Skylab ist der Name für die erste und bisher einzige US-amerikanische Weltraumstation sowie die Bezeichnung für die Raumfahrtmissionen in diesem Zusammenhang. Noch während der Vorbereitung des Apollo-Programms wurden bei der NASA bereits Überlegungen zur Zukunft der bemannten Raumfahrt angestellt. Hierzu wurde im August 1965 das Saturn/Apollo Applications Office gegründet. Dieses hatte die Aufgabe nach Nutzungsmöglichkeiten für die Apollo-Hardware zu suchen. Damit wollte man das erarbeitete Wissen der Ingenieure erhalten, die sonst nach dem Ende des Apollo-Programms entlassen worden wären. Man griff recht früh Vorschläge auf, eine Oberstufe einer Saturn-Trägerrakete zu einer Weltraumstation umzubauen und Apollo-Raumschiffe und Saturn-1B-Raketen, die nicht zum Einsatz gelangten, zum Mannschaftstransport zu nutzen. Schon im Vorfeld hatte die NASA neue Astronauten gesucht. Dieses Mal waren nicht Testpiloten gefragt, sondern Wissenschaftler.

Am 28. Juni 1965 wurden Owen Garriott, Edward Gibson, Duane E. Graveline, Joseph Kerwin, Frank C. Michel und Harrison Schmitt der Öffentlichkeit als Wissenschaftsastronauten vorgestellt. Im Gegensatz zum Apollo-Programm, das klar die Mondlandung zum Ziel hatte, waren die Ziele des Apollo Application Programs eher vage. Es wurden viele Vorschläge erarbeitet, die Saturn-Raketen und Apollo-Raumschiffe als Grundlage hatten. Das einzige Projekt jedoch, das verwirklicht wurde, war eine erdumkreisende Raumstation mit drei Mann Besatzung. Ursprünglich plante man diese mit einer Saturn 1B zu starten und die leergebrannte S-IVB Oberstufe in mehreren Flügen zu einer Raumstation auszubauen. Es zeigte sich jedoch, dass dieses Konzept zu aufwendig war. Man schwenkte im Sommer 1969 auf den Plan um, sie am Boden zusammenzubauen und mit einer zweistufigen Saturn V zu starten. Hierfür wurde die Rakete SA-513 verwendet, die zuvor für Apollo 18 vorgesehen war. Die Mission Apollo 20 wurde im Januar 1970 aus dem Mondprogramm gestrichen, weil keine Saturn V mehr zur Verfügung stand. Ab Februar 1970 wurde für die Raumstation offiziell der Name Skylab verwendet.

Das Weltraumlabor Skylab bestand hauptsächlich aus der zweiten Stufe der Saturn 1-B-Rakete AS-212 (identisch mit der dritten Stufe einer Saturn V), die bereits auf der Erde mit Vorräten und Ausrüstung versehen wurde. Für den Start wurden also nur zwei Stufen einer Saturn V verwendet. Dies war der erste und zugleich der letzte Start einer Saturn V in dieser Konfiguration, denn bisher war dieser Raketentyp nur für Apollo-Raumschiffe verwendet worden. Dieser Teil der Station war der Orbital Workshop OWS. Er wog 35,8 t. Die Besatzung wohnte und arbeitete im Wasserstofftank mit einem nutzbaren Innenvolumen von 275 m³. Der Sauerstofftank wurde als Abfallgrube genutzt. Im OWS befand sich die Ausrüstung, alle Essensvorräte, die gesamten Wasservorräte und die Drucktanks für den Treibstoff zur Lageregelung. Neben den Wohn-, Schlaf- und Sanitätsräumen wurden dort auch Experimente durchgeführt, vor allem Erdbeobachtung durch ein Fenster und medizinische Untersuchungen. An den OWS schloss sich der Instrumentenring der Saturn V an, der beibehalten wurde, um Veränderungen an den Startanlagen zu verhindern. Er steuerte die Trägerrakete und gab nach dem Start, wenn Skylab in der Umlaufbahn angekommen war, die Kontrolle an die internen Computer von Skylab ab. Nach dem OWS folgte die 22 t schwere Luftschleuse (Airlock Module, AM). Sie enthielt eine Luftschleuse zum Ausstieg, riegelte den OWS vom Docking Adapter ab, enthielt die Steuerung der Teleskope und alle Gase für die Station in Drucktanks. Ihre Breite ging von 6,7 auf 3,04 m zurück. Sie hatte eine Länge von 5,2 m und ein Innenvolumen von 17,4 m³. Es folgte der zylinderförmige Multiple Docking Adapter (MDA). Er war 3,04 m breit, 5,2 m lang und hatte eine Masse von 6260 kg. Er hatte zwei Andockstellen für Apollo-Kommandokapseln: eine radial und eine in der Verlängerung der Längsachse. Die radiale Andockstelle war für eine Notkapsel gedacht, die man gestartet hätte, wenn eine Rückkehr mit der ersten Kapsel nicht möglich gewesen wäre. Zur Sonnenbeobachtung, die ein wichtiges Ziel von Skylab war, verfügte die Raumstation weiterhin über ein Observatorium (Apollo Telescope Mount, ATM), das nach dem Erreichen des Orbit in eine Position seitwärts an den MDA ausgefahren wurde. Es wog 11.066 kg, war 6 m breit und 4,4 m hoch. Seine Sonnenteleskope konnten auf 2,5 Bogensekunden genau ausgerichtet werden. Gesteuert wurde es vom OWS aus, wobei die Filme im Rahmen eines Außenbordmanövers (EVA) gewechselt werden mussten. Die Energieversorgung war mit vier Solarmodulen am ATM und zwei weiteren am Hauptmodul geplant. Alleine die Solarpanele des ATM hatten eine Spannweite von 31 m. Das ATM benutzte Komponenten des LM und besorgte mit seinen Drallrädern auch die Ausrichtung der gesamten Station. Zuletzt gab es noch das angekoppelte Apollo-Raumschiff (Command and Service Module, CSM). Das CSM übernahm die gesamte Kommunikation mit der Erde, da Skylab, abgesehen von seiner Bordtelemetrie, keinen eigenen Sender hatte. Weiterhin mussten die Lebenserhaltungssysteme des CSM einmal pro Monat die Gasreinigung übernehmen, wenn die Molekularsiebe von Skylab ausgebacken wurden. Das CSM war daher integraler Bestandteil der Station.

Die Masse betrug über 90 Tonnen. Insgesamt war Skylab wesentlich größer als die sowjetische Raumstation Saljut 1, die im April 1971 gestartet worden war. Bei günstigem Sonnenstand war das Skylab mit bloßem Auge als leuchtender Punkt auch am Taghimmel zu beobachten. Der Start dieser ersten amerikanischen Raumstation sollte am 14. Mai 1973 vom Startkomplex 39-A in Cape Canaveral erfolgen. Am Folgetag sollte die erste Besatzung mit einer Saturn-1B-Rakete von der Startrampe 39-B folgen. Die drei Besatzungen würden die Missionsbezeichnungen Skylab 2, Skylab 3 und Skylab 4 tragen. Die Saturn V, die für Skylab 1 verwendet werden sollte, die SA-513, war ein wenig kürzer als die Modelle, die für die Mondflüge verwendet wurden. Sie hatte keine Rettungsrakete, kein Apollo-Raumschiff und keinen Adapter für die Mondlandefähre. Außerdem nutzte diese Rakete nur zwei Stufen. An Stelle der dritten Stufe transportierte sie die Raumstation. Dieser Flug war der letzte einer Saturn V. Es war das erste Mal, dass der Countdown von zwei Saturn-Raketen gleichzeitig vorbereitet wurde. Ähnliches hatte es aber schon im Dezember 1965 gegeben, als Gemini 7 und Gemini 6 nacheinander gestartet wurden. Die Umlaufbahn war mit einer Inklination von 50° so gewählt, dass große Teile der Landflächen der Erde überflogen wurden. Skylab 1 hob wie geplant am 14. Mai 1973 ab. Doch schon 63 Sekunden nach dem Start empfing die Bodenstation alarmierende Telemetriesignale. Offenbar hatte sich eine Verkleidung gelöst, wodurch eines der Solarmodule und das Meteoriten- und Thermalschutzschild abgerissen wurden. Spätere Untersuchungen zeigten, dass der Fehler durch mangelnde Koordination der Konstruktionsabteilungen entstanden war. Die Raumstation erreichte zwar die geplante Umlaufbahn, war aber nicht funktionsfähig.

Zwar gelang es der Flugleitung, die vier Solarmodule des Solarobservatoriums auszufahren, doch schien es Probleme mit den beiden anderen Modulen zu geben, so dass insgesamt nur etwa die halbe elektrische Leistung zur Verfügung stand. Der fehlende Meteoritenschutzschild hätte auch als Wärmeschutz dienen sollen, weshalb in der Station die Temperatur stark stieg, so dass befürchtet werden musste, dass Lebensmittel, Medikamente und Filme verdorben sein würden. Als erste Reaktion wurde der Start von Skylab 2 verschoben, bis man sich ein klares Bild von der Situation machen konnte. Außerdem versuchte die Flugleitung, eine günstige Ausrichtung von Skylab zu erreichen. Waren die funktionsfähigen Solarzellen der Sonne zugewandt, konnte zwar genügend Energie gewonnen werden, gleichzeitig heizte sich die Station aber stark auf. Drehte man die Station so, dass die Stelle mit dem fehlenden Schutzschild im Schatten lag, gaben auch die Solarzellen zu wenig Leistung ab und der Ladezustand der Batterien nahm stark ab. Die NASA-Ingenieure hatten nun das Problem, Energiereserven, Treibstoffreserven und Temperatur der Raumstation im Rahmen zu halten. Würde es nicht innerhalb von Tagen möglich sein, die Schäden zu reparieren, wäre die Station verloren. Zwei Wochen lang wurde die Station so gesteuert, während die Skylab-2-Mission vorbereitet wurde. Es gelang den Mannschaften während der Missionen Skylab 2 und Skylab 3 die Schäden zu reparieren. Die Station war anschließend voll funktionsfähig. Mehr über die Reparaturarbeiten in den entsprechenden Artikeln.

Da der Start von Skylab als Mission 1 gezählt wurde, beginnen die bemannten Missionen mit der Nummer 2. Drei Besatzungen aus jeweils drei Astronauten verbrachten insgesamt 513 Manntage im All.

25. Mai 1973 – 22. Juni 1973

Besatzung: Charles Conrad, Paul J. Weitz, Dr. Joseph P. Kerwin

28. Juli 1973 – 25. September 1973

Besatzung: Alan L. Bean, Dr. Owen K. Garriott, Jack R. Lousma

16. November 1973 – 8. Februar 1974

Besatzung: Gerald P. Carr, Dr. Edward G. Gibson, William R. Pogue