Operaciones en solitario de Apollo 15
Durante la misión Apolo 15 a la Luna en 1971 y sus tres días de exploración en la superficie lunar por parte de David Scott y James Irwin, el piloto del módulo de comando (CMP) Al Worden tuvo una apretada agenda de observaciones. El Apolo 15 fue la primera misión en llevar el módulo de instrumentos científicos (SIM), que contenía una cámara panorámica, un espectrómetro de rayos gamma, una cámara cartográfica, un altímetro láser y un espectrómetro de masas. Worden tuvo que operar el obturador y las lentes de las cámaras y encender y apagar los distintos instrumentos. Durante el viaje de regreso a la Tierra, realizaría un EVA para recuperar casetes de película de las cámaras.
Día 1
Muchas de sus observaciones se referían a características del lado lejano que no se habían visto con gran detalle. La cámara panorámica era una versión modificada de la cámara KA-80A de la Fuerza Aérea de EE. UU. para sus satélites espía, utilizando una lente de 610 mm f/3,5. Esta cámara en particular era similar a las utilizadas por Lockheed U-2, A-12 Oxcart y SR-71 Blackbird. Podía ver características tan pequeñas como 3 pies (1 m) de ancho en la superficie lunar. Se necesitarían tiras largas, de 330 por 21 km (205 por 13 millas) de superficie, en tiras de película de 114,8 por 11,4 cm (3,8 pies por 4,5 pulgadas). En el transcurso de la misión se necesitarían 1.529 imágenes utilizables, exponiendo 2 km de película. El casete de película pesaba 25 kg (55 lb).
La otra cámara en el compartimento SIM era la cámara de mapeo. Este constaba de dos cámaras, la cámara métrica y la cámara estelar. La cámara métrica tomó fotogramas cuadrados de película, cubriendo unos 27.000 km2 de la superficie lunar, con una resolución de unos 20 m. Utilizando la cámara estelar, las placas de Réseau (que añadieron las conocidas cruces a las fotografías de Apolo) y otros datos proporcionados por el altímetro láser, fue posible identificar la posición exacta en la superficie lunar de la fotografía tomada. Se produjeron un total de 2.240 fotografías utilizables.
El altímetro láser podría medir la altura del CSM sobre la superficie lunar con una precisión de un metro. Utilizó un láser de rubí pulsado que funciona a 694,3 nanómetros y pulsos de 200 milijulios de 10 nanosegundos de duración. La cámara estelar se utilizó durante los recorridos del altímetro láser en la cara nocturna de la Luna. Mostraría la posición exacta del rayo láser, para calibrar los resultados del altímetro.
Durante su primer paso sobre el lugar de aterrizaje, después del aterrizaje, Worden intentó ver a Falcon usando el sextante con aumento de 28 veces. Tuvo éxito y refinó la posición del sitio. Esto fue de gran ayuda para los planificadores de la misión, ya que les ayudaría a refinar aún más la planificación de las travesías realizadas por Scott e Irwin, y también ayudaría con la interpretación fotográfica desde la superficie.
Otro experimento realizado en el Apolo 15 implicó el uso de la señal de radio del Endeavour y se denominó Experimento de radar biestático Downlink para encontrar la constante dieléctrica del material de la superficie. Durante el 17º pase lateral cercano, mientras Worden estaba cenando, la nave espacial fue orientada de modo que su señal de radio se reflejara en la Luna y fuera recibida por la Tierra. La intensidad de esta señal varía con el ángulo de incidencia. El ángulo de Brewster es cuando la señal es más débil y es función de la constante dieléctrica.
Antes de irse a dormir, Worden orientó mejor la nave espacial para los distintos experimentos de la bahía SIM, específicamente los espectrómetros.
El espectrómetro de rayos gamma detectó radiación con energías de 1 MeV a 10 MeV. Al pasar el rayo gamma a través de un cilindro de yoduro de sodio dopado, emitiría luz que sería detectada por un tubo fotomultiplicador. Otro tubo fotomultiplicador detectó partículas cargadas que pasaban a través de un escudo de plástico alrededor del cilindro. Todo esto estaba al final de una pluma de 7,6 m (25 pies) que se desplegaría y retraería periódicamente durante la misión. Se encontraba al final del boom para que la nave espacial no lo contaminara.
El espectrómetro de partículas alfa midió las partículas alfa emitidas por la superficie, específicamente por los gaseosos radón-222 y radón-220. Fue optimizado para detectar partículas de energías de 4,7 a 9,1 MeV. Estaba integrado en la misma carcasa que el espectrómetro de rayos X.
El espectrómetro de rayos X se utilizó para investigar las propiedades de las capas superiores de la superficie lunar. Cuando los rayos X solares golpean la superficie, hacen que los elementos emitan rayos X fluorescentes con energías bien definidas. El espectrómetro podría medirlos y determinar la composición de la superficie lunar.
Día 2
El primer día completo de operaciones en solitario de Worden fue muy parecido al día anterior. Pasó gran parte de su tiempo activando y desactivando varios experimentos y adquiriendo fotografías de objetivos de interés en la superficie lunar.
Incluso después de un día en órbita, los científicos de la misión estaban extremadamente satisfechos con los datos arrojados por los espectrómetros. Sin embargo, debido a la mecánica orbital, sólo obtendrían datos de la parte de la Luna a lo largo de su trayectoria orbital. Durante los seis días en órbita lunar, la Luna sólo giró alrededor del 20% y la órbita de la nave espacial solo estuvo inclinada 26°. Por lo tanto, sólo una pequeña parte de la superficie lunar quedó realmente cubierta. Lo ideal para los científicos sería colocar una misión en una órbita polar durante un mes, desde donde pudiera observar toda la superficie lunar.
Los científicos lunares estaban particularmente interesados en rocas que tenían mayores concentraciones de samario, uranio, torio, potasio y fósforo. Le dieron a estas rocas el acrónimo KREEP (potasio (símbolo atómico K), elementos de tierras raras (REE) y fósforo (P)). El espectrómetro de rayos gamma fue diseñado para detectar este tipo de rocas. Se habían encontrado en los lugares de aterrizaje del Apolo 12 y el Apolo 14, pero no en el lugar del Apolo 11, que estaba a unos 1.000 kilómetros al este del lugar del Apolo 14. En la época del Apolo 15, los científicos estaban interesados en saber si se encontraron rocas KREEP en toda la Luna o solo en la región alrededor de 12 y 14. Se cree que los KREEP representan los últimos restos químicos del "océano de magma" ; después de que se formó la corteza lunar. Los KREEP flotaron hacia la superficie porque los elementos que los componen son "incompatibles", es decir, no se incorporaron a estructuras cristalinas compactas. A finales de la década de 1990, los resultados del espectrómetro de rayos gamma del Lunar Prospector muestran que las rocas que contienen KREEP se concentran en el borde de Mare Imbrium, el lado cercano de Maria y las tierras altas cerca de Imbrium y la cuenca Mare Ingenii del Polo Sur-Aitken y están distribuidas en un nivel más bajo en las tierras altas. La distribución vista por Lunar Prospector apoya la idea de que el impacto que formó Mare Imbrium excavó rocas ricas en KREEP y las expulsó sobre la Luna, y el impacto del Polo Sur-cuenca Aitken también expuso material rico en KREEP.
Una de las cosas más personales que hizo Worden durante la misión fue cómo saludó al Control de la Misión después de reaparecer detrás de la Luna en cada órbita. Él y Farouk El-Baz habían decidido utilizar la frase "Hola Tierra; Saludos desde Endeavour" pero en diferentes idiomas, desde el árabe hasta el español.
Problemas desarrollados con la Cámara Panorámica. Utilizó lo que se llamó un "V-over-H" sensor para medir el movimiento de la superficie debajo de él, a partir del cual se calcula cómo mover la cámara para compensar este movimiento. Desde el principio, este sensor había comenzado a funcionar, y sólo alrededor del 80% de las imágenes no estaban borrosas. No afectaría mucho a la cámara, pero era una molestia.
Uno de los objetivos de particular interés fue el cráter Aristarco. En 1963, Jim Greenacre vio un resplandor rojizo en la región. Así lo confirmaron otros cuatro observadores, incluido el entonces director del Observatorio Lowell. El Apolo 15 fue la primera nave espacial tripulada que pasó sobre el lugar. En ese momento no estaba bajo la luz solar directa, sino que estaba iluminado por la luz reflejada por la Tierra: Earthshine. Worden no vio ningún resplandor, a pesar de que lo describió como "tan brillante en Earthshine, que parece casi tan brillante como bajo la luz del sol". Cráter muy, muy brillante."
Una tarea regular para la tripulación fue el ejercicio. Se había encontrado incluso en los vuelos de corta duración, las tripulaciones se debilitaron debido a la falta de gravedad. El Exergym era un cordón de bungee que la tripulación iba a tirar para mantener sus hombros y brazos fuertes. Worden también doblaría el sofá central y troceaba en la parada. Otros ejercicios que el equipo encontró que podían hacer eran colocarse entre el mamparo y los sofás y hacer rodillas contra sus brazos. Durante el Debrief Técnico al final de la misión, la tripulación dijo que aunque estaba previsto que todos hicieran iguales cantidades de ejercicio, Worden hizo el doble de cosas, ya que estaba en ingravidez para toda la misión, mientras que los otros dos pasarían tres días en la sexta gravedad de la Luna.
Durante un paso sobre la región de Littrow, Worden informó haber visto "conos pequeños, de forma casi irregular", que, según dijo, parecían conos de ceniza. Esta observación se convertiría en una de las principales razones para ir allí en el Apolo 17. Resultó que uno de estos 'conos de ceniza' era sólo un cráter de impacto, cuando lo visitaron Gene Cernan y Harrison Schmitt en el Apolo 17 y que lo que en realidad estaba viendo eran cráteres jóvenes con mantos oscuros de eyección. Surgió evidencia de actividad volcánica en Shorty cuando se encontró tierra naranja allí. Estaba compuesto por cuentas de vidrio de color naranja que se rociaban mientras estaban fundidas en una fumarola o "fuente de fuego" Hace 3.640 millones de años.
Día 3
Durante el tercer día en solitario en órbita lunar, Worden comenzó a tener algunos problemas con el espectrómetro de masas. Este estaba ubicado al final de un brazo que se despliega y retrae periódicamente durante la misión. Con frecuencia, los instrumentos del CM indicaban que no se había retraído. Para lograr que se retraiga correctamente, tuvo que accionar el interruptor de retracción/despliegue varias veces. Durante el EVA de regreso a la Tierra, inspeccionó la carcasa y descubrió que los pasadores guía apenas atravesaban la ranura guía. Además, se descubrió que los problemas de retracción siempre ocurrían después de que la carcasa había estado a la sombra de la nave espacial, pero se retraía completamente después de estar a la luz del sol. Esto se debió a que el motor se caló, lo que implica que las partes del brazo se estaban deformando por la expansión térmica. Para evitar que esto ocurra, se realizaron varias modificaciones a los instrumentos utilizados en el Apolo 16 y el Apolo 17.
146 horas después del lanzamiento, Worden posicionó la nave espacial para poder tomar fotografías de la región del 'cielo' frente al Sol, con la esperanza de ver el gegenschein. Se cree que este tenue brillo es causado por pequeñas partículas en el medio interplanetario que reflejan la luz hacia el observador. Debido a errores de puntería, no se obtuvieron datos útiles. Otros objetivos no lunares eran la luz zodiacal y la corona del Sol.
Día 4
El cuarto día en solitario fue extremadamente ocupado para ambas tripulaciones. Scott e Irwin tenían un LEVA de cinco horas y un despegue desde la Luna. Worden entonces tendría que realizar un encuentro y acoplarse con el LM.
Antes de todo esto, Worden tuvo que realizar un cambio de avión. Durante los tres días, la trayectoria orbital del Endeavour se desvió de modo que ya no pasó por encima del lugar de aterrizaje. Como tal, sin esta quemadura, el encuentro habría sido complicado. Esta fue una combustión de 18 segundos del SPS, que se produjo justo después de que Endeavour reapareciera detrás de la Luna en su órbita número 45.
Worden luego intentó avistar a Falcon en la superficie. Esto se hizo para proporcionar información precisa sobre la nueva órbita del CSM, para ayudar en el próximo encuentro. Sin embargo, tuvo dificultades debido a que el Sol había salido más alto, haciendo que el relieve fuera mucho menor y la superficie mucho más brillante.