アポロ16号
飛行七日目は月面活動の最終日であり、このあと飛行士らは軌道上で待機するマッティングリーが乗る司令・機械船と再ドッキングをすることになっていた。第3回船外活動では、両名はアポロ計画で宇宙飛行士が訪れたクレーターの中では最大のものとなる、着陸地点北部にあるノースレイ・クレーターを探索する予定であった。月面車でオリオンを出発し、0.8キロメートル (0.5マイル) ほど離れてから進路を北に向け、そこから1.4キロメートル離れたところにあるノースレイに向かう。途中までは月面は平坦で石も少なく道のりは順調だったが、近づくにつれて石は大きくなり、その数も増えてきた。クレーターのへりに到達したとき、彼らは着陸船からは4.4キロメートル離れていた。到着後、直径1キロメートル、深さ230メートルに及ぶノースレイの写真を撮り、その後「ハウス・ロック」という名の、4階建てのビルよりも高い巨大な岩石を訪れた。ここで採集されたサンプルは、デカルト高原の火山起源説が誤りであることを最終的に証明するものとなった。ハウス・ロックの表面には、流星塵が衝突したことを示す無数の小さなクレーターがあった。1時間22分後、両名はノースレイから0.5キロメートルのところにある、多くの大きな岩石が転がるステーション13に向けて出発した。その途中、下り道を走行しているときに彼らは時速17.1キロメートル (10.6マイル) という月面車の速度記録を達成した。ステーション13では高さ3メートルほどもある岩を発見し、「シャドウ・ロック (Shadow Rock)」と命名した。そこで彼らは、恐らく何億年も前から影の中にあったであろう土壌を採集した。このとき軌道上のマッティングリーは、約6時間後のヤングらの帰還に備えて司令・機械船の準備をしていた。3時間6分後、両飛行士は着陸船のところまで戻っていくつかの実験を完了させた。そのあとヤングは、月面車の「廃車」の準備を始めた。「特等席」と呼ばれる、着陸船から約90メートル離れた場所まで車両を移動させる。地上の管制官が遠隔操作で月面車のカメラを操作して、そこから着陸船が離陸する場面を撮影するのである。一方でデュークはその間、家族の写真と空軍の記念メダルを月面に置いた。そのあと両名は着陸船内に戻り、5時間40分に及んだ最後の月面活動を終了した。船室を加圧し、月周回軌道帰還のための準備を始めた。
発射8分前、宇宙船通信担当官 (Capsule Communicator, CAPCOM) のジェームズ・アーウィン (James Irwin) がヤングとデュークに離陸に備えるよう指示した。2分前、両名は安全装置と緊急停止のボタンを解除し、発射に備えた。エンジンが点火された瞬間、爆発ボルトが起爆して上昇段と下降段が切り離され、ギロチンに似た構造の装置がケーブルを切断した。発射から6分後、上昇段は時速5,000キロメートルで月周回軌道に到達し、その後マッティングリーが乗る司令・機械船と無事にランデブーとドッキングを果たした。ハッチが解放される前、着陸船から司令船に月面の細かい粒子が流れ込むのを極力抑えるために船内が清掃された。ハッチが開かれ四日ぶりにマッティングリーと合流すると、ヤングとデュークは採集したサンプルを地球に持ち帰るため司令船に移し、睡眠をとった。空になった上昇段は、ALSEPの地震計で地震波を観測して月の内部構造を探るため、翌日意図的に月面に衝突させられることになっていた。
翌日、最後の点検が終わったあと用済みとなった上昇段は切り離されたが、ハッチを封鎖する前にあるスイッチがONになっていなかったため、着陸船は分離されたあと不規則な回転を始め、軌道から離脱するために必要なロケット噴射が実行できなくなってしまった。このため最終的に月面に衝突するのは、計画終了から1年近く経ったときのこととなった。着陸船切り離し後の飛行士らの次の任務は、機械船の科学機器搭載区画から小型衛星を月周回軌道に放出することであったが、衛星放出のために要求されていた司令・機械船の軌道修正が中止された結果、小型衛星は当初期待されていた寿命の半分ほどで月面に墜落することになった。それから5時間ほどの後、月周回65周目に、地球への帰還軌道に乗るために機械船のSPSエンジンが点火された。数日前に問題を発生させて月面着陸の時間を遅らせることになったSPSの噴射は、今回は問題なく行われた。
地球から310,000キロメートルの地点でマッティングリーは船外活動を実施し、機械船の科学機器搭載区画からフィルムのカセットを回収した。また彼は船外にいる間、微生物生態評価装置 (Microbial Ecology Evaluation Device, MEED) を設定した。MEEDは16号でのみ行われた実験だった。飛行士らは他に様々な雑用や機器のメンテナンスを行い、その後夕食を取ってこの日を終えた。
最後から二日目は、大部分が実験に費やされた。またこの日の後半には20分間の記者会見が行われ、ヤングらはヒューストンのジョンソン宇宙センターに詰めている担当記者たちが用意した、計画に関する技術的な質問やプライベートな質問に答えた。多くの雑用に追われる中、飛行士らは翌日の大気圏再突入に備えた。この日の終わりに、宇宙船は地球からおよそ143,000キロメートルの位置を秒速2,100メートルで飛行していた。
CAPCOMのアンソニー・イングランドが三人を起床させたとき、宇宙船は地球から83,000キロメートルの位置を秒速2,700メートルで飛行していた。太平洋に着水するちょうど3時間前に最後の軌道修正が行われ、速度が秒速0.43メートル変更された。再突入の約10分前、三人を乗せた円錐形の司令船が機械船から切り離された。機械船はこのあと、高温と衝撃により大気圏内で分解し消滅した。飛行開始から265時間37分後に司令船は秒速約11,000メートルで大気圏に再突入し、熱は最大で2,200から2,480℃まで達した。再突入から14分弱でパラシュートが開き、司令船はキリスィマスィ島の南西350キロメートルに着水した。ケネディ宇宙センターの発射台を飛び立ってから、290時間37分6秒後のことであった。司令船は空母タイコンデロガに回収され、着水から37分後、飛行士らは無事回収船に乗艦した。
PFS-2は機械船から月周回軌道に放出された小型人工衛星で、主な目的は地球を周回する衛星としての月の荷電粒子や磁場を測定することであった。これは8ヶ月前にアポロ15号で放出されたPFS-1と同一のもので、両者とも近月点89キロメートルから遠月点122キロメートルの楕円軌道で月を周回した。
だが奇妙なことに、PFS-2の軌道は急激に変化した。1.5から2週間のうちに、月面まで9.7キロメートル) という至近距離まで接近したのである。その後また軌道を変えて近月点は48キロメートルまで遠ざかったが、それも長くは続かなかった。衛星は次第に月に近づいていき、1972年5月29日、35日間で軌道を425周しただけでPFS-2は月面に墜落した。
後年、月を周回する多くの人工衛星を研究した結果、科学者たちは低高度の月周回軌道は不安定なものであることを発見するに至った。当時の研究者たちは知らなかったことなのだが、PFS-2は軌道傾斜角が11度という、最も不安定な軌道の一つに投入されたのである。これはこの後に発見された、傾斜角27度、50度、76度、86度の凍結軌道という安定した軌道とは大きくかけ離れるものであった。
回収船タイコンデロガは、1972年5月5日に司令船をカリフォルニア州サンディエゴにあるノース・アイランド海軍航空基地に届けた。同年5月8日、海軍の格納庫内でタンクに残っている有毒な姿勢制御用ロケットの燃料を抜き取る作業をしていたとき、爆発事故が発生した。この事故で46人が病院に搬送され、24時間から48時間の集中治療を受けた。ほとんどの負傷は、有毒ガスを吸い込んだことによるものであった。最も重傷を負ったのは、整備用の台車が転倒してきたことにより膝蓋骨を骨折した整備員だった。爆発により250フィート (75m) 上にある格納庫の屋根に穴が開き、ガラスが40枚割れた。司令船にも、外板の一枚に3インチ (7.62センチメートル) ほどの亀裂が入った。
16号の司令船キャスパーは、現在はアラバマ州ハンツビルの合衆国宇宙ロケットセンターに展示されている。着陸船の上昇段(S-IVB)は1972年4月24日に切り離されたが、高度のコントロールを失い制御不能になった。その後1年ほど軌道を周回した後月面に墜落したが、落下地点は長い間不明だった。だが2015年11月、ジョンズ・ホプキンズ応用物理学研究所のJeff Plesciaが、ルナー・リコネサンス・オービターが撮影した写真からS-IVBの衝突地点を発見したと発表した。
デュークは月面地図などの飛行で使用した小物を、ジョージア州ケネソー (Kennesaw) のケネソー州立大学に寄贈した。彼は月面に記念品を二つ置いてきており、どちらも写真に記録した。最も有名なのは、プラスチックのケースに収められた彼の家族の写真である (NASA写真番号 AS16-117-18841)。写真の裏には、彼の家族からのこのようなメッセージが書かれていた。「これは1972年4月に月面に着陸した、惑星地球から来た宇宙飛行士デュークの家族です」。もう一つは、1972年に空軍が創設25周年を記念して発行したメダルであった。デュークはこのメダルを二つ手に入れ、一つは月面に置き、もう一つはライト・パターソン空軍基地の博物館に寄贈した。
2006年、ハリケーンエルネスト (Ernesto) がノースカロライナ州バス (Bath) を襲った直後、11歳のケヴィン・シャンツェ (Kevin Shanze) 少年は自宅近くの海岸で金属片を発見した。シャンツェと彼の友人は、36インチ (91センチメートル) ほどのその平らな金属板の表面に何かの印が描かれているのを見つけた。詳しく調べた結果、かすれてはいたものの、それはアポロ16号の計画の記章であることがわかった。その後NASAは、この金属片が16号のサターン5型ロケットの一部であることを確認した。2011年7月、NASAの求めにより金属片を返却したとき、16歳になっていたシャンツェ少年は、引き換えとしてケネディ宇宙センターのすべてのツアーへの無料参加権と、スペースシャトルの最後の飛行であるSTS-135の発射を見学する際のVIP席を手に入れた。