Следующими на «Аполлоне-VIII» в космос отправились астронавты Ф. Борман (командир), Дж. Ловелл и У. Андерс. Корабль также состоял только из основного блока и был запущен с помощью ракеты-носителя «Сатурн-V» 21 декабря 1968 г.
После выхода на орбиту астронавты, убедившись в исправности бортовых систем, получили разрешение на полёт к Луне. Двигатель последней ступени-носителя, проработав 316 с, сообщил приращение скорости в 3200 м/с и перевёл ступень с космическим кораблём на нужную траекторию. Затем была подана команда на отделение ступени. После фотографирования ступени включились вспомогательные двигатели, сообщившие кораблю приращение скорости 0,5 м/с. Однако удалиться от ступени не удалось — она следовала за кораблём на расстоянии 150–300 м. Руководители полёта сочли это опасным и приняли решение ещё раз включить вспомогательные двигатели.
Через 19 часов после запуска Борман почувствовал тошноту и боль в желудке, сопровождавшуюся сильным расстройством. Некоторое недомогание испытывали и другие члены экипажа.
Через 68 часов полёта корабль приблизился к Луне, и астронавты получили разрешение на переход на селеноцентрическую орбиту. После включения маршевого двигателя корабль вышел на эллиптическую орбиту с высотой периселения 113 км и высотой апоселения 312 км. Наклонение этой орбиты к плоскости лунного экватора составляло 12°.
Астронавты фотографировали Луну, проводили навигационные эксперименты и, конечно, наблюдали. Практически сразу после выхода на селеноцентрическую орбиту они провели телевизионный сеанс и показали людям Луну. После двух витков астронавты в периселении включили на 9 с маршевый двигатель и перевели корабль на круговую орбиту вокруг Луны с высотой 112 км.
Полёт был достаточно эмоциональным, экипаж устал. На шестом витке Борман приказал прекратить все эксперименты и отдыхать. На десятом витке был включён маршевый двигатель, обеспечивший переход с орбиты Луны на траекторию полёта к Земле. При полёте к Земле астронавты много отдыхали. Из-за сильного нервного напряжения и переутомления Андерс заснул во время дежурства на 45 минут.
27 декабря после 147 часов космического полёта спускаемый аппарат «Аполлона-VIII» приводнился в заданном районе. При падении в воду, как и в предыдущем случае, отсек экипажа перевернулся днищем вверх. Однако всё обошлось благополучно, и через полтора часа после приводнения астронавты оказались на борту авианосца «Йорктаун».
Этот полёт принёс богатую научно-техническую информацию о работе систем корабля, о поверхности Луны, о медико-биологических особенностях полётов на большом удалении от Земли. По-прежнему имело место загрязнение окон, затруднявшее визуальные наблюдения и фотографирование. Были и другие мелкие неполадки, не имевшие принципиального значения.
Этот полёт, являясь сам по себе важным этапом в лунной программе, поставил следующую задачу — испытание лунной кабины на околоземной (геоцентрической) орбите.
3 марта 1969 г. с помощью ракеты-носителя «Сатурн-V» был запущен космический корабль «Аполлон-IX». На его борту находились астронавты Дж. Макдивитт (командир), Д. Скотт и Р. Швейкарт. В первые трое суток полёта несколько раз включался маршевый двигатель для корректировки орбиты, а также для испытания некоторых элементов корабля.
Через 40 часов после начала полёта Швейкарт почувствовал недомогание — у него появилась рвота. Следует отметить, что примерно 30% астронавтов, участвовавших по программе «Аполлон», испытывали неприятные ощущения в области желудка, подташнивание, рвоту. Были и другие последствия воздействия невесомости, затруднявшие проведение соответствующих работ и требовавшие больших волевых усилий экипажа. Швейкарт чувствовал себя особенно плохо. Макдивитт обратился к медицинскому руководителю за консультацией и попросил одновременно пересмотреть график работ. Примерно через час самочувствие больного немного улучшилось, и он перешёл через туннели-лазы из отсека экипажа в лунную кабину. На это ему потребовалось 90 мин, хотя при наземных тренировках он тратил на этот путь всего 10 мин. Возможно, сказались последствия болезни. В лунной кабине у него начался второй приступ рвоты. Вскоре к Швейкарту «приплыл» Макдивитт. После необходимых регламентных работ и проверок они провели телевизионную передачу, а затем включили двигатель посадочной ступени. Обесточив бортовые системы лунной кабины, астронавты через туннели-лазы вернулись в отсек экипажа. Спустя три часа был включён маршевый двигатель, который перевёл корабль на круговую орбиту с высотой перигея 229 км, а апогея — 239 км.
На 3-и сутки полёта все астронавты стали впрыскивать в нос состав против высыхания слизистой оболочки, происходящего в результате пребывания в чисто кислородной атмосфере.
На 4-е сутки экипажу предстояло проделать напряжённую работу. По плану Швейкарт должен был перейти по туннелям-лазам в лунную кабину, затем через открытый космос вернуться в отсек экипажа и закончить свой путь вновь в лунной кабине. Однако в связи с плохим самочувствием Швейкарта командир корабля решил ограничиться лишь разгерметизацией лунной кабины и отсека экипажа, открытием люков и выходом Швейкарта на один дневной период (т.е. на время полёта на освещённой части орбиты) в открытый космос на площадку перед люком. После согласования этого вопроса с руководителями полёта Швейкарт и Макдивитт перешли по туннелям-лазам в лунную кабину, затем Швейкарт вышел на эту площадку и укрепил ноги в фиксаторах. Скотт, открыв люк отсека экипажа, по пояс высунулся в космос и фотографировал Швейкарта.
Самый ответственный эксперимент был проведён на 5-е сутки. Астронавты должны были совершить автономный полёт в лунной кабине. Швейкарт и Макдивитт перешли в неё, а Скотт остался в отсеке экипажа. Кабина была отстыкована от основного блока, который с помощью вспомогательных двигателей был отведён от неё на расстояние примерно 5 км. Затем включился двигатель посадочной ступени лунной орбиты, и она, изменив орбиту, отошла от основного блока на расстояние примерно 90 км. После испытания бортовых систем Макдивитт вновь включил двигатель посадочной ступени и перевёл кабину на орбиту, близкую к круговой.
Наступил решающий момент эксперимента. Астронавты отделили от лунной кабины взлётную ступень и перевели на другую орбиту с помощью двигателей её системы ориентации. Включением основного двигателя ступени астронавты добились, чтобы она перешла на орбиту, пролегающую ниже орбиты основного блока. Затем были проведены манёвры по сближению взлётной ступени и основного блока, а также их стыковке. Астронавты перенесли на взлётную ступень «мусор», ставшие ненужными предметы из основного блока, а затем «бросили» эту ступень в космосе, проведя для этого все необходимые работы по включению соответствующих двигателей. По существу, в этот день астронавты отработали технику взлёта взлётной ступени с посадочного отсека лунной кабины, сближение взлётной ступени с основным блоком, стыковку с ним, расстыковку и сброс взлётной ступени.
Последние пять суток полёта астронавты испытывали бортовые системы, фотографировали, наблюдали наземные ориентиры, проводили эксперименты по связи. Через 241 час после начала полёта отсек экипажа благополучно приводнился в заданном районе. Спуск отсека на парашюте демонстрировался по цветному телевидению.
Полёт корабля «Аполлон-IX» был важным этапом на пути отработки лунной программы. Астронавты представили специалистам список 150 неполадок и отклонений от расчётных режимов в работе бортовых систем. Особенно их раздражало неоднократное включение световых и звуковых аварийных сигналов на пульте управления в кабине, хотя фактически никаких аварий не возникало. В питьевой воде появлялись пузырьки газа, которые могли вызвать некоторые желудочные осложнения. По-прежнему, хотя и в меньшей степени, чем во время предыдущих полётов, наблюдалось загрязнение (запотевание) окон. Все эти неполадки были мелкими, обычными при испытательных полётах и не требовали серьёзных изменений в конструкции корабля и его бортовых системах.
Итак, корабль «Аполлон-VIII» был выведен на селеноцентрическую орбиту, но не имел в своём составе лунной кабины. Она входила в состав корабля «Аполлон-IX», который, однако, не выводился на селеноцентрическую орбиту. Логика требовала запуска корабля с лунной кабиной на орбиту Луны. Эта задача и была возложена на «Аполлон-X».