Come mostra la sequenza qui sotto, durante il viaggio verso la Luna, circa tre ore dopo il decollo, il modulo di comando e quello di servizio (denominati complessivamente CSM, Command and Service Module) si sganciano dal resto del veicolo (il terzo stadio e il modulo lunare) usando i razzi di manovra e lo precedono di alcuni metri.
Figura 2.3-1. Estrazione del modulo lunare. Animazione di Michael Quinn.
La carenatura del modulo lunare, divisa in quattro pannelli, viene espulsa, scoprendo il modulo stesso. Gli astronauti ruotano il CSM di 180 gradi, puntandone il muso verso il modulo lunare (LM). Poi pilotano il CSM in modo da agganciare il LM ed estrarlo dal terzo stadio.
Il CSM e il LM proseguono verso la Luna, mentre il motore del terzo stadio viene riacceso per fargli cambiare traiettoria: viene mandato a orbitare intorno al Sole oppure, nelle missioni Apollo dalla 13 in poi, a schiantarsi sulla Luna per creare un sisma artificiale, rilevabile dai sismometri collocati dalle missioni precedenti e utile per sondare la struttura interna del corpo celeste.
A questo punto il CSM e il modulo lunare sono collegati da un tunnel di passaggio, che nei giorni successivi viene aperto e pressurizzato. Il LM viene attivato, verificato e preparato per la discesa sulla Luna. Man mano che il veicolo si avvicina alla propria destinazione, l’effetto frenante della gravità terrestre si attenua e la velocità aumenta grazie all’attrazione gravitazionale lunare.
Gli astronauti devono puntare di nuovo all’indietro il veicolo Apollo per accendere più volte il motore principale del modulo di servizio e frenare la caduta, mentre sono dietro la Luna, collocando gradualmente il veicolo in un’orbita quasi circolare intorno al satellite, a una quota variabile fra 114 e 138 km e a una velocità di circa 5900 km/h.
I due astronauti che dovranno camminare sulla Luna si trasferiscono nel modulo lunare, lasciando nel modulo di comando il proprio collega, e sganciano il LM. Dopo una breve ispezione visiva e una prova finale dei sistemi di bordo, puntano il LM in modo che lo stadio di discesa sia orientato in avanti e ne accendono il motore.
Sulla Luna non c’è atmosfera che permetta planate o l’uso di paracadute: la manovra dipende dal perfetto funzionamento dell’unico motore di discesa, che deve ridurre la velocità da 5900 km/h a zero nel corso di dodici minuti e poi consentire al modulo lunare di restare librato sopra la superficie per il tempo necessario per trovare un punto sicuro per l’atterraggio. I margini di riserva sono ridottissimi.
Raggiunta la superficie lunare, gli astronauti compiono una o più escursioni per effettuare attività scientifiche, seguiti da una telecamera che trasmette in diretta verso la Terra. Usano tute spaziali dotate di un sistema di sopravvivenza autonomo e, nelle missioni più sofisticate, un veicolo elettrico che consente spostamenti di vari chilometri. Il record di durata spetta all’equipaggio dell’Apollo 17, con oltre 22 ore in tre escursioni.
Figura 2.3-2. Buzz Aldrin sulla Luna durante la missione Apollo 11 (luglio 1969). Foto AS11-40-5872.
Gettando fuori tutta la zavorra possibile, i due astronauti ripartono usando il modulo di risalita: devono farlo in un istante ben preciso per poter incontrare il CSM che sta orbitando intorno alla Luna e agganciarlo.
Se l’unico motore di risalita non si accenderà al momento esatto, resteranno intrappolati sulla Luna. Se il motore non erogherà la spinta giusta o i calcoli della manovra risulteranno errati, orbiteranno con la traiettoria sbagliata o si schianteranno. Se il rendez-vous fallirà, saranno condannati a perire mentre il loro collega rimasto in orbita li abbandonerà per tornare da solo sulla Terra.
Completato con successo questo rendez-vous, gli astronauti lunari ritornano nel modulo di comando insieme al proprio carico di rocce, fotografie e riprese cinematografiche e sganciano lo stadio di risalita del modulo lunare, che ricade sulla Luna, mentre gli strumenti collocati sulla superficie selenica trasmettono i propri dati agli scienziati sulla Terra.
Figura 2.3-3. Il LM dell’Apollo 11 risale dalla Luna. Foto AS11-44-6643.
Dopo un periodo di riposo e verifica dei sistemi del veicolo, gli astronauti ordinano al modulo di comando e servizio di riaccendere il proprio motore principale per accelerare e lasciare l’orbita lunare, tornando verso la Terra, dove arrivano dopo circa tre giorni di viaggio.
