Unter der Regie von Greg Berlanti erzählt „Fly Me to the Moon“ die romantische Geschichte eines NASA-Direktors und eines Marketingspezialisten, die daran arbeiten, die Mondlandung zu einem Erfolg zu machen. Kelly Jones (Scarlett Johansson) wird von der NASA engagiert, um das Image der Raumfahrtbehörde zu verbessern und dabei zu helfen, einen Notfall für den Fall vorzubereiten, dass die Mondlandung scheitert. Sie muss an der Seite des offiziellen Startdirektors Cole Davis (Channing Tatum) arbeiten, der anfangs wenig Geduld mit ihren Theateraufführungen aufbringt, da der Starttermin immer näher rückt. Als sie jedoch durch Befehle von oben gezwungen werden, an einem gefälschten Video zur Mondlandung zu arbeiten, für den Fall, dass das echte Video scheitert, kommen sich die beiden näher. Die romantische Filmkomödie entführt uns in die 1960er Jahre inmitten des Weltraumrennens des Kalten Krieges und lässt uns in diese Zeit eintauchen.
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Die historischen Standorte in Florida und die NASA-Büros in „Fly Me to the Moon“ wurden größtenteils an mehreren Standorten in Atlanta, Savannah und Tybee Island, Georgia, nachgebildet. Die Schießerei fand jedoch rund um das eigentliche Weltraumstartzentrum in Cape Canaveral, Florida, statt. Die Dreharbeiten begannen im Oktober 2022 in Atlanta und endeten Anfang März 2023 in Cape Canaveral. Der Film mit dem vorläufigen Titel „Project Artemis“ hatte zunächst einen anderen Drehplan, der verschoben wurde, nachdem Jason Bateman von der Rolle des Regisseurs zurücktrat und auf seinem Weg von Chris Evans begleitet wurde, der zu den verschobenen Drehterminen nicht verfügbar war.
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Die zweite Produktionseinheit von „Fly Me to the Moon“ reiste nach Cape Canaveral im Brevard County, Florida, wo sie mit Kameras über tatsächliche und ehemalige NASA-Gelände rollten. Zu den aktiven Standorten gehörte das Kennedy Space Center am Space Commerce Way auf Merritt Island, wo sie den Pressestandort der Institution als Drehort nutzten. Sie machten mit einem Helikopter Luftaufnahmen des Zentrums und rund um das Pressegelände parkten Oldtimerfahrzeuge. Die Crew baute außerdem große Zelte für ihren Einsatz auf und errichtete die im Film gezeigten Start-Beobachtungsstände.
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Interessanterweise fanden während der Dreharbeiten drei tatsächliche Raketenstarts im Zentrum statt, und das Produktionsteam hat ihre Starts festgehalten. Um die historische Umgebung zu schaffen, nutzte das Team auch den inzwischen stillgelegten Standort Launch Complex-34 an der Cape Canaveral Space Force Station. Der Komplex trägt zur Authentizität der Kulissen des Films bei, da er zwischen 1961 und 1968 Schauplatz zahlreicher Starts des Apollo-Programms war, darunter die Raketen Saturn I und IB.
Die Dreharbeiten zu „Fly Me to the Moon“ fanden auch vor Ort in und um Savannah statt, insbesondere in der Stadt Tybee Island an der Ostküste. Der Strand der Barriereinsel ersetzte Floridas Cocoa Beach, der im Film zu sehen ist. Als Kelly und Cole auf einem Pier stehen und Zeit am Strand verbringen, ist das Bauwerk, das sie sehen, in Wirklichkeit der Tybee Beach Pier.
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Die Szene, in der Kelly in einem grünen Kleid versucht, mit einem Mülleimer ein Schaufenster einzuschlagen, wurde einen Tag vor der Strandsequenz in Savannah gedreht. Die westlich von Savannah gelegene Stadt Pooler diente am 5. Dezember 2022 auch als Drehort, wobei Komparsen Oldtimer zum Set riefen. Die Besetzung und das Team drehten auch einige Szenen am Fort Pulaski National Monument in der 101 Fort Pulaski Road, das gleichzeitig als Kulisse für das John F. Kennedy Space Center diente.
Das Produktionsteam erstellte die Büroräume und Innenräume für einen Großteil der Szenen des Films in Studiostandorten in Atlanta, wo die Dreharbeiten im Oktober 2022 begannen. Der Deckname für die Dreharbeiten war „Eleven“, und es wurde ein Casting für Statisten durchgeführt, die Eigentümer waren Oldtimer ab 1969 oder älter. Sie waren zwischen November 2022 und Februar 2023 an den Dreharbeiten in der Metropolregion Atlanta beteiligt. Zur Besetzung gehörten auch einige Statisten, die zum Zeitpunkt des Starts von Apollo 11 NASA-Mitarbeiter waren.

Das Produktionsteam unter Shane Valentino fertigte Sets an, die die NASA-Büros und riesigen Gebäuderäume der 1960er-Jahre wirkungsvoll nachahmten, und einige der Darsteller waren von ihren Kreationen beeindruckt. „Als wir es zum ersten Mal sahen, war es atemberaubend, es war so groß“, sagte Schauspielerin Anna Garcia über den Mondlandungsfilm, der in einem spielt Interview . „Es ist größer, als Sie sich vorstellen können. Jeden Tag bettelte ich: „Darf ich bitte auf den Laufsteg gehen?“ Kann ich bitte?‘ und sieh es dir von oben an. Sie sagten, es sei sehr gefährlich, aber am allerletzten Tag ließen sie mich dort hinauf.“