαδικασία ήλθε περίπου 55 ώρες και 40 λεπτά μετά, όταν το Apollo βρισκόταν σε απόσταση 62.377 km και η βαρυτική έλξη της Σελήνης έγινε μεγαλύτερη από της Γης. Θα ακολουθούσε μια δεύτερη διόρθωση πορείας πριν από την είσοδο σε σεληνιακή τροχιά-LOI (Lunar Orbit Insertion), 61 ώρες μέσα στην αποστολή: μια «πυροδότηση» του συστήματος RCS (Reaction Control System), σε φορά αντίθετη με την κίνηση του σκάφους, το επιβράδυνε προκειμένου να λάβει την κατάλληλη στάση και ταχύτητα για την επικείμενη αλλαγή. Ο τελικός ελιγμός της πρώτης φάσης LOI-1 θα γινόταν όταν το σκάφος θα βρισκόταν στην πίσω πλευρά της Σελήνης και εκτός επαφής με τη Γη. Πριν συμβεί αυτό και για τέσσερις ώρες το πλήρωμα πραγματοποιούσε συνεχείς ελέγχους σε συνεργασία με το Χιούστον, ώστε ο CapCom Gerry Carr να δώσει το τελικό «Ten seconds to go. You are GO all the way». Η απάντηση του πλοηγού Lovell 321.000 χιλιόμετρα μακριά ήλθε άμεσα: «We‘ll see you on the other side» («Θα σας δούμε στην άλλη πλευρά»). Για τα επόμενα 34 λεπτά, όσο το Apollo 8 βρισκόταν εκτός επαφής, κανείς δεν θα ήξερε εάν η πυροδότηση των 247 δευτερολέπτων του κυρίως κινητήρα SPS (Service Propulsion System) της LOI-1 είχε ολοκληρωθεί με επιτυχία. Μια τυχόν δυσλειτουργία του θα μπορούσε να στείλει τον θαλαμίσκο να περιπλανιέται για πάντα στο Διάστημα. Το ίδιο εφιαλτικό ήταν και το σενάριο αποτυχίας να λειτουργήσει ή αστοχίας του, που είτε θα έστελνε το σκάφος να συντριβεί στη σεληνιακή επιφάνεια είτε θα το έβαζε σε πορεία προς τη Γη, που όμως θα την προσπερνούσε για να χαθεί και πάλι στο αχανές του Διαστήματος.
Στο χρονικό σημείο των 69 ωρών και 15 λεπτών το Apollo 8 μπήκε σε ελλειπτική τροχιά με περισελήνιο 111,1 km, αποσελήνιο 321,1 km και κλίση 12 μοιρών ως προς τον ισημερινό της Σελήνης. «Ήταν τα… πιο μεγάλα τέσσερα λεπτά στη ζωή μου» θα ομολογούσε ο Lovell αργότερα. Καθώς το διαστημόπλοιο αναμενόταν να βγει από τον «κώνο της σιωπής», ο Gerry Carr από το Κέντρο Ελέγχου καλούσε συνεχώς «Apollo 8… Apollo 8… Apollo 8», σε μια αγωνιώδη προσπάθεια να διαπιστώσει ότι βρισκόταν ακόμη σε τροχιά. Μετά ήλθε η ήρεμη φωνή του Lovell, «Go ahead, Houston», αλλά χάθηκε μέσα στις ζητωκραυγές και τα χειροκροτήματα του προσωπικού του Κέντρου Ελέγχου.
«Πώς μοιάζει η Σελήνη από τα εξήντα μίλια;» θα ρωτούσε στη συνέχεια, μάλλον αμήχανα, ο Gerry Carr. «Γκρίζα και άχρωμη» θα περιέγραφε ο Lovell, συμπληρώνοντας «σαν γύψος ή γκρίζα άμμος σε παραλία». Στη διάρκεια της δεύτερης περιστροφής οι αστροναύτες προσπάθησαν να απεικονίσουν τηλεοπτικά τη σεληνιακή επιφάνεια, με τον Borman να σχολιάζει αργότερα: «Σίγουρα δεν ήταν ένας ελκυστικός τόπος για να ζει κάποιος». Στο τέλος της περιστροφής αυτής μια δεύτερη πυροδότηση του SPS για 11 δευτερόλεπτα σε υλοποίηση του τροχιακού ελιγμού LOI-2 διαμόρφωσε την τροχιά σε σχεδόν κυκλική (112,4×110,4 km) με περίοδο 128,7 λεπτών. Στις 20 ώρες που διήρκεσαν οι δέκα περιστροφές του Apollo γύρω από τη Σελήνη η τροχιά μετέπεσε σε ελαφρά ελλειπτική (117,8×108,5 km). Στη διάρκειά τους το σκάφος θα έφτασε σε μέγιστη απόσταση 377.349 χιλ. από τη Γη.
Στην τέταρτη περιστροφή, όταν το διαστημόπλοιο ξεπρόβαλε πίσω από τη Σελήνη, οι αστροναύτες έζησαν μια μαγική στιγμή, την «ανατολή της Γης» (earthrise). Ήταν η πρώτη φορά που ανθρώπινα μάτια την έβλεπαν «ζωντανά» να εμφανίζεται, όπως το αντίθετο συμβαίνει στη Γη με τη Σελήνη, αν και τυπικά το ρομποτικό σκάφος της NASA Lunar Orbiter 1 την είχε φωτογραφίσει στις 23 Αυγούστου 1966. Ο Anders απαθανάτισε τη σκηνή σε έγχρωμο φιλμ, που έγινε μια από τις ιστορικότερες φωτογραφίες όλων των εποχών.
Στην ένατη περιστροφή το πλήρωμα πραγματοποίησε μια ακόμη τηλεοπτική μετάδοση το βράδυ της παραμονής των Χριστουγέννων δείχνοντας από το ένα παράθυρο τη Γη και από το άλλο τη Σελήνη, με τον Borman να σχολιάζει: «Μια μοναχική απεραντοσύνη του τίποτε» και με τον Lovell να συμπληρώνει: «Μια μοναξιά που προκαλεί δέος αλλά σε εμπνέει και σε κάνει να εκτιμάς το τι έχεις πίσω στη Γη». Στη συνέχεια ευχήθηκαν καλά Χριστούγεννα, καλή τύχη και καληνύχτισαν όλους πίσω «Στην ευλογημένη Γη» («God blessed old Earth»).
Δυόμισι ώρες αργότερα η αποστολή Apollo 8 έμπαινε στην πιο κρίσιμη φάση της, τη μετάπτωση σε τροχιά επιστροφής στη Γη. Γνωστή ως TEI (Trans-Earth Injection), απαιτούσε πυροδότηση του SPS για 303 δευτερόλεπτα. Όπως και στη LOI-1, έπρεπε να πραγματοποιηθεί πίσω από τη Σελήνη και με τον ίδιο κίνδυνο το σκάφος να παγιδευτεί σε περισελήνια τροχιά σε περίπτωση αστοχίας του κινητήρα ή να εκτοξευτεί και να χαθεί στο Διάστημα σε περίπτωση δυσλειτουργίας του.
Έπειτα από αναμονή 34 λεπτών, σε χρόνο 89 ώρες, 28 λεπτά και 39 δευτερόλεπτα από την εκτόξευση, η τηλεμετρία ανέκτησε το διαστημόπλοιο και αμέσως μετά ακούστηκε και η ήρεμη φωνή του «Χιούστον, παρακαλώ πληροφορηθείτε ότι υπάρχει Αϊ Βασίλης». Ο αστροναύτης Ken Mattingly που εκτελούσε χρέη CapCom απάντησε: «Apollo 8 επιβεβαιώνουμε, είστε άλλωστε οι πλέον κατάλληλοι για να το γνωρίζετε!».
Ανήμερα τα Χριστούγεννα το διαστημόπλοιο ξεκίνησε το ταξίδι της επιστροφής· 58 ώρες αργότερα θα έκανε μια ασφαλή προσθαλάσσωση στον Ειρηνικό, νότια της Χαβάης.
