Le 7 décembre 1972 à 05 heures 33 UTC, la fusée Saturn V s'élance pour la dernière mission lunaire du programme Apollo, c'est également le premier et dernier lancement de nuit d'une fusée Saturn. . À son bord, le commandant Eugene Cernan, vétéran de Gemini 9 et Apollo 10 ; le pilote du module lunaire Harrison Schmitt, géologue et premier scientifique-astronaute à fouler la Lune ; et le pilote du module de commande Ronald Evans, qui effectue son premier vol spatial. . Après un décollage retardé de près de trois heures à cause d’un problème technique mineur, la mission Apollo 17 débute officiellement.
Moins de douze minutes après le décollage, Apollo 17 entre en orbite terrestre. À 08 heures 45 UTC, la manœuvre d’injection translunaire est effectuée, projetant l’équipage vers la Lune. Le module de commande America se sépare alors de l’étage S-IVB, pivote, s’arrime au module lunaire Challenger, puis extrait celui-ci. Quinze minutes plus tard, le S-IVB est relâché et redirigé vers la Lune, où il s’écrasera le 10 décembre. L’onde de choc, enregistrée par les sismomètres des missions Apollo précédentes, permettra de mieux comprendre la structure interne de notre satellite.
Le voyage vers la Lune ne nécessite qu’une seule correction de trajectoire, le 8 décembre. Le 10 décembre, après près de 400 secondes de mise à feu du moteur principal, Apollo 17 entre en orbite lunaire. Une manœuvre complémentaire abaisse ensuite le périlune à environ 28 km d’altitude.
À bord du module lunaire Challenger, Cernan et Schmitt se préparent à la descente. Ils se détachent du module de commande à 17 heures 20 UTC le 11 décembre. Une heure plus tard, Challenger abaisse son orbite à moins de 12 km au-dessus du sol lunaire. La descente motorisée débute à 19 heures 43. Après une approche stable, le LM se pose avec précision à 19 heures 54 UTC au bord de Mare Serenitatis, dans une vallée encaissée à 20°10′ N et 30°46′ E. C’est un terrain difficile, mais prometteur pour la science.
Le choix du site n’est pas anodin : Taurus-Littrow combine des dépôts volcaniques sombres et des éboulis clairs provenant des montagnes environnantes. Les scientifiques espèrent y trouver à la fois des roches très anciennes issues de la croûte lunaire primitive et des matériaux plus récents d’origine volcanique.
L’équipage passe près de 75 heures à la surface de la Lune, battant plusieurs records. Trois sorties extravéhiculaires (EVA) totalisent 22 heures et 4 minutes, durant lesquelles Cernan et Schmitt parcourent plus de 30 kilomètres grâce au rover lunaire (LRV). Ils installent le dernier ALSEP (Apollo Lunar Surface Experiments Package), comprenant entre autres un sismographe, un gravimètre, un capteur d’éjectas et un détecteur d’atmosphère.
Les deux hommes collectent 110,5 kg de roches et de régolithe — l’échantillonnage le plus massif du programme Apollo. Schmitt, formé en tant que géologue, apporte un regard scientifique inédit sur les formations traversées, permettant d’identifier sur place des roches d’intérêt.
À 22 heures 54 UTC le 14 décembre, Challenger décolle de la Lune. La phase de rendez-vous s’effectue sans incident, et l’amarrage au module de commande a lieu dans la nuit, à 01 heures 10 le 15 décembre. Le LM est ensuite largué et volontairement précipité vers la surface, son impact étant enregistré par les instruments scientifiques.
Après 1 jour et demi en orbite lunaire, la mise à feu de retour vers la Terre (transearth injection) a lieu le 16 décembre à 23 heures 35 UTC. Le 17 décembre, Ronald Evans effectue une sortie dans l’espace — la dernière EVA du programme Apollo — pour récupérer les pellicules photographiques du module de service. Il passe plus d'une heure à l'extérieur dans le vide de l’espace, à plus de 300 000 km de la Terre.
Le module de commande America se sépare du module de service le 19 décembre à 18 heures 56 UTC. Moins d’une demi-heure plus tard, à 19 heures 24 UTC, Apollo 17 amerrit dans le Pacifique, à 6,5 kilomètres du porte-avions USS Ticonderoga, après 12 jours de mission et près de 302 heures de vol.
