Apollo 13

L'equipaggio che volò sull'Apollo 13 non era quello previsto dalla normale rotazione. James A. Lovell, veterano di Gemini 7, Gemini 12 e Apollo 8, comandava un equipaggio formato da Fred W. Haise come pilota del modulo lunare e Thomas K. «Ken» Mattingly come pilota del modulo di comando; il terzetto era stato equipaggio di riserva dell'Apollo 11 ed era inizialmente assegnato all'Apollo 14, finché Deke Slayton, direttore delle operazioni degli equipaggi di volo, non scambiò il suo turno con quello dell'equipaggio di Alan Shepard.

Sette giorni prima del lancio, Charles Duke — membro dell'equipaggio di riserva — contrasse la rosolia per contatto con il figlio di un amico. Dei cinque uomini esposti, solo Mattingly non possedeva immunità pregressa. La regola abituale avrebbe sostituito l'intero equipaggio titolare con quello di riserva, ma la stessa malattia di Duke lo impediva, così due giorni prima del lancio Mattingly fu sostituito da John L. «Jack» Swigert, pilota del modulo di comando dell'equipaggio di riserva. Mattingly non sviluppò mai la rosolia e volò in seguito sull'Apollo 16; da terra ebbe un ruolo decisivo nel salvataggio.

Non fu necessario rifare l'emblema della missione: quello dell'Apollo 13 è, insieme a quello dell'Apollo 11, uno dei due soli emblemi Apollo a non includere i nomi dell'equipaggio. Le medaglie Robbins imbarcate, invece, furono fuse e rieditate dopo il volo per riflettere l'equipaggio corretto e l'assenza di una data di allunaggio. Lovell scelse i nominativi: Aquarius per il modulo lunare — dall'Acquario, il portatore d'acqua — e Odyssey per il modulo di comando, per la sua risonanza omerica e per il film 2001: Odissea nello spazio, oltre che per il significato stesso della parola, un lungo viaggio segnato da molti colpi di fortuna. La navicella era formata dal modulo di comando e servizio CSM-109, Odyssey, e dal modulo lunare LM-7, Aquarius.

Il sito di allunaggio assegnato si trovava accanto al cratere Fra Mauro. Si riteneva che la formazione Fra Mauro contenesse materiale proiettato dall'impatto che aveva scavato il bacino di Imbrium nelle prime fasi della storia lunare: campionarla equivaleva a datare uno dei maggiori eventi della Luna. Gli obiettivi primari della missione furono enunciati come l'ispezione, la ricognizione e il campionamento selenologico dei materiali in una regione preselezionata della formazione Fra Mauro, la posa e l'attivazione di un Apollo Lunar Surface Experiments Package (ALSEP) e l'ottenimento di fotografie di possibili siti di esplorazione futuri. A questi si aggiungevano obiettivi fotografici complementari, tra cui il controbagliore (Gegenschein) dall'orbita lunare e la Luna stessa durante il rientro.

Il piano assegnava la prima delle due attività extraveicolari di quattro ore alla posa dell'ALSEP e la seconda all'esplorazione del cratere Cone, vicino al punto di allunaggio. L'equipaggio titolare accumulò oltre 1.000 ore di addestramento specifico — più di cinque ore per ogni ora dei dieci giorni di missione previsti —, con formazione geologica diretta da Lee Silver, del Caltech, e addestramento all'osservazione e alla fotografia orbitale a cura di Farouk El-Baz.

Il Saturn V AS-508 decollò dal Kennedy Space Center all'ora prevista, le 14:13 EST (19:13 UTC) dell'11 aprile 1970. Il vettore trasportava propellente aggiuntivo come prova, poiché le future missioni J ne avrebbero avuto bisogno di più per i loro carichi più pesanti; ciò lo rese il più pesante mai lanciato dalla NASA fino ad allora e, visibilmente, il più lento a liberare la torre di lancio. Sull'Apollo 13 debuttò inoltre l'isolamento spruzzato sui serbatoi criogenici del secondo stadio S-II, al posto dei pannelli incollati delle missioni precedenti.

Pochi minuti dopo il decollo si verificò la prima anomalia. Il motore centrale (interno) dello stadio S-II si spense circa due minuti prima del previsto, a causa di severe oscillazioni pogo amplificate dalla cavitazione della turbopompa. Il fenomeno si era già verificato sui Titan del programma Gemini e in missioni Apollo precedenti, ed esisteva già una soluzione pronta, ma la pressione del calendario ne impedì l'integrazione sul vettore dell'Apollo 13. Il sistema di guida, progettato fin dall'Apollo 10 per spegnere il motore in caso di escursioni di pressione in camera, funzionò come previsto; un'indagine successiva mostrò che il motore avrebbe resistito solo un altro ciclo prima di un guasto catastrofico. I quattro motori esterni e il terzo stadio S-IVB bruciarono più a lungo per compensare, e il complesso raggiunse un'orbita di parcheggio molto vicina a quella circolare di 190 chilometri prevista. L'iniezione translunare avvenne circa due ore dopo.

Dopo l'iniezione translunare, Swigert eseguì la separazione e la trasposizione e agganciò l'Odyssey all'Aquarius, e il complesso si allontanò dal terzo stadio. I controllori inviarono poi l'S-IVB a impattare sulla Luna entro la portata del sismometro lasciato dall'Apollo 12, cosa che avvenne alle 77:56:40 di missione.

Alle 30:40:50 di volo, con la telecamera accesa, l'equipaggio eseguì l'accensione che collocò l'Apollo 13 su una traiettoria ibrida. La decisione aveva un motivo operativo chiaro: una traiettoria di ritorno libero permette di raggiungere solo siti vicini all'equatore lunare, mentre una ibrida, avviabile in qualsiasi momento successivo all'iniezione translunare, apriva latitudini più alte come Fra Mauro. Il prezzo era noto e accettato: rinunciare al ritorno libero significava che, senza accensioni aggiuntive, la navicella non avrebbe intercettato la Terra al ritorno.

La terza giornata portò una trasmissione televisiva programmata per le 55:00:00 di missione, con Lovell come maestro di cerimonie che mostrava l'interno dell'Odyssey e dell'Aquarius. Nessuna rete statunitense la trasmise in diretta: l'interesse pubblico per i viaggi verso la Luna era svanito. Haise stava completando lo spegnimento del modulo lunare dopo aver testato i suoi sistemi, e Lovell stava riponendo la telecamera quando il volo smise di somigliare a quanto previsto.

Il sensore di pressione di uno dei serbatoi di ossigeno del modulo di servizio forniva letture sospette da tempo, così Sy Liebergot, il controllore EECOM incaricato di sorvegliare il sistema elettrico del CSM, chiese di attivare le ventole di agitazione dei serbatoi. Era un'operazione di routine, di norma quotidiana: l'agitazione scioglieva la stratificazione del contenuto e ripristinava letture di pressione affidabili. Il direttore di volo Gene Kranz fece attendere Liebergot alcuni minuti, affinché l'equipaggio si assestasse dopo la trasmissione; il CAPCOM Jack Lousma trasmise la richiesta, e Swigert azionò gli interruttori delle ventole e li spense alcuni secondi dopo.

L'incidente avvenne alle 55:54:53 di missione (03:08 UTC del 14 aprile; 22:08 EST del 13 aprile). Ventisei secondi dopo Swigert comunicò: «Okay, Houston, we've had a problem here» — «Okay, Houston, abbiamo avuto un problema qui» —, e alle 55:55:42 Lovell lo ripeté: «Houston, we've had a problem. We've had a Main B Bus undervolt», ossia una sottotensione sul bus principale B. La frase che la cultura popolare ricorda, «Houston, abbiamo un problema», è un'invenzione del film del 1995: ne cambiò il tempo verbale e cancellò il fatto che a parlare per primo fu Swigert, non Lovell.

Ciò che la telemetria stava per rivelare era peggio di una sottotensione. Liebergot, concentrato sul serbatoio 1 e fiducioso che la sua lettura avrebbe fatto da guida per il 2, tardò a notare i segnali inquietanti del serbatoio 2, così come i controllori della sala di supporto. Le celle a combustibile avevano bisogno di ossigeno per funzionare; quando il serbatoio 1 si fosse svuotato, l'ultima cella ancora attiva si sarebbe spenta, e le uniche fonti significative di energia e ossigeno del CSM sarebbero state le batterie del modulo di comando e il suo serbatoio di riserva di ossigeno, il surge tank, riservati alle ultime ore di volo. Kranz ordinò di isolare il surge tank per salvarne il contenuto, sapendo che ciò condannava la cella superstite a spegnersi entro un paio d'ore.

La causa non risiedeva nel volo, ma nella storia industriale del serbatoio di ossigeno numero 2. Fu costruito dalla Beech Aircraft, a Boulder (Colorado), come subappaltatore della North American Rockwell, a Downey (California), appaltatore principale del modulo di comando e servizio. Il serbatoio fu installato dapprima su una mensola per l'ossigeno destinata al modulo di servizio dell'Apollo 10, l'SM-106, da cui dovette essere rimosso per correggere un possibile problema di interferenza elettromagnetica. Durante la rimozione, la mensola cadde di almeno 5 centimetri perché non era stato tolto un bullone di fissaggio. Dopo un nuovo test che non prevedeva il riempimento del serbatoio con ossigeno liquido, nel novembre 1968 la mensola fu reinstallata sull'SM-109 — quello dell'Apollo 13 —, inviato al Kennedy Space Center nel giugno 1969.

Il danno latente si attivò durante la prova di dimostrazione del conto alla rovescia, iniziata con l'SM-109 già montato vicino alla sommità del Saturn V il 16 marzo 1970. I serbatoi criogenici furono riempiti, ma il numero 2 non poté essere svuotato tramite la linea di drenaggio normale, e ciò fu documentato. Per svuotarlo si ricorse ai suoi riscaldatori interni alimentati dall'alimentazione di terra. Lì stava la trappola: i due interruttori termostatici del serbatoio erano stati progettati per i 28 volt in corrente continua del modulo di comando e potevano guastarsi se sottoposti ai 65 volt usati nelle prove a terra del Kennedy Space Center. I termostati dovevano impedire ai riscaldatori di far salire la temperatura oltre i 27 °C, ma si guastarono sotto i 65 volt. La temperatura del tubo riscaldante poté raggiungere i 540 °C, sufficiente a danneggiare l'isolamento in teflon del cablaggio interno, e nessuno se ne accorse perché l'indicatore di temperatura non era progettato per leggere oltre i 29 °C. Il riscaldamento prolungato era stato approvato da Lovell e Mattingly, dell'equipaggio titolare, oltre che da dirigenti e ingegneri della NASA.

L'esito in volo fu la conseguenza meccanica di quel danno. L'agitazione provocò un cortocircuito nel cablaggio con l'isolamento danneggiato all'interno del serbatoio 2 e lo incendiò; la pressione interna crebbe fino a far scoppiare la cupola del serbatoio e riempì di ossigeno gassoso in rapida espansione e di prodotti di combustione il settore 4 del modulo di servizio, dove si trovavano le celle a combustibile. L'aumento di pressione strappò i rivetti del pannello esterno in alluminio del settore 4 e lo scagliò nello spazio, esponendo il settore al vuoto e spegnendo il fuoco. Il pannello staccatosi colpì l'antenna ad alto guadagno, rese inutilizzabile la modalità a fascio stretto e interruppe la comunicazione con la Terra per 1,8 secondi, mentre il sistema commutava automaticamente sul fascio largo di riserva. Il guasto improvviso del serbatoio 2 compromise anche il serbatoio 1, il cui contenuto si disperse nei 130 minuti successivi — forse per una linea o una valvola danneggiata — fino a esaurire completamente la riserva di ossigeno del modulo di servizio. I settori del modulo non erano stagni tra loro: se ci fosse stato tempo perché l'intero modulo di servizio raggiungesse la pressione del settore 4, la forza sullo scudo termico avrebbe separato i due moduli.

Con le celle a combustibile condannate e l'allunaggio scartato — le regole di missione proibivano di entrare in orbita lunare senza tutte le celle operative —, restava un'unica riserva viva: il modulo lunare. L'Aquarius trasportava batterie cariche e serbatoi di ossigeno pieni per la superficie lunare, così Kranz ordinò di accenderlo e usarlo come scialuppa di salvataggio, uno scenario previsto ma considerato improbabile. Le procedure esistevano perché i controllori del modulo lunare le avevano sviluppate dopo una simulazione di addestramento dell'Apollo 10 in cui il LM si rivelava necessario per sopravvivere e non poteva essere acceso in tempo.

Il trasferimento dovette essere fatto a mano e contro il tempo. Mentre il modulo di comando veniva spento, Lovell copiò le informazioni di orientamento del suo sistema di guida ed eseguì i calcoli manuali per trasferirle al computer del modulo lunare, che era spento; su sua richiesta, il controllo missione verificò i suoi numeri. Il modulo di comando rimase a riposo, con le sue riserve conservate per l'unica cosa che ormai contava: il rientro.

L'abort diretto fu scartato presto; avrebbe usato il motore principale del modulo di servizio, il Service Propulsion System, per tornare indietro prima di raggiungere la Luna: l'incidente poteva aver danneggiato l'SPS e le celle a combustibile avrebbero dovuto reggere almeno un'altra ora per alimentarlo. Kranz optò per la rotta lunga, girare attorno alla Luna prima di tornare verso la Terra. Ma l'Apollo 13 seguiva la traiettoria ibrida verso Fra Mauro e bisognava riportarlo al ritorno libero: alle 61:29:43,49 di missione, un'accensione di 34,23 secondi del motore di discesa del modulo lunare lo ottenne.

Quella rotta riportava la navicella sulla Terra in circa quattro giorni, con ammaraggio nell'oceano Indiano, dove la NASA disponeva di pochi mezzi di recupero. Jerry Bostick e gli altri ufficiali di dinamica di volo volevano accorciare il viaggio e portare l'ammaraggio nel Pacifico, dove si trovavano le forze principali. La soluzione fu una seconda accensione del motore di discesa due ore dopo il pericinzio, il punto di massimo avvicinamento alla Luna: l'accensione «PC+2». Al pericinzio del 14 aprile l'equipaggio si trovava a 400.171 chilometri dalla Terra, la maggiore distanza raggiunta da esseri umani fino al sorvolo lunare di Artemis II nel 2026; il record si dovette al fatto che la Luna era quasi nel suo punto più lontano e che la traiettoria di ritorno libero portò la capsula più lontano dalla Luna che in qualsiasi altra missione Apollo. La precisione dell'accensione non poté essere assicurata con il metodo normale — verificare l'allineamento trasmesso da Lovell rispetto alla posizione di una stella di navigazione —, perché i bagliori dei numerosi frammenti che accompagnavano la navicella lo rendevano impraticabile. Mentre preparavano la manovra, l'equipaggio seppe che l'S-IVB aveva impattato sulla Luna come previsto, il che strappò a Lovell un commento rassegnato: almeno qualcosa aveva funzionato in quel volo. Eseguito il PC+2, si spense quasi tutto a bordo per allungare le riserve.

L'Aquarius trasportava ossigeno sufficiente, ma ciò non risolveva il problema opposto: rimuovere l'anidride carbonica esalata da tre uomini in un abitacolo progettato per due durante due giorni. La CO2 veniva assorbita da cartucce di idrossido di litio, e quelle del modulo di comando non si adattavano al sistema del modulo lunare. La soluzione fu improvvisata da terra ed equipaggio con ciò che c'era a bordo: un adattatore che gli ingegneri della NASA battezzarono «la cassetta della posta». Il CAPCOM Joseph Kerwin lesse la procedura di costruzione all'equipaggio per un'ora intera; Swigert e Haise lo montarono, e i livelli di anidride carbonica iniziarono a scendere immediatamente. Lovell descrisse in seguito quell'improvvisazione come un buon esempio di cooperazione tra terra e spazio.

L'elettricità del CSM proveniva da celle a combustibile che producevano acqua come sottoprodotto; il modulo lunare, invece, era alimentato da batterie argento-zinco, che non la producevano. Energia e acqua — necessaria sia per bere sia per raffreddare le apparecchiature — divennero le risorse critiche. Il consumo del LM fu ridotto al minimo possibile. Swigert riuscì a riempire alcune sacche con acqua del rubinetto del modulo di comando, ma anche razionando il consumo personale, Haise calcolò all'inizio che sarebbero rimasti senza acqua di raffreddamento circa cinque ore prima del rientro; il rischio fu accettato perché i sistemi del modulo lunare dell'Apollo 11, già sganciato in orbita lunare, avevano continuato a funzionare da sette a otto ore con l'acqua interrotta.

La razione fu fissata a 200 millilitri d'acqua per persona al giorno. I tre astronauti persero 14 chilogrammi in tre e Haise contrasse un'infezione urinaria. All'interno della navicella al buio la temperatura scese fino a 3 °C e l'acqua condensò sulle pareti; la condensa che poteva essersi formata dietro i pannelli delle apparecchiature non causò problemi, in buona parte grazie ai miglioramenti dell'isolamento elettrico introdotti dopo l'incendio dell'Apollo 1. Alle 133 ore di volo, comprendendo che il freddo e la mancanza di riposo avrebbero reso difficile l'avvio del modulo di comando, il controllo missione autorizzò l'accensione completa del modulo lunare per alzare la temperatura della cabina, il che incluse il riavvio del suo computer di guida.

Riaccendere un modulo di comando dallo spegnimento totale non era previsto in volo, tanto meno con i vincoli di energia e tempo dell'Apollo 13. La procedura fu elaborata dal controllore John Aaron insieme a Mattingly e diversi ingegneri e progettisti, e l'equipaggio la eseguì senza difficoltà apparenti; Kranz avrebbe attribuito in seguito la loro sopravvivenza, in parte, all'esperienza dei tre come piloti collaudatori in situazioni critiche. Avere di nuovo in funzione il computer del modulo lunare permise a Lovell di effettuare un traguardo di navigazione e calibrare l'unità di misura inerziale; con il LM consapevole della propria posizione e del proprio orientamento, il computer del modulo di comando fu poi calibrato invertendo la procedura normale, il che risparmiò passaggi dell'avvio e migliorò la precisione del rientro guidato dal PGNCS.

L'ultima correzione di traiettoria tenne conto anche di una preoccupazione della Commissione per l'Energia Atomica, che voleva che la capsula con l'ossido di plutonio del generatore SNAP-27 cadesse in un luogo sicuro. La separazione del modulo lunare pose un problema ingegneristico proprio: la Grumman, sua costruttrice, incaricò un team dell'Università di Toronto guidato da Bernard Etkin di calcolare quanta pressione d'aria dovesse essere lasciata nel tunnel di aggancio, invece di sfiatarlo completamente, per separare i moduli. Poiché il sistema di guida del LM era stato spento dopo il PC+2, fu indicato all'equipaggio di orientarsi secondo la linea tra il giorno e la notte sulla Terra, una tecnica usata nelle missioni in orbita terrestre ma mai nel ritorno dalla Luna.

La ionizzazione dell'aria attorno al modulo di comando durante il rientro provoca solitamente un blackout delle comunicazioni di circa quattro minuti. Quello dell'Apollo 13 si prolungò più del normale, e quell'attesa fu l'ultimo atto pubblico del salvataggio. L'Odyssey ristabilì il contatto radio e ammarò senza danni nel Pacifico meridionale, a 21°38′24″S 165°21′42″O, a sud-est di Samoa Americane e a 6,5 chilometri dalla nave di recupero USS Iwo Jima, dopo 5 giorni, 22 ore, 54 minuti e 41 secondi di volo. Si stima che 40 milioni di americani abbiano visto l'ammaraggio in diretta sulle tre reti, e altri 30 milioni abbiano seguito parte della trasmissione. Il modulo lunare rientrò e si distrusse, e i suoi resti caddero in acque profonde: il punto d'impatto si trovò sopra la fossa di Tonga, uno dei luoghi più profondi del Pacifico, e la capsula di plutonio affondò per 10 chilometri fino al fondale.

Appena rientrato l'equipaggio, l'amministratore della NASA, Paine, e l'amministratore aggiunto, George Low, nominarono una commissione d'inchiesta. Fu presieduta da Edgar Cortright e ne facevano parte, tra gli altri, Neil Armstrong e altri sei membri; la relazione finale giunse nelle mani di Paine il 15 giugno. La commissione concluse che l'attivazione della ventola del serbatoio di ossigeno 2 da parte di Swigert, su richiesta del controllo missione, provocò un arco elettrico che incendiò il serbatoio, e attribuì la responsabilità al collaudo precedente al volo e all'uso di teflon all'interno del contenitore. La relazione mise in discussione l'impiego del teflon e di altri materiali infiammabili nell'ossigeno supercritico, alluminio compreso, all'interno del serbatoio. Per sostenere la ricostruzione, la commissione collaudò un serbatoio dotato di accenditori a filo incandescente, che produsse un rapido aumento di temperatura e un guasto con una telemetria simile a quella del serbatoio 2 dell'Apollo 13, e testò anche pannelli simili a quello mancante nel settore 4, che si staccarono al banco di prova come era avvenuto in volo.

Le conseguenze sulla progettazione arrivarono all'Apollo 14 e alle missioni successive. Il serbatoio di ossigeno fu riprogettato e i termostati furono sostituiti con altri in grado di sopportare la tensione corretta. Le ventole di agitazione, i cui motori non erano sigillati, furono eliminate, al prezzo di perdere la precisione dell'indicatore di quantità di ossigeno. E le valvole di alimentazione dell'ossigeno alle celle a combustibile furono riprogettate per isolare dall'ossigeno il cablaggio rivestito di teflon.

Sebbene non vi fosse stato l'allunaggio, vari esperimenti furono completati. L'impatto del terzo stadio S-IVB contro la Luna — previsto dall'Apollo 13 in poi per provocare scosse maggiori di quelle dei micrometeoriti e studiare la crosta — avvenne alle 77:56:40 di missione e liberò tanta energia da rendere necessario ridurre il guadagno del sismometro dell'Apollo 12, situato a 117 chilometri dal punto d'impatto. Un esperimento aggiunto dopo il fulmine che aveva colpito l'Apollo 12 misurò i fenomeni elettrici atmosferici durante l'ascesa e restituì dati che indicavano un rischio elevato con meteorologia marginale.

L'Apollo 13 restituì l'interesse mondiale per il programma: ci furono titoli in tutto il mondo, reti che interrompevano la programmazione e folle davanti ai televisori; Paolo VI guidò una preghiera per gli astronauti davanti a diecimila persone, e in India un numero dieci volte maggiore pregò per loro durante una festa religiosa. Il presidente Richard Nixon conferì all'equipaggio la Medaglia presidenziale della libertà e fece scalo a Houston per consegnare la stessa onorificenza al team delle operazioni di missione, su proposta di Paine. Il destino scientifico dell'Apollo 13 fu compiuto dall'Apollo 14: il 5 febbraio 1971 il suo modulo lunare Antares allunò vicino a Fra Mauro con a bordo Alan Shepard ed Edgar Mitchell. Il modulo di comando Odyssey, restaurato da Max Ary, è conservato in esposizione al Cosmosphere di Hutchinson (Kansas). La lettura che la missione lasciò è quella riassunta dallo storico W. D. Compton: solo uno sforzo eroico di improvvisazione in tempo reale da parte dei team delle operazioni salvò l'equipaggio.