Apollo 16

Quando l'Apollo 16 veniva preparato, il programma sapeva già atterrare sulla Luna e l'accento era passato dall'ingegneria alla scienza. Le missioni J, inaugurate dall'Apollo 15, aggiungevano un veicolo di superficie, più strumenti e tre giorni di permanenza. Poiché l'Apollo 16 era la penultima spedizione e non introduceva equipaggiamento nuovo importante sulla superficie, gli scienziati vi videro l'occasione di chiarire dubbi sulla storia antica della Luna, che si sperava di leggere nelle alture, le zone più vecchie della sua crosta. Fino ad allora nessun equipaggio vi aveva camminato: l'Apollo 14 e l'Apollo 15 avevano raccolto materiale antico, ma in regioni legate al grande bacino da impatto di Mare Imbrium, e restava il sospetto che lontano da Imbrium dominassero altri processi geologici.

Il comandante, John Young, aveva 41 anni ed era capitano della Marina. Era entrato nella NASA nel 1962 con il secondo gruppo di astronauti, volò sul Gemini 3 insieme a Gus Grissom nel 1965 — il primo statunitense estraneo ai Mercury Seven a raggiungere lo spazio —, ripeté sul Gemini 10 nel 1966 con Michael Collins e fu pilota del modulo di comando dell'Apollo 10 nel 1969. Con l'Apollo 16 divenne il secondo statunitense, dopo Jim Lovell, con quattro voli spaziali.

Ken Mattingly, pilota del modulo di comando, aveva 36 anni ed era tenente di vascello della Marina. Selezionato nel quinto gruppo del 1966, aveva lavorato nei team di supporto dell'Apollo 8 e dell'Apollo 9 e si era allenato in parallelo come possibile riserva dell'Apollo 11. Era assegnato all'equipaggio principale dell'Apollo 13, ma tre giorni prima del lancio fu ritirato per essere stato esposto alla rosolia, contagiata proprio da Charles Duke, che l'aveva presa da uno dei suoi figli. Mattingly non si ammalò mai; il suo posto fu preso da Jack Swigert.

Duke, pilota del modulo lunare, anch'egli del gruppo 5 e senza esperienza di volo, era tenente colonnello dell'Aeronautica. Era stato membro del team di supporto dell'Apollo 10 e la voce di Houston (CAPCOM) durante l'allunaggio dell'Apollo 11. Con 36 anni, fu il più giovane dei dodici uomini che hanno calpestato la Luna. I tre furono annunciati come equipaggio principale il 3 marzo 1971.

L'equipaggio di riserva era composto da Fred Haise, Stuart Roosa ed Edgar Mitchell, tutti con esperienza lunare. Deke Slayton aveva inizialmente pensato a Haise con William Pogue e Gerald Carr, destinati a volare in seguito sull'Apollo 19; con la cancellazione dell'Apollo 18 e dell'Apollo 19 nel settembre 1970, non aveva più senso addestrare novellini per un posto senza sbocco, e Pogue e Carr passarono al programma Skylab. Il team di supporto — incaricato di aggiornare le regole di missione, il piano di volo e le liste di controllo — comprendeva Anthony England, Karl Henize, Henry Hartsfield, Robert Overmyer e Donald Peterson. Al controllo di Houston si alternarono come direttori di volo Pete Frank, Philip Shaffer, Gene Kranz, Donald Puddy, Gerry Griffin, Neil Hutchinson e Charles Lewis.

L'emblema, disegnato da Barbara Matelski nel laboratorio grafico del Manned Spacecraft Center di Houston a partire da idee dello stesso equipaggio, mostra un'aquila e uno scudo con i colori nazionali su uno sfondo grigio che evoca il suolo lunare, con il simbolo della NASA in orbita intorno alla Luna. Sul bordo blu compaiono sedici stelle, per il numero della missione, e i cognomi Young, Mattingly e Duke. Young e Duke battezzarono il modulo lunare Orion perché volevano un nome legato alle stelle e facile da pronunciare via radio; Mattingly scelse Casper, in riferimento al fantasmino amichevole dei cartoni animati, per dare una nota leggera a un volo già di per sé serio.

Il comitato ad hoc per la valutazione dei siti di allunaggio, presieduto da Noel Hinners, della Bellcomm, si riunì tra aprile e maggio 1971 per decidere le destinazioni dell'Apollo 16 e dell'Apollo 17. Ci fu accordo sul fatto che dovessero trovarsi nelle alture. Per l'Apollo 16 furono valutate la regione di Descartes, a ovest di Mare Nectaris, e il cratere Alphonsus; era stata proposta anche Tycho, scartata per la lontananza dall'equatore e l'asperità dell'avvicinamento. Il geologo Dan Milton aveva osservato nelle fotografie dei Lunar Orbiter una zona di Descartes con una luminosità insolita, che attribuì a rocce vulcaniche, e l'idea guadagnò rapidamente sostenitori: molti vedevano nelle alture centrali una somiglianza con paesaggi vulcanici terrestri. Alphonsus offriva altri obiettivi, ma si temeva che i suoi campioni fossero contaminati dall'impatto di Imbrium. La lontananza di Descartes dagli allunaggi precedenti era inoltre un vantaggio per la rete di sismometri che ogni missione lasciava a partire dall'Apollo 12.

Il 3 giugno 1971 il comitato scelse Descartes. Le fotografie orbitali dell'Apollo 14 confermarono che il terreno era abbastanza sicuro, e il punto esatto fu fissato tra due crateri giovani, North Ray e South Ray, di 1.000 e 680 metri di diametro, che avevano perforato la regolite come sonde naturali mettendo a nudo la roccia di base. Le formazioni Cayley e Descartes, che si supponevano vulcaniche, divennero l'obiettivo principale del campionamento.

Young e Duke, con il comandante di riserva Haise, seguirono un intenso programma di geologia sul campo. Mitchell, ancora impegnato con l'Apollo 14, si unì alle uscite nel settembre 1971; fino ad allora fu sostituito da Tony England, che sarebbe stato il CAPCOM delle passeggiate lunari, o da uno dei geologi istruttori. Poiché ci si aspettava vulcanismo, buona parte dell'addestramento si concentrò sulle rocce vulcaniche, anche se Young avrebbe poi riconosciuto che ciò che gli servì di più fu il resto. Nel luglio 1971 andarono a Sudbury, in Ontario, la prima volta che astronauti statunitensi si addestravano in Canada: lì si trova un cratere di 97 km aperto da un meteorite, con coni di percussione tipici di un impatto. Lavorarono anche nel poligono di prove nucleari del Nevada, dove i crateri delle esplosioni imitavano quelli lunari. Le esercitazioni finirono per diventare grandi eventi con fino a otto astronauti e decine di persone di supporto.

Poiché Young e Duke erano stati riserve dell'Apollo 13, che pure doveva allunare, poterono dedicare circa il 40% del loro tempo alle operazioni di superficie. Secondo Young, circa 350 ore di addestramento furono svolte con la tuta indossata, cosa che riteneva indispensabile per conoscere i limiti dell'equipaggiamento. Studiarono i campioni delle missioni precedenti e ascoltarono i ricercatori responsabili di ogni strumento; quella preparazione permise loro di rendersi conto subito, già sulla Luna, che lì non c'erano rocce vulcaniche, anche se a Houston ci vollero tempo a crederci. Mattingly, da parte sua, imparò a riconoscere forme geologiche dall'alto sorvolando in aereo le zone di campo e si addestrò all'uso della baia di strumenti scientifici.

Il lanciatore fu il Saturn V AS-511, l'undicesimo a volare e il nono con equipaggio, praticamente identico a quello dell'Apollo 15. Al primo stadio S-IC furono restituiti i quattro retrorazzi che l'Apollo 15 aveva soppresso per risparmiare peso, fino a completarne otto, perché l'analisi di quel volo aveva mostrato che lo stadio scartato era rimasto più vicino del previsto al resto del razzo.

I componenti iniziarono ad arrivare al Kennedy Space Center nel luglio 1970. Il lancio era previsto per il 17 marzo 1972, ma la rottura di una vescica del sistema di controllo di reazione del modulo di comando durante alcuni test, i dubbi su un cordone esplosivo che doveva separare il modulo lunare e un problema con la tuta di Duke consigliarono di passare alla finestra successiva, il 16 aprile. Il complesso, uscito dall'edificio di assemblaggio il 13 dicembre 1971, vi tornò il 27 gennaio 1972 e ritornò alla piattaforma 39A il 9 febbraio. Il conto alla rovescia ufficiale iniziò il 10 aprile e trascorse senza altre soste oltre a quelle programmate.

Come tutte le missioni di allunaggio a partire dall'Apollo 12, l'Apollo 16 portò un ALSEP, un insieme di esperimenti alimentati da un generatore radioisotopico SNAP-27 pensato per continuare a funzionare dopo la partenza degli astronauti. Comprendeva un sismometro passivo che ampliava la rete degli Apollo 12, 14 e 15; un esperimento sismico attivo con una linea di piccole cariche ("thumper") collegate a geofoni e quattro mortai da far esplodere a distanza; un esperimento di flusso di calore che richiedeva di perforare due fori di 3 metri, e un magnetometro di superficie. La NASA intendeva calibrare il sismometro facendo schiantare nelle vicinanze lo stadio di ascesa del modulo lunare, un impatto di massa, velocità e luogo noti.

Portavano inoltre un magnetometro portatile per misurare il campo in varie soste geologiche, e persino un campione dell'Apollo 12 a cui era stato tolto il magnetismo "morbido", per verificare se lo recuperava durante il viaggio (lo recuperò, sebbene più debole). Spiccava la camera/spettrografo per l'ultravioletto lontano progettata da George Carruthers, del Naval Research Laboratory: le prime osservazioni astronomiche fatte dalla Luna, collocata all'ombra del modulo lunare e puntata su nebulose, stelle e la Terra stessa. Carruthers avrebbe riassunto che la cosa più spettacolare furono proprio le immagini del nostro pianeta, le prime scattate in ultravioletto da lontano, che mostravano l'involucro di idrogeno, le aurore polari e la fascia di luminescenza tropicale. Completavano il carico un rivelatore di raggi cosmici a quattro pannelli e il foglio dell'esperimento sulla composizione del vento solare, a cui fu aggiunto platino per ridurre la contaminazione.

Nella baia scientifica del modulo di servizio viaggiava il Particles and Fields Subsatellite PFS-2, gemello del PFS-1 rilasciato dall'Apollo 15 otto mesi prima. Doveva misurare particelle cariche e campi magnetici intorno alla Luna da un'orbita compresa tra 89 e 122 km e durare almeno un anno. L'accorciamento della missione impedì la manovra che lo avrebbe portato a quell'orbita: fu rilasciato in una più bassa e le concentrazioni di massa lunari lo fecero cadere il 29 maggio 1972, dopo 424 orbite.

L'Apollo 16 decollò alle 12:54 ora orientale (17:54:00 UT) del 16 aprile 1972. I primi due stadi funzionarono senza intoppi e la navicella raggiunse l'orbita terrestre poco meno di dodici minuti dopo. Dopo aver risolto alcuni problemi minori con il controllo ambientale e il controllo d'assetto del terzo stadio, l'S-IVB si riaccese dopo due orbite per poco più di cinque minuti e lanciò la navicella verso la Luna a circa 35.000 km/h. Mattingly separò il modulo di comando e servizio, lo ruotò ed estrasse il modulo lunare senza contrattempi.

Notarono subito che dal rivestimento del modulo lunare si staccavano particelle da una zona che sembrava lacerata; Duke arrivò a contarne tra cinque e dieci al secondo. Young e Duke passarono nel modulo lunare per controllarlo e non trovarono nulla di grave. Il secondo giorno, a circa 181.000 km dalla Terra, fecero un esperimento di elettroforesi con particelle di polistirene rosse e blu per verificare se l'assenza di gravità permettesse di separare sostanze con maggiore purezza, e una breve correzione di rotta con il motore principale. Mattingly dovette riallineare con il Sole e la Luna il sistema di guida dopo un blocco del giunto cardanico. Il terzo giorno effettuarono l'esperimento ALFMED sui lampi luminosi che gli astronauti vedevano a occhi chiusi, attribuiti ai raggi cosmici, e provarono con le tute le operazioni di allunaggio. A 59 ore, 19 minuti e 45 secondi di volo, a 330.902 km dalla Terra e 62.636 km dalla Luna, entrarono nella sfera d'influenza lunare.

Il quarto giorno, a 20.635 km di altezza, sganciarono il coperchio della baia scientifica. Dopo essere passati dietro la Luna, il motore SPS funzionò per 6 minuti e 15 secondi per frenare la navicella in un'orbita di 108,0 per 315,6 km; una seconda manovra abbassò il punto più vicino a 19,8 km.

Il quinto giorno, con il braccio dello spettrometro di massa bloccato a metà dispiegamento, Young e Duke entrarono in Orion, lo attivarono e lo separarono da Casper a 96 ore e 13 minuti di missione. Mattingly si accingeva a salire su un'orbita più alta e circolare quando, testando il motore principale, rilevò oscillazioni nel sistema cardanico di riserva che lo orienta. Le regole di volo imponevano di riagganciare le navicelle nel caso fosse stato necessario abortire e usare i motori del modulo lunare per il ritorno; invece, Casper e Orion rimasero in volo in formazione mentre Houston analizzava il problema. Dopo diverse ore si concluse che il guasto era accettabile e che l'allunaggio poteva procedere.

La discesa motorizzata iniziò con circa sei ore di ritardo e da un'altezza maggiore di qualsiasi missione precedente, 20,1 km. A circa 4.000 metri Young vedeva già l'intero sito di allunaggio, e a circa 2.200 metri il modulo si inclinò verso la sua posizione finale. Orion si posò a 104 ore, 29 minuti e 35 secondi di missione — le 02:23:35 UT del 21 aprile —, a circa 270 metri a nord e 60 a ovest del punto previsto, uno scarto irrilevante disponendo del veicolo lunare. Il ritardo costrinse a rifare il piano: la missione avrebbe trascorso un giorno in meno in orbita lunare dopo la permanenza sulla superficie, e la terza passeggiata fu ridotta da sette a cinque ore perché l'equipaggio potesse dormire meglio.

Scendendo la scaletta, Young divenne il nono essere umano a calpestare la Luna e salutò la "misteriosa e sconosciuta Descartes" annunciando che l'Apollo 16 ne avrebbe cambiato l'immagine. Duke lo seguì come decimo. Scaricarono il veicolo lunare, la camera ultravioletta e il resto dell'equipaggiamento; al primo tentativo la sterzata posteriore del veicolo non rispondeva, anche se tornò a funzionare poco dopo. Per tutta la permanenza Young guidò e Duke fece da navigatore, una ripartizione costante nelle missioni J.

Dopo aver dispiegato l'ALSEP subirono l'incidente più spiacevole della giornata: Duke aveva già posizionato la prima sonda dell'esperimento di flusso di calore quando Young, che con la tuta voluminosa non vedeva i propri piedi, agganciò il cavo con la gamba e lo strappò. Houston scartò l'idea di ripararlo per il tempo che avrebbe richiesto. Circa quattro ore dopo l'inizio dell'uscita si diressero verso il cratere Plum, sul bordo del cratere Flag, a 1,4 km dal modulo, nell'idea che avesse attraversato la regolite fino alla formazione Cayley. Lì Duke raccolse, su richiesta di Houston, la roccia più grande di tutto il programma, una breccia battezzata Big Muley in onore del geologo capo della missione, William Muehlberger. Proseguirono fino al cratere Buster, da dove fotografarono Stone Mountain e South Ray, e Young installò il magnetometro portatile. Già allora gli scienziati cominciavano a dubitare: non appariva traccia di materiale vulcanico. Prima di tornare, Young fece il famoso "Gran Premio", un'esibizione di guida che Duke filmò in 16 mm e che nell'Apollo 15 era fallita per un problema alla camera. L'uscita durò 7 ore, 6 minuti e 56 secondi.

L'obiettivo del secondo giorno era salire lungo il versante di Stone Mountain, con circa 20 gradi di pendenza, fino a un gruppo di cinque crateri chiamato Cinco. A 3,8 km dal modulo e 152 metri sopra il fondo della valle, raggiunsero la maggiore altitudine sopra il modulo lunare di tutto il programma, con una vista di South Ray che Duke definì spettacolare. Proseguirono per varie stazioni: alla 5, un cratere di 20 metri, cercavano materiale di Descartes non contaminato dai detriti di South Ray; alla 6 speravano di campionare la formazione Cayley; alla 8, su un raggio di South Ray, raccolsero per un'ora brecce bianche e nere e rocce cristalline ricche di plagioclasio. Lì, avvicinandosi per aiutare Duke, Young urtò e strappò la prolunga del parafango posteriore del veicolo. Nel "campo vuoto" della stazione 9 trascorsero circa 40 minuti, e nell'ultima sosta, tra l'ALSEP e il modulo, estrassero una carota doppia e misurarono la resistenza del suolo con un penetrometro. Houston concesse loro dieci minuti extra. Con 7 ore, 23 minuti e 26 secondi, l'uscita battè il record dell'Apollo 15.

L'ultimo giorno sulla superficie fu dedicato a North Ray, il cratere più grande visitato da qualsiasi spedizione Apollo: un chilometro di larghezza e 230 metri di profondità. A 4,4 km dal modulo, fotografarono il suo interno e si avvicinarono a un masso più alto di un edificio di quattro piani, House Rock, crivellato da micrometeoriti; i suoi campioni diedero il colpo di grazia all'ipotesi vulcanica. Sulla strada per la stazione 13 stabilirono un record di velocità lunare, circa 17,1 km/h in discesa, e sotto il masso "Shadow Rock" prelevarono suolo permanentemente in ombra. Prima di entrare, Duke lasciò a terra una foto della sua famiglia, firmata sul retro da loro, e una medaglia commemorativa del 25° anniversario dell'Aeronautica; Young parcheggiò il veicolo a circa 90 metri a est, nel cosiddetto punto VIP, perché la sua telecamera, comandata da Houston, filmasse il decollo. L'uscita durò 5 ore e 40 minuti. In totale, i due astronauti trascorsero 71 ore sulla Luna, camminarono all'esterno per 20 ore e 14 minuti, percorsero 26,7 km con il veicolo e raccolsero 95,71 kg di rocce e suolo.

Nel frattempo, Mattingly aveva posizionato Casper in un'orbita di 98,3 per 125,6 km per lavorare con la baia scientifica, un'agenda ancora più serrata dopo la decisione di tornare un giorno prima. Gli intoppi si susseguirono: accendendo la camera panoramica scattò l'allarme generale per un calo di tensione — forse dovuto a dei riscaldatori attivatisi contemporaneamente —, molte foto risultarono sovraesposte, la camera cartografica ebbe problemi con il suo paraluce e l'altimetro laser perse progressivamente precisione fino a guastarsi proprio prima del suo ultimo utilizzo. Il braccio dello spettrometro di massa, che non si ritraeva del tutto, finì bloccato quasi dispiegato e bisognò liberarsene. Ciò nonostante, la camera panoramica riprese l'area di Descartes con Orion visibile, e Mattingly, il primo pilota di modulo di comando a osservare con il binocolo, verificò che dall'orbita la formazione Descartes non aveva nulla di speciale.

Con il via libera di James Irwin da Houston, lo stadio di ascesa decollò mentre la telecamera del veicolo ne riprendeva i primi istanti; sei minuti dopo, a circa 5.000 km/h, era in orbita. Dopo l'aggancio, Young e Duke pulirono la cabina per non portare polvere lunare su Casper e trasferirono i campioni. Il giorno successivo sganciarono lo stadio di ascesa, ma, probabilmente perché non fu azionato un certo interruttore prima di chiuderlo, iniziò a ruotare su se stesso senza controllo e non poté eseguire l'accensione che doveva farlo schiantare vicino al sismometro. Rimase in orbita; il suo punto d'impatto resta tuttora sconosciuto, anche se uno studio del 2023 indica il 29 maggio 1972. Rilasciarono quindi il PFS-2 e, alla 65ª orbita, il motore principale — lo stesso che aveva provocato l'allarme — funzionò senza guasti per riportarli a casa.

Nel viaggio di ritorno, a circa 320.000 km dalla Terra, Mattingly uscì all'esterno per poco meno di un'ora e mezza per recuperare i chassis della pellicola delle camere della baia scientifica, con Duke affacciato al portello. Fu la seconda attività extraveicolare della storia nello spazio profondo, lontano da qualsiasi pianeta, e resta tuttora una di sole tre, tutte di missioni J. Durante l'uscita installò il MEED, un esperimento esclusivo dell'Apollo 16 per studiare la risposta dei microbi all'ambiente spaziale. Il penultimo giorno ci fu una conferenza stampa di venti minuti con domande dei giornalisti.

Poco prima del rientro, il modulo di comando si separò da quello di servizio, che si disintegrò in atmosfera. La capsula rientrò a circa 11 km/s e il suo scudo raggiunse tra 2.200 e 2.480 °C. Ammarò nel Pacifico a 265 ore, 51 minuti e 5 secondi dal decollo, il 27 aprile 1972 alle 19:45:05 UT, a circa 350 km a sud-est di Kiritimati (isola di Natale). La portaerei USS Ticonderoga recuperò i tre astronauti, che erano a bordo 37 minuti dopo.

L'analisi delle rocce confermò che la formazione Cayley non era vulcanica; sulla formazione Descartes non si poté concludere altrettanto, perché non era chiaro quali campioni provenissero da essa, ma nemmeno Stone Mountain diede alcun indizio di vulcanismo. Le rocce assomigliavano molto a quelle di Fra Mauro, il sito dell'Apollo 14. I geologi ammisero di essere stati così convinti dell'origine vulcanica da non ascoltare altre opinioni, e di aver fatto troppo affidamento su analogie con la Terra, la cui storia geologica ha poco in comune con quella della Luna. La conclusione fu che sulla Luna non ci sono quasi montagne vulcaniche. Le immagini ultraviolette, dal canto loro, permisero di scoprire due nuove fasce aurorali intorno alla Terra.

Young e Duke furono riserve dell'Apollo 17. Duke lasciò la NASA nel dicembre 1975. Young fu capo degli astronauti tra il 1974 e il 1987, comandò il primo volo dello Space Shuttle, lo STS-1 del 1981, e lo STS-9 del 1983, con cui divenne il primo essere umano a viaggiare sei volte nello spazio; si ritirò nel 2004. Mattingly comandò lo STS-4 nel 1982 e lo STS-51-C nel 1985, anno in cui lasciò l'agenzia.

La capsula Casper arrivò alla base aeronavale di North Island, vicino a San Diego, il 5 maggio 1972. Tre giorni dopo, l'attrezzatura con cui si svuotava il carburante tossico residuo del controllo di reazione esplose in un hangar: 46 persone furono ricoverate in osservazione e la capsula subì un taglio a un pannello. Dopo essere passata dalla NASA allo Smithsonian nel novembre 1973, oggi è esposta allo U.S. Space & Rocket Center di Huntsville. Il terzo stadio S-IVB si schiantò intenzionalmente sulla Luna, ma un guasto alle comunicazioni impedì di sapere dove fino al gennaio 2016, quando il Lunar Reconnaissance Orbiter lo localizzò in Mare Insularum, a circa 260 km a sud-ovest del cratere Copernico. Il veicolo lunare rimane a Descartes. E nel 2006, dopo il passaggio dell'uragano Ernesto su Bath (Carolina del Nord), un bambino di undici anni trovò una lamiera metallica con l'emblema sbiadito della missione: la NASA confermò che si trattava di un pezzo del primo stadio del Saturn V dell'Apollo 16, e nel 2011 invitò la famiglia al lancio dello STS-135, l'ultimo volo dello Shuttle.