A Apollo 4, também chamada de AS-501, foi um voo espacial não-tripulado norte-americano, o primeiro do Programa Apollo e o primeiro voo teste do Saturno V, o foguete que seria usado para enviar astronautas até a Lua. O veículo espacial foi montado no Edifício de Montagem de Veículos e foi o primeiro a ser lançado do recém construído Centro Espacial John F. Kennedy, na Flórida, e de seu Complexo de Lançamento 39, instalações que tinham sido construídas especialmente para o Saturno V.
Todos os estágios do foguete e sua espaçonave estavam totalmente operantes durante o início do voo, a primeira vez que isso ocorreu com a NASA. Também foi a primeira vez que o primeiro estágio S-IC e o segundo estágio S-II voaram, além da primeira vez que os motores do terceiro estágio S-IVB foram reiniciados durante a missão. A Apollo 4 levou um Módulo de Comando e Serviço do Bloco I a fim de testar várias revisões do Bloco II, incluindo seu escudo de calor durante uma reentrada.
A data original de lançamento foi planejada para ocorrer em algum momento no início de 1967, porém foi adiada até 9 de novembro de 1967 devido a diversos problemas com vários elementos do veículo, além de dificuldades durante os testes pré-voo. Outro fator que contribuiu para os atrasos foi a necessidade de mais inspeções e revisões após o incêndio da Apollo 1 em janeiro de 1967, em que três astronautas morreram. Todas essas questões adiaram a missão no decorrer de boa parte de 1967.
A Apollo 4 foi lançada na manhã de 9 de novembro de 1967 e amerrissou no Oceano Pacífico pouco menos de nove horas depois, tendo realizado todos os seus objetivos. A NASA considerou que a missão foi um sucesso completo, pois provou que o Saturno V funcionava como planejado. Isto mostrou-se uma etapa importante em direção do objetivo final do programa espacial dos Estados Unidos, que era pousar astronautas na Lua e trazê-los de volta em segurança até o final da década de 1960.
Antecedentes John F. Kennedy, presidente dos Estados Unidos, propôs em 1961 que seu país pousasse um astronauta na Lua e o trouxesse em segurança de volta para a Terra até o final da década. Uma das primeiras escolhas que precisavam ser feitas era qual veículo de lançamento usar. A NASA decidiu usar o foguete Saturno C-5, um veículo de três estágios baseado em foguetes que já estavam em desenvolvimento. Isto foi formalmente aprovado pela NASA em 1962, que contemplou um primeiro voo teste em 1965 e um primeiro voo tripulado até 1967, deixando espaço de sobra para realizar o objetivo de Kennedy. A NASA redesignou o C-5 no início de 1963 como Saturno V.
Foi decidido no final de 1962, após longos debates dentro da NASA, que as missões lunares ocorreriam no modo de encontro orbital lunar, em que uma espaçonave completa seria colocada no caminho da Lua pelo terceiro estágio do veículo de lançamento. Os astronautas que realizariam a alunissagem, assim que estivessem na órbita lunar, entrariam no que então era chamado de Módulo de Excursão Lunar, que se separaria do resto da espaçonave e alunissaria, decolando da superfície e depois sendo descartado assim que a tripulação se transferisse de volta para a nave. O restante do veículo retornaria para a Terra. As instalações de lançamento em desenvolvimento não seriam suficientes para o novo foguete, assim a NASA anunciou em 1962 planos para um novo complexo no litoral da Flórida do qual as missões Apollo poderiam ser lançadas. Essa instalação foi inicialmente chamada de Centro de Operações de Lançamento, porém foi renomeada para Centro Espacial John F. Kennedy depois do assassinato de Kennedy em novembro de 1963. A Apollo 4 foi o primeiro voo lançado do Centro Espacial Kennedy e o primeiro usando o Complexo de Lançamento 39, construído para acomodar o Saturno V.
Os primeiros três voos carregando equipamentos Apollo seriam lançados em foguetes Saturno IB. Este veículo era menor e não usaria as instalações do Centro Espacial Kennedy, porém as questões solucionadas nessas missões seriam válidas também para aquelas lançadas com o Saturno V. Tanto o Saturno IB quanto o Saturno V usavam o estágio S-IVB, porém no Saturno IB ele era seu segundo e último estágio, em vez do terceiro como no caso do Saturno V. Consequentemente, muitas das qualificações de voo para as cargas que o Saturno V iria levar poderiam ser adquiridas sem a necessidade de gastar um veículo de lançamento maior. Além das qualificações de voo dos equipamentos, era também necessário provar que os sistemas em solo no Centro Espacial Kennedy poderiam lançar em Saturno V antes de arriscar as vidas dos astronautas.
As três missões do Saturno IB – AS-201, AS-202 e AS-203 – ocorreram em 1966 e foram todas bem sucedidas. Segundo os historiadores Charles D. Benson e William B. Flaherty sobre a história do Centro Espacial Kennedy, "Os lançamentos Apollo-Saturno IB de 1966 representaram ganhos importantes para a equipe de lançamento da NASA. O CL-34 e o CL-37, locais de teste para checkout automatizado, foram considerados deficientes. O [Centro Espacial Kennedy] corrigiu os grandes problemas de automação nos 20 meses entre a AS-201 e AS-501. Sem esses avanços de tentativa e erro, a AS-501, o lançamento mais complicado da história da Apollo, teria sido muito mais difícil".
Atrasos thumb|esquerda|200px|O Saturno V SA-501 dentro do Edifício de Montagem de Veículos, 25 de maio de 1967 O major-general Samuel C. Phillips, o Diretor do Programa Apollo, programou a missão AS-501, como a Apollo 4 era conhecida na época, para janeiro de 1967. Ela seria o primeiro voo teste do Saturno V. Isto deixou pouco espaço para atrasos, especialmente já que mais dois lançamentos do Saturno V estavam planejados para mais adiante no mesmo ano. Muitos dos oficiais do Programa Apollo não estavam confiantes com a data de lançamento proposta, com estes sentimentos mostrando-se corretos. Uma explosão em um tubo de conexão de oxigênio líquido fluindo para o Complexo de Lançamento 39 abriu a possibilidade para um atraso de várias semanas.
A North American Aviation era a contratante para o segundo estágio S-II do Saturno V e para o Módulo de Comando e Serviço. Entretanto, a NASA estava tendo problemas com a North American sobre seu cronograma, custo e qualidade dos dois programas, algo sério o bastante para que Phillips fosse até as instalações da empresa na Califórnia em novembro e dezembro de 1965 a fim de investigar o que estava ocorrendo e recomendar soluções. Ele publicou suas conclusões em um relatório para seu superior, George Mueller. Técnicos encontraram rachaduras no S-II, adiando seus testes de acionamento antes de ser aceito pela NASA. Partes do foguete começaram a chegar no Centro Espacial Kennedy enquanto a North American trabalhava nos consertos. O primeiro a chegar foi o S-IVB em 14 de agosto de 1966 a bordo da aeronave Pregnant Guppy, seguido pelo primeiro estágio S-IC por barca em 12 de setembro. Um "espaçador" em forma de carretel assumiu o lugar do S-II e permitiu que a NASA empilhasse o foguete dentro do Edifício de Montagem de Veículos. Como o S-II ainda não tinha chegado até novembro, com sua data original de entrega tendo sido julho, a NASA planejou sua chegada para janeiro de 1967 e o lançamento para três meses depois. O Módulo de Comando e Serviço chegou em 24 de dezembro de 1966, com o S-II chegando em 21 de janeiro de 1967. O último item a chegar na Flórida foi o interestágio inferior, a estrutura que separava o primeiro e segundo estágios, em 31 de janeiro.
O incêndio da Apollo 1 em 27 de janeiro de 1967, em que os astronautas Gus Grissom, Edward White e Roger Chaffee foram mortos durante um teste na plataforma de lançamento, atrapalhou e questionou ainda mais os cronogramas da NASA; mesmo a AS-501 sendo um voo não-tripulado, os oficiais da agência queria examinar o Módulo de Comando e Serviço mais atentamente. A NASA removeu a espaçonave e planejou empilhar o veículo novamente depois disso ter sido feito, porém as inspeções revelaram a presença de 1 407 erros com a espaçonave. Os inspetores encontraram muitos fios roteados e esfolados ao acaso, matéria-prima para curtos-circuitos.
thumb|240px|O Saturno V SA-501 da Apollo 4 sendo transferido para o Complexo de Lançamento 39, 26 de agosto de 1967 Outros problemas foram descobertos, como a presença de um parafuso errante dentro de um dos motores J-2, com a NASA ficando preocupada em recuperar o item e também descobrir como ele foi parar lá a fim de garantir que nada semelhante ocorresse novamente. Uma reunião em março de 1967, com a presença de Phillips, relatou 1,2 mil problemas com o Saturno V, com os técnicos propondo solucioná-los a uma taxa de oitenta por dia. O espaçador foi removido do veículo enquanto o Módulo de Comando e Serviço estava sendo consertado e o S-II foi posicionado. Foi anunciado em 24 de maio que o S-II seria removido para inspeção depois da descoberta de rachaduras em outro S-II em construção, com esse trabalho sendo finalizado em meados de junho, depois do qual o módulo foi empilhado de novo, tornando-se a primeira vez que todo o veículo de lançamento e espaçonave foram montados juntos. O Saturno V foi transferido por um transportador para o Complexo de Lançamento 39 em 26 de agosto, enquanto a Estrutura Móvel de Serviço que permitia acesso ao foguete e espaçonave foi colocada ao seu lado dois dias depois. Foi a primeira vez que a NASA montou um veículo longe de seu local de lançamento, que protegia seu pessoal e equipamentos do clima húmido e quente da Flórida.
Um teste de demonstração de contagem regressiva foi originalmente marcado para 20 de setembro, porém logo foi adiado para o dia 25 e só foi começar na tarde do dia 27. Mais dois dias já tinham sido perdidos com atrasos até 2 de outubro, porém a contagem chegou em 45 minutos para o lançamento no dia 4. Foi nesse momento que um computador parou de funcionar e a contagem voltou para treze horas antes do lançamento, recomeçando em 9 de outubro. Mais problemas de computador e outros equipamentos ocorreram. A equipe de lançamento nessa altura estava exausta e uma pausa de dois dias foi declarada. O teste finalmente terminou em 13 de outubro, significando que ele demorou três semanas em vez da uma semana planejada. Com a atenção do mundo sobre o lançamento, Julian Scheer, o chefe de relações públicas da NASA, levou as questões céticas da mídia sobre o lançamento da missão até James Webb, o Administrador da NASA, algo que gerou uma reunião acalorada em que Webb afirmou que anunciaria a data do lançamento quando quisesse.
Essas dificuldades mesmo assim proporcionaram uma experiência valiosa para a equipe de lançamento, porém significou que a Apollo 4 não poderia ser lançada antes de 7 de novembro. Uma revisão de prontidão de voo em 19 de outubro liberou o lançamento, presumindo que os testes e modificações restantes fossem completados satisfatoriamente. Phillips adiou o lançamento em 2 de novembro até o dia 9 por estar preocupado com vazamentos em potencial nos anéis de selamento de teflon, além também das válvulas de drenagem de oxigênio líquido a bordo do veículo devido ao tempo que o foguete ficou na plataforma de lançamento sob o sol da Flórida.
Objetivos O propósito da Apollo 4, junto com a Apollo 6, o outro teste não-tripulado do Saturno V, era qualificar o veículo de lançamento, a espaçonave Apollo e os sistemas em solo para operarem nas missões lunares tripuladas que ocorreriam depois. A missão, além de ser o primeiro voo do Saturno V, marcou também o primeiro voo de dois de seus estágios: o primeiro estágio S-IC e o segundo estágio S-II, enquanto o terceiro estágio S-IVB tinha voado como parte do Saturno IB.