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아폴로 16호

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목차

1. 개요

아폴로 16호는 1972년 4월 16일 발사된 아폴로 계획의 유인 달 탐사 임무이다. 존 영, 켄 매팅리, 찰스 듀크가 탑승했으며, 듀크와 영은 달 착륙선 오리온을 타고 데카르트 고원에 착륙하여 달 표면 활동을 수행했다. 임무 중 달 탐사 차량을 이용하여 광범위한 지역을 탐사하고 다양한 샘플을 수집했으며, 달 표면에서 71시간 이상을 보냈다. 과학적 성과로는 착륙 지점 부근이 화산 활동이 아닌 운석 충돌로 만들어진 암석으로 구성되어 있다는 점을 밝혀낸 것 등이 있다.

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아폴로 16호
기본 정보
존 영이 달에서 점프하며 미국 국기에 경례하는 모습, 배경에는 아폴로 달 착륙선 오리온과 달 탐사차가 있다.
존 영이 달에서 점프하며 미국 국기에 경례하는 모습, 배경에는 아폴로 달 착륙선 오리온과 달 탐사차가 있다.
임무 유형유인 달 착륙 (J)
운영 기관미국 항공 우주국
COSPAR IDCSM: 1972-031A
LM: 1972-031C
SATCATCSM: 6000
LM: 6005
임무 기간11일 1시간 51분 5초
우주선아폴로 CSM-113
아폴로 LM-11
제작사CSM: 노스 아메리칸 록웰
LM: 그루먼
발사 질량52762 kg
착륙 질량5440 kg
발사일1972년 4월 16일 17:54:00 UTC
발사 로켓새턴 V SA-511
발사 장소케네디 우주센터 LC-39A
착륙일1972년 4월 27일 19:45:05 UTC
착륙 지점남태평양 0°43′S 156°13′W
달 궤도 정보
궤도체 유형달 궤도선
구성 요소사령선 및 기계선
궤도 횟수64
달 궤도 진입일1972년 4월 19일 20:22:27 UTC
달 궤도 이탈일1972년 4월 25일 02:15:33 UTC
달 착륙 정보
착륙선 유형달 착륙선
구성 요소달 착륙선
달 착륙일1972년 4월 21일 02:23:35 UTC
달 이륙일1972년 4월 24일 01:25:47 UTC
착륙 위치데카르트 고지 8.97301°S 15.50019°E
샘플 질량95.71 kg
달 표면 활동 횟수3
달 표면 활동 시간20시간 14분 14초
1차: 7시간 11분 2초
2차: 7시간 23분 9초
3차: 5시간 40분 3초
달 탐사차 정보
유형달 탐사차
이동 거리26.7 km
탑재 화물
탑재 화물과학 장비 모듈
달 탐사차
화물 질량SIM:
LRV: 210 kg
도킹 정보
도킹 대상LM
도킹 유형도킹
도킹 시간1972년 4월 16일 21:15:53 UTC
분리 시간1972년 4월 20일 18:07:31 UTC
도킹 대상LM 상승 단계
도킹 유형도킹
도킹 시간1972년 4월 24일 03:35:18 UTC
분리 시간1972년 4월 24일 20:54:12 UTC
승무원 정보
승무원 수3명
승무원존 W. 영
토머스 K. 매팅리 2세
찰스 M. 듀크 주니어
선외 활동 횟수1회 (시스루나 공간) 필름 카세트 회수
선외 활동 시간1시간 23분 42초
호출 부호CSM: 캐스퍼
LM: 오리온
왼쪽부터 켄 매팅리, 존 영, 찰스 듀크
왼쪽부터: 켄 매팅리, 존 영, 찰스 듀크
이전 임무아폴로 15호
다음 임무아폴로 17호
프로그램아폴로 계획
일본어
미션명아폴로 16호
명령 모듈CM-113 이름: 캐스퍼 (Casper) 질량: 30,395 kg
서비스 모듈SM-113
달 착륙선LM-11 이름: 오라이온 (Orion) 질량: 16,445 kg
부스터새턴 V SA-511
발사대케네디 우주센터 제39발사시설 (미국플로리다주 케네디 우주센터)
발사일1972년 4월 16일 17:54:00 UTC
달 착륙1972년 4월 21일 02:23:35 UTC 데카르트 고지 8°58′22.84″S 15°30′0.68″E (IAU가 정하는 달 좌표)
달 표면 활동 시간1차: 7시간 11분 02초 2차: 7시간 23분 09초 3차: 5시간 40분 03초 합계: 20시간 14분 14초
달 표면 체류 시간71시간 02분 13초
달 탐사차LRV-2
사령선 선외 활동 시간1시간 23분 42초
달 샘플 질량95.71 kg
달 궤도 시간125시간 49분 32.59초
착륙1972년 4월 27일 19:45:05 UTC 0°43′S 156°13′W
임무 기간11일 01시간 51분 05초
왼쪽부터 켄 매팅리, 존 영, 찰스 듀크
왼쪽부터: 켄 매팅리, 존 영, 찰스 듀크
이전 임무[[파일:apollo 15-insignia.png|35px]] 아폴로 15호
다음 임무[[파일:apollo 17-insignia.png|35px]] 아폴로 17호

2. 승무원

아폴로 16호의 승무원은 다음과 같이 구성되었다.[2]

아폴로 16호 승무원
역할이름비고
지휘관 (CDR)존 W. 영네 번째 우주 비행
사령선 조종사 (CMP)토마스 K. 매팅리 2세첫 번째 우주 비행
달 착륙선 조종사 (LMP)찰스 M. 듀크 주니어유일한 우주 비행



임무 지휘관 존 영은 미국 해군 대위로, 제미니 3호, 제미니 10호, 아폴로 10호에 탑승한 베테랑이었다. 사령선 조종사 켄 매팅리는 해군 중령으로, 아폴로 8호와 아폴로 9호의 지원팀원이었다. 그는 아폴로 13호 발사 3일 전 풍진 노출로 인해 잭 스위거트와 교체되었다.[3] 달 착륙선 조종사 찰스 듀크는 미국 공군 중령으로, 아폴로 11호의 캡슐 통신관(CAPCOM)이었다.[1]

아폴로 16호의 예비 승무원은 프레드 W. 헤이스 주니어(지휘관), 스튜어트 A. 루사(사령선 조종사), 에드가 D. 미첼(달 착륙선 조종사)이었다.[4]

머큐리와 제미니 프로젝트와 달리 아폴로 계획에서는 지원 승무원도 지정되었다. 아폴로 16호의 지원 승무원은 앤서니 W. 잉글랜드, 칼 G. 헤나이즈, 헨리 W. 하츠필드 주니어, 로버트 F. 오버마이어 그리고 도널드 H. 피터슨이었다.

아폴로 16호 우주 비행 중 착용된 은색 로빈스 메달리온


아폴로 16호의 임무 마크는 회색 배경 위에 미국 국민을 상징하는 빨간색, 흰색, 파란색 방패와 흰머리수리가 주요 요소로, 달을 공전하는 금색 NASA 로고와 16개의 별, 그리고 영, 매팅리, 듀크 승무원의 이름이 새겨져 있다.[9]

영과 듀크는 달 착륙선의 무선 호출 부호로 "오리온"을, 매팅리는 사령선 및 서비스 모듈에 대해 "캐스퍼"를 선택했다.[1]

2. 1. 정규 승무원



해군 출신인 존 영은 제미니 3호, 제미니 10호, 아폴로 10호를 통해 우주 비행 경험을 갖춘 베테랑으로, 아폴로 10호에서는 달 궤도를 비행했다.[90] 켄 매팅리는 원래 아폴로 13호의 정규 승무원이었지만, 예비 승무원이었던 찰스 듀크가 아이에게서 홍역 바이러스에 감염되어 바이러스에 노출되었다. 매팅리는 감염되지 않았지만, 발사 3일 전에 예비 승무원 잭 스와이거트와 교체되었다.[89] 찰스 듀크는 아폴로 10호에서는 예비 승무원으로, 아폴로 11호에서는 우주선 통신 담당관 (CAPCOM) 을 맡았지만, 1966년 NASA에 의해 선발된 19명의 아폴로 계획 우주비행사 중에서는 아직 우주 비행 경험이 없었다.[91]

2. 2. 예비 승무원

아폴로 16호의 예비 승무원은 프레드 헤이즈(선장), 윌리엄 포그(사령선 조종사), 제럴드 카(달 착륙선 조종사)로 구성될 예정이었다.[92][93] 이들은 아폴로 19호의 정규 승무원으로 계획되었으나,[92][93] 1970년 9월 아폴로 18호와 19호의 취소가 결정되면서 달 탐사 기회를 잃게 되었다. 이후 아폴로 14호에 참여했던 스튜어트 루사와 에드가 미첼이 아폴로 16호의 예비 승무원으로 임명되었고, 포그와 카는 스카이랩 계획으로 이동하여 스카이랩 4호에 탑승했다.[94][95]

2. 3. 지원 승무원

아폴로 16호의 지원 승무원은 앤서니 W. 잉글랜드, 칼 고든 헤나이즈, 헨리 하츠필드, 로버트 F. 오버마이어, 도널드 H. 피터슨이었다.[96],[97],[98],[99] 이들은 머큐리 계획과 제미니 계획에는 없었지만, 아폴로 계획에서 추가된 세 번째 우주비행사 그룹이다. 아폴로 9호 사령관 제임스 맥디비트의 조언에 따라 만들어졌으며, 임무 규칙, 비행 계획, 체크리스트 작성 및 최신 상태 유지를 담당했다.[7]

3. 임무 계획 및 훈련

아폴로 16호는 달 탐사 자동차를 사용하는 J 임무 중 두 번째였다.[13] 아폴로 계획의 마지막에서 두 번째 임무였기 때문에, 우주비행사들은 달 특징에 대한 이해를 높이고자 했다. 과학자들은 달의 초기 역사에 대한 정보를 얻기 위해 고대 표면 특징인 달 고지대에서 자료를 얻기를 원했다. 이전의 아폴로 탐험대(아폴로 14호, 15호 포함)는 달의 바다 이전의 달 물질 샘플을 채취했는데, 이는 운석 충돌로 인해 고지대에서 떨어져 나온 것일 가능성이 높았다. 이것들은 용암이 달의 내부에서 상승하여 저지대와 분지를 덮기 전의 시대부터였다. 그럼에도 불구하고, 어떤 아폴로 임무도 실제로 달 고지대를 방문한 적은 없었다.[14]

아폴로 14호는 임브리움 충돌 분지를 만든 충격으로 방출된 물질의 능선을 방문하여 샘플을 채취했고, 아폴로 15호도 임브리움 지역의 물질 샘플을 채취하여 분지 가장자리를 방문했다. 아폴로 14호와 15호의 착륙 지점은 임브리움 분지와 밀접하게 관련되어 있었기 때문에, 임브리움 분지에서 멀리 떨어진 달 고지대 지역에서는 다른 지질학적 과정이 만연했을 가능성이 있었다.[14]

존 영과 찰스 듀크가 뉴멕시코주 리오그란데협곡에서 훈련하는 모습


달 탐사차량 운전 훈련을 받는 존 영(오른쪽)과 찰스 듀크


존 영과 찰스 듀크는 예비 사령관 프레드 헤이즈와 함께 달 표면의 특징을 분석하고 샘플을 수집하는 데 사용할 개념과 기술을 익히기 위한 광범위한 지질학 훈련을 받았다. 훈련에는 핵폭발로 인해 생긴 거대한 분화구가 달에 있는 큰 분화구를 모의 실험하는 네바다 시험장에서의 훈련도 포함되었다.

1972년 1월 27일, 차량 조립 건물(VAB)에 있는 아폴로 16호 발사체


아폴로 16호의 기장은 미국을 상징하는 흰머리수리와 빨강, 흰색, 파랑 방패를 모티브로 하며, 배경의 회색은 달 표면을 나타낸다. 상단의 금색 선은 NASA의 상징이며, 달을 공전하고 있음을 나타낸다. 금색 선으로 테두리를 장식한 파란색 외곽 안에는 영, 매팅리, 듀크의 우주비행사 이름과 함께 계획명에 해당하는 16개의 별이 그려져 있다.[100] 이 기장은 우주비행사들이 제출한 디자인을 바탕으로 제작되었다.[101]

3. 1. 착륙 지점 선정

달 궤도 탐사선의 사진을 연구한 과학자 댄 밀턴은 달의 데카르트 지역에서 알베도가 유난히 높은 지역을 발견했는데, 그는 이것이 화산암 때문일 것이라고 추측했다. 그의 가설은 빠르게 지지를 얻었다. 과학계의 여러 구성원들은 달 중앙 고지대가 지구에서 화산 작용에 의해 생성된 지역과 유사하다는 점을 지적하고 달에서도 마찬가지일 것이라고 가정했다. 그들은 아폴로 16호 임무의 과학적 성과가 답을 제공해 줄 것이라고 기대했다.[14] 일부 과학자들은 큰 분화구인 티코 근처에 착륙할 것을 주장했지만, 달 적도에서의 거리와 달 착륙선이 매우 거친 지형을 지나 접근해야 한다는 사실 때문에 제외되었다.

아폴로 16호 착륙 지점 위치


1971년 4월과 5월, 임시 아폴로 착륙 지점 평가 위원회가 모여 아폴로 16호와 17호의 착륙 지점을 결정했다. 위원회는 벨콤의 노엘 히너스가 의장을 맡았다. 최종 착륙 지점은 달 고지대에 있어야 한다는 데 의견이 일치했으며, 아폴로 16호에 대해 고려된 지점 중에는 네크타리스 바다 서쪽의 데카르트 고지대 지역과 알폰수스 분화구가 있었다. 데카르트 지점과 이전 아폴로 착륙 지점 사이의 상당한 거리는 아폴로 12호부터 시작하여 각 착륙 임무에서 배치된 지진계 네트워크에도 유익할 것이었다.[15]

알폰수스에서는 세 가지 과학적 목표가 가장 중요한 것으로 결정되었다. 분화구 벽 안쪽의 오래된 임브리움 충돌 이전 물질, 분화구 내부의 구성, 그리고 여러 작은 "어두운 후광" 분화구에서 분화구 바닥의 과거 화산 활동 가능성이었다. 그러나 지질학자들은 분화구에서 얻은 샘플이 임브리움 충돌에 의해 오염되었을 가능성을 우려하여 아폴로 16호가 임브리움 충돌 이전 물질의 샘플을 얻는 것을 막을 수 있었다. 또한 아폴로 14호 샘플이 아직 완전히 분석되지 않았고 아폴로 15호 샘플이 아직 얻어지지 않았기 때문에 이 목표가 이미 아폴로 14호와 아폴로 15호 임무에 의해 달성되었을 가능성도 여전히 남아 있었다.[15]

1971년 6월 3일, 착륙 지점 선정 위원회는 아폴로 16호 임무의 목표를 데카르트 지점으로 결정했다. 결정이 내려진 후, 알폰수스 지점은 아폴로 17호의 가장 유력한 후보로 여겨졌지만 결국 거부되었다. 아폴로 14호 임무에서 얻은 궤도 사진을 통해 데카르트 지점은 유인 착륙에 충분히 안전한 것으로 판명되었다. 특정 착륙 지점은 두 개의 젊은 충돌 분화구인 노스 레이 분화구와 사우스 레이 분화구 (각각 직경 1000m 와 680m) 사이에 있었는데, 이는 현장의 달 레골리스를 관통하는 "자연 드릴 구멍"을 제공하여 승무원이 샘플을 채취할 수 있는 노출된 기반암을 남겼다.[15]

임무 계획자들은 달 고지대의 두 가지 지질 단위인 데카르트와 케일리 지층을 임무의 주요 샘플링 대상으로 삼았다. 과학계는 이러한 지층이 달 화산 활동에 의해 형성되었다고 널리 의심했지만, 이 가설은 임무에서 얻은 달 샘플의 구성에 의해 틀린 것으로 판명되었다.[15]

3. 2. 훈련

승무원들은 달 표면 탐사에 필요한 기술과 지식을 습득하기 위해 광범위한 훈련을 받았다. 여기에는 여러 차례의 지질학적 현장 조사가 포함되었으며, 그들은 직접 마주하게 될 지질학적 특성을 가진 장소들을 방문하여 과학적인 설명을 들었다.[106][107][108] 특히, 데카르트 고원이 화산 지형으로 여겨졌기 때문에, 이 훈련의 상당 부분은 화산암과 지형에 초점을 맞추었지만, 다른 종류의 암석이 있는 지역으로의 현장 훈련도 실시되었다. 존 영은 훗날 데카르트 고원이 화산 지형이 아닌 것으로 판명되면서 비화산 훈련이 더 유용한 것으로 입증되었다고 언급했다.

1971년 7월, 승무원들은 지질학 훈련을 위해 캐나다 온타리오주 서드베리를 방문했는데, 이는 미국 우주비행사가 캐나다에서 훈련받은 최초의 사례였다.[18] 지질학자들이 이곳을 선택한 것은 약 18억 년 전 거대 운석에 의해 생성된 분화구가 존재하기 때문이었다.[18] 서드베리 분지는 쇄설구조 지질학적 증거를 보여주어 아폴로 승무원들에게 운석 충돌의 지질학적 증거를 익히게 했다.[18] 훈련 중 우주비행사들은 우주복을 착용하지 않았지만, 서로 통신하기 위해 무전기를 휴대하며 달 표면에서 사용할 절차를 연습했다.[109]

현장 지질학 훈련 외에도, 존 영과 찰스 듀크는 우주복 착용, 달 중력에 대한 적응, 샘플 수집, 그리고 달 탐사차량 운전 훈련을 받았다.[20] 이들은 생존 훈련도 받았고, 임무의 기술적인 측면도 준비했다.[20]

4. 임무 주요 내용

아폴로 16호는 존 영 선장, 사령선 조종사 켄 매팅리, 달 착륙선 조종사 찰스 듀크로 구성된 J 미션으로, 월면차를 이용해 달 표면 표본 95.71kg을 가져왔다. 세 번의 달 표면 선외 활동(각각 7.2시간, 7.4시간, 5.7시간)과 지구 귀환 궤도상에서 1.4시간 동안 선외 활동을 했다. 지구 귀환 궤도상에서 이루어진 선외 활동은 지구 주회 궤도보다 먼 곳에서 행해진 두 번째로, 외부 카메라에서 필름을 회수하고 미생물 생존 실험을 수행했다.[14]

달 궤도에서 사령선 '캐스퍼'의 추진계 수평 유지 장치에 이상이 발생하여 궤도 수정에 문제가 생길 뻔했으나, 피해가 적다고 판단되어 달 착륙선 '오리온'으로 비행하던 영과 듀크는 달 착륙을 허가받았다. 다만 안전을 위해 임무 기간은 하루 단축되었다.[14]

영과 듀크는 3일간 데카르트 고지를 탐사했고, 매팅리는 사령선 '캐스퍼'로 달 궤도를 돌았다. 착륙 지점 부근은 운석 충돌로 만들어진 각력암으로 덮여 있었으며, 수집한 표본 중에는 아폴로 계획 중 가장 큰 11kg의 암석(Big Muley)도 포함되었다. 월면차 성능 시험에서는 시속 18km를 기록, 달 표면에서 바퀴 달린 차량의 최고 속도로 기네스북에 등재되었다.[14]

아폴로 16호 입자 및 자기장 소형 위성(PFS-2)은 서비스 모듈에서 발사되어 달 궤도를 돌며 대전 입자와 자기장을 측정하는 것이 목표였다. 이는 8개월 전 아폴로 15호가 발사한 PFS-1과 유사하며, 두 탐사선은 달 표면으로부터 55km에서 76km 사이의 비슷한 궤도를 돌도록 설계되었다.[24]

PFS-2는 최소 1년 이상 작동할 것으로 예상되었으나, 주 엔진 문제로 아폴로 16호가 조기 귀환하면서 계획된 궤도에 진입하지 못했다. 결국 낮은 궤도에서 달 주위를 424바퀴 돈 후 1972년 5월 29일 달에 추락했다. 달의 매스콘 때문에 궤도가 불안정해져 수명이 단축되었다.

4. 1. 발사 및 달 궤도 진입

1972년 4월 16일 12시 54분 (미 동부 표준시) 아폴로 16호는 플로리다주 케네디 우주센터에서 발사되었다.[117] 발사는 정상적이었지만, 우주비행사들은 이전 비행과 마찬가지로 기체의 심한 진동에 시달렸다. 1단 S-IC와 2단 S-II의 분리는 정상적으로 이루어졌고, 우주선은 발사 12분 후 지구 궤도에 진입했다. 궤도 도달 후, 우주비행사들은 무중력 상태에 몸을 적응시키면서 3단 S-IVB의 엔진을 재점화하여 달로 향하는 전이 궤도 진입을 준비했다. 궤도 주회 중 우주선의 환경 제어 장치와 3단의 자세 제어 장치에서 몇 가지 기술적인 문제가 발생했지만, 전이 궤도 진입 준비 중에 해결할 수 있었다. 궤도 주회 두 번째에서 3단의 엔진이 재점화되어 약 5분간 연소하며 기체는 시속 35,000킬로미터까지 가속되었다.[118]

케네디 우주센터에서 발사되는 아폴로 16호. 1972년 4월 16일


아폴로 16호의 발사는 당초 3월 17일로 예정되어 있었으나, 아폴로 계획 최초로 기술적인 문제로 인해 4월 16일까지 지연되었다. 이 기간 동안 우주복, 우주선 분리 장치, 달 착륙선 배터리 등에 개량이 이루어지고 시험되었다.[111]

카운트다운은 1972년 4월 10일 오전 8시 30분에 공식적으로 시작되었으며, 발사 6일 전이었다. 이 때 새턴 5형 로켓의 3단 모두가 기동되었고, 우주선 내부에는 음료수가 보급되기 시작했다. 카운트다운 시작과 함께 우주비행사들은 발사를 위해 마지막 훈련을 실시했다. 4월 11일에는 발사 전 마지막 건강 검진이 이루어졌다.[115] 4월 15일에는 우주선에 액체 수소와 액체 산소가 충전되었고, 우주비행사들은 다음 날 발사를 위해 휴식을 취했다.[116]

3단 연소 종료 후, 우주비행사를 태운 사령선·기계선은 로켓으로부터 분리되어 15m(49피트) 정도 전진한 후 180도 방향을 바꿔 다시 돌아와, 임무를 마친 S-IVB에 수납되어 있는 달 착륙선과의 도킹을 위해 이동했다. 조작은 문제없이 이루어졌고 착륙선은 S-IVB에서 분리되었으나,[119][120] 도킹 종료 후 우주비행사들은 착륙선의 외부가 미세한 파편으로 뒤덮여 있는 것을 알아챘다. 파편은 선체의 한 지점에서 방출되고 있었고, 그 부분은 외벽이 찢어지거나 갈라진 것처럼 보였다. 듀크가 관측한 바에 따르면 파편이 방출되는 수는 1초에 5~10개 정도로 보였다. 영과 매팅리는 도킹 터널을 지나 착륙선 내부에 들어가 장비 점검을 시작했지만 특별한 문제는 발견되지 않았다. 전이 궤도에 진입하면서 수동적 온도 관리 조작이 시작되었다. 이것은 속칭 “바비큐 롤”이라고도 불리는 것으로, 선체를 중심축에 따라 1시간에 3회전 시켜 태양광선에 의해 받는 열을 선체 표면에 고르게 분포시키는 것이다. 기타 여러 항해 준비를 마친 후 우주비행사들은 첫 번째 수면에 들었다. 발사 15시간 후였다.[121]

비행 사흘째 초, 아폴로 16호는 지구로부터 291,000킬로미터 지점에 도달했다. 달의 중력권에는 아직 도달하지 않았기 때문에, 이 시점에서는 우주선의 속도는 계속 감소하고 있었다. 사흘째 전반은 주로 선내 유지 보수와 휴스턴 관제 센터에 대한 현황 보고에 할애되었다.

아폴로 16호가 전이 궤도에서 촬영한 지구


이날 후반에 영과 듀크는 다시 착륙선에 들어가 장비를 기동했다. 시스템을 점검한 결과, 모든 것이 예상대로 작동하는 것이 확인되었다. 이후 두 사람은 우주복을 착용하고 달에서 수행할 작업의 예행 연습을 했다. 발사 59시간 19분 45초 후, 비행 사흘째가 끝나기 직전에 우주선은 달의 중력권에 들어가 다시 속도를 높이기 시작했다. 지구로부터의 거리는 330,902킬로미터, 달로부터는 62,636킬로미터 지점이었다.[126]

나흘째 기상 후, 우주비행사들은 달 궤도 진입 준비를 시작했다.[122] 달로부터 291,000킬로미터 지점에서 기계선의 과학 장비 탑재 구획 (Scientific Instrument Module, SIM)을 덮는 커버가 분리되었다. 발사 74시간 후, 우주선은 달의 뒷면에 들어가 관제 센터와의 통신이 두절되었다. 이때 SPS 엔진이 6분 15초간 분사되어 근월점 108.0킬로미터, 원월점 315.6킬로미터의 달 궤도에 진입했다.[127] 이후 곧바로 하강 궤도 진입 조작이 이루어져 근월점은 19.8킬로미터까지 낮아졌다. 나흘째 남은 시간은 달 관측과 다음 날 예정된 도킹 분리 및 착륙 준비에 사용되었다.[128]

4. 2. 달 표면 활동

존 영과 찰스 듀크는 달 착륙선 ''오리온''으로 달의 데카르트 고지를 3일 동안 탐사했다. 그동안 켄 매팅리는 사령선 ''캐스퍼''를 조종하며 달 궤도를 돌았다.[14] 비행사들은 착륙 지점 부근이 화산 활동으로 생성되었을 것이라는 예상과 달리, 운석 충돌로 만들어진 암석(각력암)으로 이루어져 있음을 발견했다. 그들이 수집한 표본 중에는 아폴로 계획에서 가져온 가장 큰 암석인 11kg의 'Big Muley'도 있었다.[14] 비행사들은 월면차 성능 테스트도 실시하여 시속 18km의 최고 속도를 기록, 달 표면에서 바퀴 달린 차량이 낸 최고 속도로 기네스북에 등재되었다.[14]

영과 듀크는 세 번의 달 표면 선외 활동(EVA)을 통해 달 표면을 탐사했다.

; 첫 번째 EVA

영과 듀크는 첫 번째 EVA에서 월면차를 조립하고 과학 실험 장비들을 설치했다. 월면차의 뒷바퀴 조향 장치에 문제가 발생했지만, 앞바퀴 조향 장치만으로도 운전이 가능했다. 또한, 영이 열류 측정 장비 케이블에 걸려 넘어지면서 케이블이 손상되어 해당 실험을 수행할 수 없게 되었다.[50]

; 두 번째 EVA

두 번째 EVA의 주요 목표는 스톤 마운틴을 방문하여 약 20도 경사면을 올라 "신코 크레이터"로 알려진 5개의 크레이터 무리를 탐사하는 것이었다. 그들은 달 착륙선에서 약 3.8km 떨어진 곳까지 월면차를 이용해 이동했다. 계곡 바닥에서 152m 높이에 위치한 그들은 어떤 아폴로 임무보다 달 착륙선보다 더 높은 고도에 도달했다. 그들은 스톤 마운틴 측면에서 보이는 풍경에 감탄했는데, 듀크는 이를 "장관"이라고 묘사했다.[58] 그들은 그 주변에서 샘플을 채취했다.[50] 경사면에서 54분을 보낸 후, 달 탐사차에 올라타 당일 두 번째 목표 지점인 스테이션 5로 향했다. 스테이션 5는 직경 20m의 크레이터였다. 그곳에서 그들은 착륙 지점 남쪽에 있는 큰 크레이터인 사우스 레이 크레이터의 분출물에 오염되지 않은 데카르트 지층 물질을 찾기를 희망했다. 그들이 그곳에서 채취한 샘플은 기원이 여전히 불확실하지만, 지질학자 윌헬름스에 따르면 "데카르트 지층일 가능성이 높다"고 한다.[50]

다음 목표 지점인 스테이션 6는 너비 10m의 울퉁불퉁한 크레이터였는데, 우주비행사들은 그곳에서 더 단단한 토양이 발견된 것으로 보아 케일리 지층의 샘플을 채취할 수 있을 것이라고 믿었다. 시간을 절약하기 위해 스테이션 7을 건너뛰고 스톤 마운틴 아래쪽 사면에 있는 스테이션 8에 도착하여 약 1시간 동안 사우스 레이 크레이터의 광선에서 물질 샘플을 채취했다. 그곳에서 그들은 검은색과 흰색의 각력암과 사장석이 풍부한 더 작은 결정질 암석을 채취했다.[50]

"빈 터"[59]로 알려진 스테이션 9는 사우스 레이의 분출물이 없는 것으로 여겨지는 지역으로, 그곳에서 약 40분 동안 샘플을 채취했다. 빈 터를 출발한 지 25분 후, 그들은 당일 마지막 목표 지점인 ALSEP 현장과 달 착륙선 중간 지점에 도착했다. 그곳에서 그들은 이중 코어를 채취하고 ALSEP에서 동쪽으로 50m 뻗어 있는 선을 따라 여러 침투계 시험을 실시했다. 영과 듀크의 요청에 따라 달 표면 활동 시간이 10분 연장되었다. 두 번째 달 표면 활동을 마치고 달 착륙선으로 돌아온 후, 그들은 착륙선 내부로 다시 들어가 7시간 23분 26초의 우주유영(EVA) 시간을 기록한 후 내부를 밀폐하고 가압했다. 이 기록은 아폴로 15호에서 세운 기록을 깨는 것이었다.[50][60]

; 세 번째 EVA

세 번째이자 마지막 달 탐사에서 그들은 아폴로 탐사대가 방문했던 분화구 중 가장 큰 노스 레이 분화구를 탐사했다. '오리온'에서 나온 두 사람은 노스 레이 분화구로 향했다. 전날보다 주행이 더 원활했는데, 착륙 지점 북쪽은 분화구가 얕고 바위가 적었기 때문이다. 팔메토 분화구를 지나자 월면차로 노스 레이 분화구에 접근하면서 바위가 점점 커지고 많아졌다. 노스 레이 분화구 가장자리에 도착했을 때, 그들은 착륙선으로부터 4.4km 떨어져 있었다. 도착 후, 두 사람은 너비 1km, 깊이 230m의 분화구 사진을 찍었다. 그들은 4층 건물보다 더 큰 거대한 바위를 방문했는데, 이 바위는 '하우스 록'으로 알려지게 되었다. 이 바위에서 채취한 샘플은 임무 전 화산설에 대한 최종적인 반증이 되었고, 그 가설이 잘못되었음을 증명했다. 하우스 록에는 우주에서 온 미소 운석이 충돌하여 생긴 총알 구멍 같은 흔적이 많았다.[1]

노스 레이 분화구에 도착한 지 약 1시간 22분 후, 그들은 노스 레이로부터 약 0.5km 떨어진 거대한 바위 지역인 13번 기지로 출발했다. 가는 길에 그들은 약 17.1km/h의 속도로 내리막길을 달리며 달 주행 속도 기록을 세웠다. 그들은 높이 3m의 바위에 도착했는데, 이 바위를 "섀도우 록"이라고 불렀다. 여기서 그들은 영구적으로 그늘진 토양 샘플을 채취했다. 3시간 6분 후, 그들은 착륙선으로 돌아와 여러 실험을 완료하고 월면차를 내렸다. 착륙선에서 조금 떨어진 곳에서 듀크는 가족 사진과 공군 기념 메달을 표면에 놓았다.[50] 영은 착륙선에서 약 90m 동쪽에 있는 'VIP 지점'으로 월면차를 운전하여, 지상 관제소에서 원격 조종하는 텔레비전 카메라가 달에서 아폴로 16호의 발사를 관측할 수 있도록 했다. 그런 다음 5시간 40분간의 마지막 탐사 활동 후 착륙선에 다시 탑승했다.[62]

4. 3. 달 궤도 활동

달 위의 ''캐스퍼''


''오리온''의 착륙 시도가 승인된 후, ''캐스퍼''는 자리를 이동했고, 매팅리는 궤도 변경을 위한 연소를 수행하여 과학 연구를 준비했다.[64][40] 사령선/기술선(CSM)은 아폴로 15호와 유사하게 SIM 베이에 다양한 과학 장비를 탑재했다. 매팅리는 다양한 SIM 베이 장비를 조작하는 바쁜 일정을 소화했고, 비행 관제사들이 시간을 만회하려고 아폴로 16호의 귀환을 하루 앞당기기로 결정하면서 그의 일정은 더욱 바빠졌다.

그의 작업은 여러 오작동으로 방해를 받았다. 파노라마 카메라를 켜자 CSM의 전기 시스템 중 하나에서 과도한 전력을 소모하는 것으로 나타나 우주선의 마스터 경보가 작동했다. 즉시 꺼졌지만, 이후 분석 결과 동시에 작동된 우주선 히터에서 전력이 소모되었을 가능성이 있는 것으로 나타났다.[65] ''캐스퍼''의 궤도 과학 연구 시작 지연, 지구로의 조기 귀환, 그리고 많은 사진의 과다 노출로 이어진 오작동으로 인해 작업이 더욱 어려워졌다. 그럼에도 불구하고 ''오리온''이 보이는 데카르트 지역의 사진을 촬영할 수 있었다. 아폴로 15호에서 발생했던 것처럼 질량 분석기 붐이 처음 확장된 후 완전히 수축되지 않았지만, ''오리온''이 달 착륙을 시도하기 전 ''캐스퍼''가 이동할 때 SPS 엔진을 안전하게 발사할 수 있을 만큼 충분히 수축되었다. 질량 분석기는 효과적으로 작동할 수 있었지만, 랑데부에 앞선 연소 전에 완전히 전개된 위치 근처에 고정되어 제트기화해야 했다. 과학자들은 달에서 얻은 데이터를 지구 귀환 항해 중 더 많은 데이터로 보완하기를 희망했지만, 아폴로 15호 데이터를 대신 사용할 수 있었다.[1] 지도 카메라도 완벽하게 작동하지 않았다. 이후 분석 결과 눈부심 방지 장치에 문제가 있는 것으로 나타났다. 비행 계획 변경으로 인해 촬영 예정이었던 달 표면의 일부 지역을 촬영할 수 없었고, 여러 이미지가 과다 노출되었다.[1] 우주선 고도를 정확하게 측정하도록 설계된 레이저 고도계는 전력 감소로 인해 정확도가 점차 떨어졌고, 마지막으로 사용될 예정이었던 직전에 결국 고장났다.[1]

4. 4. 지구 귀환

달 표면에서 이륙한 아폴로 달 착륙선 상승단은 사령선과 성공적으로 도킹하였다. 존 영과 찰스 듀크는 켄 매팅리와 재회한 후, 채취한 샘플과 장비를 사령선으로 옮겼다. 이들은 달 먼지가 사령선으로 유입되는 것을 막기 위해 달 착륙선 내부를 청소했다.[120]

폐기된 상승단은 원래 달 표면에 충돌시켜 지진계로 지진파를 관측할 계획이었으나, 스위치 작동 오류로 인해 불규칙하게 회전하며 궤도 이탈에 실패했다. 결국 상승단은 계획 종료 후 약 1년 뒤에 달 표면에 추락했다.[153]

지구 귀환 궤도 진입을 위해 기계선의 SPS 엔진이 다시 점화되었고, 이전과 달리 문제없이 성공적으로 작동했다.[120][153]

심우주에서 선외 활동을 수행하며 기계선에서 필름 카세트를 회수하는 매팅리


지구로 귀환하는 동안, 매팅리는 심우주 우주유영을 통해 기계선의 과학 장비 탑재 구획(SIM 베이)에서 필름 카세트를 회수했다. 이는 행성체로부터 멀리 떨어진 곳에서 수행된 역사상 두 번째 심우주 우주유영이었다. 듀크는 사령선 해치에 남아 매팅리를 도왔다.[154] 매팅리는 또한 미생물 생태 평가 장치(MEED)를 설치하여 미생물의 우주 환경 반응을 평가하는 실험을 수행했다.[155]

1972년 4월 27일, 아폴로 16호 사령선은 대기권 재돌입 후 낙하산을 펼쳐 태평양에 착수했다. 사령선은 크리스마스 섬 남서쪽 350km 지점에 착수했으며, 케네디 우주센터 발사대를 이륙한 지 290시간 37분 6초 만이었다.[158] 승무원들은 항공모함 타이콘데로가에 의해 안전하게 회수되었다.[120]

5. 과학적 성과 및 의의

아폴로 16호는 월면차를 이용한 J 미션으로, 달 표면에서 채취한 표본 95.71kg을 지구로 가져왔다. 존 영 선장과 찰스 듀크는 데카르트 고지를 3일간 탐사하면서, 이전까지 화산 활동으로 생성되었다고 알려진 것과는 달리 운석 충돌로 만들어진 각력암으로 구성되어 있음을 발견했다. 이들이 가져온 표본 중에는 아폴로 계획 전체를 통틀어 가장 큰 11kg의 암석(Big Muley)도 있었다.[58]

지구로 가져온 암석 분석 결과, 케일리 지층은 화산 활동으로 만들어진 것이 아니었다. 스톤 마운틴에서도 화산 활동 증거는 없었다. 데카르트 지층은 이전 아폴로 착륙 지점과 시각적으로 다르다는 점 때문에 선택되었으나, 이곳 암석은 아폴로 14호 착륙 지점인 프라 마우로(Fra Mauro) 지층과 유사했다. 지질학자들은 달에 화산이 거의 없거나 아예 없다고 결론 내렸는데, 이는 사령선 조종사 켄 매팅리가 달 궤도에서 데카르트 지층이 임브리움 구조와 잘 어울린다고 관측한 결과에 따른 것이다.

아폴로 16호는 지구 주변에서 두 개의 새로운 오로라대를 발견하기도 했다.

6. 유품

찰스 듀크는 달 표면에 가족 사진과 공군 기념 메달을 남겼다.[50] 가족 사진은 플라스틱 케이스에 담겨 있었으며, 뒷면에는 "이것은 1972년 4월 달에 착륙한 행성 지구 출신 우주비행사 듀크의 가족입니다."라는 메시지가 적혀 있었다.[167] 공군 기념 메달은 1972년 공군 창설 25주년을 기념하여 발행된 것으로, 듀크는 두 개의 메달 중 하나를 달에 남기고 다른 하나는 라이트 패터슨 공군 기지 박물관에 기증했다.[167]

듀크가 달에 남긴 가족 사진


아폴로 16호 사령선 '캐스퍼'는 현재 앨라배마주 헌츠빌의 미국 우주 로켓 센터에 전시되어 있다.[79]

미국 우주 로켓 센터에 전시된 아폴로 16호 사령선 ''캐스퍼''

7. 같이 보기

참조

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