飞船在茫茫的太空中继续往月球飞去。当飞船距离月球27.6公里时，航天员启动登月舱下降发动机，工作了30.7秒。飞船进入了环月轨道。在飞船转过月球后，再启动登月舱发动机4.5分钟。飞船进入了返回地球的轨道。登月舱的氧气、水、电越来越少，航天员由于疲劳和恐惧变得越来越烦躁不安。飞控中心指挥员一直和他们保持着联系，鼓励他们，并提醒他们吞服镇静剂。
美国将阿波罗13号未能登月的消息，及时通报给了全世界各国家，并紧急请求有关国家给予救援。包括前苏联在内的13个国家提供了救援舰船和飞机，布在美国军舰未能顾及的海域内等候。
飞船进入了返回地球大气层的轨道。在进入大气层前，航天员启动4个姿态控制火箭，使登月舱推着服务舱向前加速飞行。随后，点燃分离爆炸螺栓，将服务舱分离。紧接着又启动反推火箭，使登月舱离开服务舱一段距离。
然后，登月舱的两名航天员回到指令舱，关闭两舱通道，点燃分离爆炸螺栓，将登月舱抛掉。
3名航天员乘坐指令舱返回了地球，平安地降落到太平洋洋面上。
美国总统随硫磺岛号军舰前去欢迎了3名航天员的归来。
阿波罗13号飞船登月虽然失败了，但依靠人类的智慧和毅力，却奇迹般地将航天员营救回来。所以，航天界称这次飞行是“一次成功的失败”。
事后，美国政府成立了事故调查组，查明了事故原因。安在服务舱液氧贮箱中加热系统的两个恒温器开关，由于过载产生电弧放电作用，将其连成通路，使加热管路温度高达500度，烤焦了附近的导线，最后引起氧气爆炸。
安全返航全过程
登月飞行前地面发生了什么
阿波罗13号遭遇的问题主要是围绕第二个液氧罐，即所谓“二号罐”而发生的。这个圆形的液氧罐是在多年前由Beech Aircraft公司根据与North American Rockwell公司之前签署的合同制造的，其最初的制造目的是安装在1969年发射升空的阿波罗10号上。但就在阿波罗10号发射之前，这个液氧罐却被拆卸了下来进行维护和改装，并曾在这一过程中发生过掉落事件——这个罐子曾经从大约2英寸(约合6厘米)的高度上摔落下来。
最终，这个可能遭受了损坏的液氧罐没有被再装回到阿波罗10号上，而是另外再制造了一个新的液氧罐。但与此同时，这个掉落的液氧罐经过了检查，结果并未发现有损坏的情况。然而，这种外部检查却发生了一项致命的疏忽：其内部有一根管线遭受了轻微的破损。
于是美国宇航局便将这个似乎没有遭受损坏的液氧罐分配给了阿波罗13号的服务舱继续使用。在发射前，技术人员再次对各项部件进行了严格检查，在其中一次检查中，这个液氧罐被发现无法正确地排空液氧(其原理是将气态的氧气充入液氧罐，将液氧全部挤压出来，但由于一道管路损坏，无法做到完全的排出)。最终测试组决定通过加热的手段排空液氧罐。
这时，他们犯下了一项严重的错误：液氧罐本身带有加热装置，其设计目的是通过适当加热，帮助氧气在管路系统中的流动。根据设计，该加热装置应当通过飞船的28V直流电力系统供电，但测试组却将它与65V的地面线路连接了长达8小时之久。过高的电压导致的大电流导致加热器开关被烧化，固定在了关闭位置上，这就让它无法及时在情况异常时启动自动关闭程序，于是液氧罐内的温度持续升高，一直到了超过1000华氏度(约合537.7摄氏度)，而安装在液氧罐内部的温度计设定的最高温标才80华氏度(约合26.6摄氏度)。但从外部观察，看不出任何异常情况。
这次持续了整整一晚上的加热的确清空了液氧罐，但也对其内部造成了难以估计的损坏。美国宇航局后来的调查报告中提到：“液氧罐内部管路使用的特氟龙绝缘层遭受了严重的损坏”。
登月过程中在太空发生了什么
类似液氧这类的液态冷冻液体在微重力环境下会倾向于“分层”，也就是说，在缺乏重力作用的情况下，它们会倾向于形成不同的分层并在其所处的空间内向周围扩 散。而当这一空间就是液氧罐的内部体积的时候，这种分层效应就会让测量液氧罐内部的液体量变得十分困难。因此阿波罗飞船的服务舱液氧罐中还安装了一套内部 涡扇，就像小型船桨一般的叶轮，用于液氧罐内容物的搅拌，目的是使其更加均匀，以便对其内部液体的量更好的进行测量工作。
在每一次啊阿波罗任务飞行期间，都会进行这样的例行搅拌操作。但没有人知道的是，对于阿波罗13号而言，每一次这样的搅拌都将可能引发一场潜在的巨大灾难——每一次启动二号罐的搅拌叶片，电流都将会通过受损的线路。
在任务进行到第56个小时之后，指令仓飞行员杰克•斯威格特进行了例行的搅拌操作。根据推测，这次操作产生了几颗火星，点燃了二号罐内的特氟龙材料。在液氧环境下，特氟龙材料的燃烧十分迅速，在液氧罐内瞬间产生极高压强(超过41 MPa)。这样的压强不但超过了液氧罐阀门的承受极限，也超出了液氧罐结构强度的极限，于是，液氧罐发生了爆炸。
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