一次面向登月的无人验证
阿波罗4号是美国国家航空航天局于1967年11月9日实施的无人试验任务，亦称AS-501。它首次把三级土星五号火箭和阿波罗飞船作为完整组合送上天空，随后让指令舱以接近登月返回的速度重返地球。试验全程在地球周边进行。
任务需要检验火箭与飞船的结构、热环境和相互兼容性，验证各级分离、推进、制导控制及电气系统，并测试用于后续飞船的隔热防护。土星五号第一、二级此前尚未飞行，第三级S-IVB则已有作为土星IB上面级飞行的经验。
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整体试飞与工程协同
NASA载人航天负责人乔治·穆勒推动“整体试飞”方案，将几个原可分开验证的环节集中在一次任务中。比尔斯坦的航天史指出，预算与登月期限共同促成了这一选择；马歇尔航天飞行中心的团队起初有所保留，最终在冯·布劳恩支持下承担了这一风险。
肯尼迪航天中心负责发射准备，休斯敦任务控制中心参与飞行指挥。任务主任威廉·施奈德所协调的工作，还包括火箭、飞船、地面设施与承包商人员之间的配合。地面人员依靠事前检查和飞行遥测，验证各系统的工作状态。
017号飞船由指令舱、服务舱和适配器等组成。适配器内装有登月舱试验件，用于考察发射阶段的结构表现。指令舱安装任务控制程序装置，自动完成通常由航天员执行的一些动作。
入轨与高椭圆飞行
11月9日约12时世界时，火箭从肯尼迪航天中心39A发射台升空，这是该设施首次承担发射。约十一分钟后，S-IVB将飞船送入近圆形地球轨道；接近第二圈飞行结束时，第三级再次点火，把组合体送入模拟奔月飞行条件的高椭圆轨道。
指令舱与服务舱随后同第三级分离。服务舱主发动机进行约十五秒的第一次点火，验证失重环境中的启动能力，并进一步抬高轨道远地点。这次点火不先依靠姿态控制系统进行通常用于使推进剂沉底的机动，报告称未发现不利影响。
12月公布的事件表记录，远地点出现在发射后5小时46分50秒，高度为9769海里，约合1.81万公里。随后飞船沿椭圆轨道返回，准备接受高速再入试验。
热环境与舱内测量
第一次服务舱点火结束后，飞船调整姿态，使侧舱门朝向太阳，并保持约四个半小时。工程人员以这种日照与背阴状态获取热环境数据，检验各系统承受温差的情况。初步报告称，背阴侧隔热罩表面约降至华氏零下100度，向阳侧约达华氏140度。
舱内状况与外表面温度需分别观察。报告记录舱压在5.6至5.8磅每平方英寸绝对压力之间，轨道飞行期间舱温约为华氏60度，再入时升至约70度。压力维持稳定，为舱体密封符合要求提供了证据。
燃料电池、低温储存、电力分配与通信也在验证范围内。地面跟踪站、先锋号跟踪船和仪器飞机按计划与飞船建立双向联系。
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再入、溅落与回收
飞行约8小时10分钟后，服务舱发动机第二次点火，使飞船获得模拟高强度登月返回的速度。指令舱随后与服务舱分离，调整到再入姿态。初步报告的记录显示，在约40万英尺高度的再入界面，速度达到每秒36545英尺，约合每秒11.1公里。
这次点火比计划持续得更久。由于跟踪信息一度使控制人员怀疑机载点火控制状态，休斯敦介入开关指令；随后分析认为相关机载系统并未失效。再入条件偏离计划，峰值减速度约为7.3g，低于原估计的约8.3g。
指令舱于同日约20时37分世界时在太平洋溅落，飞行持续约八小时三十七分钟。降落伞正常展开，回收工作由本宁顿号航空母舰承担。飞船回收后的检查显示隔热防护经受住了试验，舱门热控涂层和密封保持完好；回收的一具主降落伞也未见损坏。
飞行数据与后续评估
阿波罗4号把土星五号整体运转、上面级再启动、飞船自主动作和高速返回连接成一次完整验证。发射中的结构载荷与振动保持在允许范围内，飞船能够接受地面指挥并完成回收，为载人飞行前的工程判断提供了实际依据。
1967年12月的NASA公报同时说明，详细系统分析仍在进行。1975年项目总结进一步确认了此次热防护和飞行控制试验的价值。这些记录使工程人员能够把计算预测和地面试验与真实飞行数据对照。