“雙子星座”計畫

1961年11月至1966年11月美國實施了“雙子星座”計畫。其主要任務是研究、發展載人登月的技術和訓練航天員長時間飛行及艙外活動的能力。該計畫歷時5年，完成了10次環繞地球軌道載人飛行，每次2人，共耗資接近13億美元。1961年12月7日正式宣布航行，是美國的第二個載人航天計畫。那時已在實施“阿波羅”載人登月計畫，作為從“水星”到“阿波羅”計畫之間過渡。

基本介紹

• 中文名：“雙子星座”計畫
• 外文名：Project Gemini
• 別稱：雙子座計畫
• 運載火箭：大力神號GLV
• 計畫啟動時間：1961年11月
• 計畫結束時間：1966年11月
• 負責組織：美國航空航天局
• 完成任務：10次環繞地球軌道載人飛行

歷史

1964年4月8日發射編號為雙子星1號的無人駕駛飛船，作軌道飛行試驗，但不回收。

雙子星座計畫

經過有針對性的改進後，1965年1月19日發射雙子星2號飛船，作無人駕駛軌道飛行試驗，仍然不回收。

1965年3月23日，雙子星3號正式載人軌道飛行。

1965年6月3日，雙子星4號升空，航天員懷特在列昂諾夫之後太空行走。

1965年12月4日和7日，先後發射的雙子星6號和雙子星7號進行了軌道飛行練習。

愛德華·懷特在太空行走

1966年3月16日發射的雙子星8號與運載它的“雷神”火箭的上面級,即與飛船脫離後也進入軌道的“阿金納”上面級進行了軌道對接。此後發射的4艘飛船也都進行了對接練習，雙子星9號上的航天員進行了太空行走練習，雙子星11號還進行了變軌練習。

1966年7月18日，雙子星10號飛船載著約翰·楊和麥可·科林斯進入軌道，實現與“阿金納3號”的對接任務，完成了登月計畫的關鍵技術。接著雙子星11號和雙子星12號飛船又分別實現了兩次對接任務。

至此“雙子星”計畫圓滿地完成了預定目標，作為一項既是過渡性又是獨立的計畫，取得了許多開創性的成就，也為“阿波羅”登月計畫提供了極其寶貴的經驗和科學技術成果。整個飛行期間，航天員共進行了52項試驗，在不同高度上拍攝了1400張地球彩色照片，全面的研究了人在太空中長期工作和生活的情況。為航天技術人員及地面機組人員提供了發射火箭所需的大量的實踐活動。到“雙子星12號”飛行結束時，美國航天員已經有了2000小時的太空飛行記錄，而此時蘇聯的飛行時數只有500多小時，美國人至此開始領先於蘇聯。

飛行數據

雙子星1號

1964年4月8日發射，無人駕駛飛船，作軌道飛行試驗，但不回收。

雙子星2號

1965年1月19日發射，作無人駕駛軌道飛行試驗，仍然不回收。

雙子星3號

1965年03月23日發射，維吉爾·格里森、約翰·楊，飛行4小時52分鐘31秒，美國首次雙人飛行。

雙子星4號

1965年06月03日發射，詹姆斯·麥克迪維特、愛德華·懷特，飛行4天1小時56分鐘2秒，懷特在艙外行走了21分鐘。

雙子星5號

1965年08月21日發射，戈爾登·庫勃、皮特·康拉德，飛行7天22小時55分鐘14秒，環地軌道飛行120圈。

雙子星6A號

1965年12月15日發射，瓦爾特·施艾拉、托馬斯·斯塔福德，飛行1天1小時51分鐘24秒，雙子星-6、7交會飛行。

雙子星7號

1965年12月04日發射，弗蘭克·博爾曼、詹姆斯·洛威爾，飛行13天18小時35分鐘1秒，雙子星-6、7交會飛行。

雙子星8號

1966年03月16日發射，尼爾·阿姆斯特朗、大衛·斯科特，飛行10小時41分鐘26秒，首次與“阿金納”對接飛行

雙子星9A號

1966年06月03日發射，托馬斯·斯塔福德、尤金·塞爾南，飛行3天0小時20分鐘50秒，與“阿金納”對接失敗，應急返回。

雙子星10號

1966年07月18日發射，約翰·楊、麥可·柯林斯，飛行2天22小時46分鐘39秒，飛船高度達763千米。

雙子星11號

1966年09月12日發射，皮特·康拉德、理察·戈爾登，飛行2天23小時17分鐘8秒，飛船高度達1368千米。

雙子星12號

1966年11月11日發射，吉姆·洛威爾、巴茲·奧爾德林，飛行3天22小時34分鐘31秒，與“阿金納”對接飛行。

目的

整個“雙子星”計畫的目的是在“水星”計畫的基礎上為“阿波羅”載人登月計畫提供飛行的實驗，準備各種技術條件，主要任務是研究人在失重條件下長期太空飛行的種種問題，以及發展軌道機動、會合和對接技術，還有航天員的艙外活動能力。

“雙子星”計畫的主要目標包括：

1、致力於展示人類和設備的長時間航行能力，為日後登月或進入更遠的深空做準備；

2、與其他在軌太空飛行器進行有效的軌道交會對接，使用該在軌太空飛行器推進系統操縱組合宇宙飛船；

3、完善太空飛行器再入、著陸方法；

4、獲取關於航天員在失重環境的進一步信息，記錄他們在長時間飛行過程中的生理反應。

飛船結構

外觀呈圓錐-鐘型，全長5.7米，底部最大直徑3米，重約3.0-3.9噸。返回艙全長3.4米，最大直徑2.3米，航天員活動空間2.55立方米。總重量1982千克。艙內用純養，壓力340毫帕。設備艙長14米，最大直徑3.05米，重1278千克，其中環控生保系統的重量為117千克。

雙子星座宇宙飛船

為了準確地操縱飛船，設計人員為“雙子星”安裝了幾個火箭發動機，使它可以在軌道上做向前、向後和側向的運動，以改變軌道使得飛船的體積增大。“雙子星”飛船太空飛行的時間一般需要持續一到兩周，以確定人體是否能夠承受長時間的失重狀態，需要大量的電力和能源，為了滿足這個要求，“雙子星”飛船增加了設備艙，安裝電源系統、推進劑儲箱等設備。

雙子星座計畫

設計人員採用了燃料電池，這種電池依靠燃料的化學反應釋放出來能量轉變成為電能輸出。

“大力神2號”運載火箭便成了“雙子星”飛船的運載火箭。設計人員經過較長時間的考察發現運載火箭在發射時發生爆炸的機會極小，因此“雙子星”取消了逃逸救生塔，採用彈射座椅作為應急情況下的救生措施。

“雙子星”計畫的一項主要內容是實現太空行走，NASA的設計人員考慮到飛船的重量和大小，因此不安裝專門的出艙活動過渡艙，而直接將座艙作為過渡艙。“雙子星”飛船的側部各有一個矩形艙門，它具有極好的關閉密封性，可以在太空中打開和關閉。執行艙外任務時，航天員先使艙內氧氣壓力下降，採用航天服的供氧系統呼吸。當艙門打開時，任艙內氧氣散失，出艙進行活動。當完成任務返回艙內時，關閉艙門後再重新放出氧氣，使座艙增壓。

回收方式上，飛船在返回前在軌道上拋掉設備艙，然後發動機艙的4台反推制動火箭點燃，將飛船推入載入軌道，最後再拋掉發動機艙，座艙像水星飛船一樣單獨再入大氣層，下降到低空時打開降落傘，航天員和座艙一道在陸地（或海）上濺落。

性能配置

尺寸

由美國研製的大力神2號火箭，高度為90英尺，直徑為10英尺，加上馬丁公司研製的飛行器，飛船由再入艙和設備艙組成，全長5.74米，底部直徑3.05米，頂部直徑 0.98米。再入艙由座艙段、對接段和回收段組成，高3.32米。設計人員經過較長時間的考察發現運載火箭在發射時發生爆炸的機會極小，因此“雙子星”取消了逃逸救生塔，採用彈射座椅作為應急情況下的救生措施。

三大亮點

首先，飛船結構採用分艙段布局的原則，每個分系統的所有部件都放置在一個緊湊的艙體內，便於檢查和組裝又便於出故障時更換；

其次，從第五艘飛船開始，“雙子星”號飛船都採用燃料電池，這種電池結構簡單、緊湊，耐衝擊和振動，體積小、重量輕、功率高；

另外，飛船採用彈射座椅作為緊急救生手段，在發射階段和著陸階段可為航天員提供一種救生手段；飛船設計的手控操作為主，成為至今為止美國載人空間飛行器中受控程度最高者，航天員真正成為飛船的駕駛和操縱人員。

卓有成效的項目

“雙子星”3號：首次在空間使用了計算機，這台首次由載人飛船攜帶的計算機重22.7千克，計算能力為7000次/秒。航天員能夠獲得飛船變軌所需要的推力數據，對交會進行計算。從此，載人空間飛行實現了機動飛行，結束了此前飛船必須按照固定軌道繞地球飛行的情況，並創了空間飛行中人機結合的新時代。

“雙子星”5號：對兩名航天員的身體適應情況進行監測，結果證明人可以承受飛向月球、在月球短暫停留後再返回地面這樣長時間的失重。把登月作為載人航天的發展目標。因此NASA花了兩年時間來設計第二代飛船，即“雙子星”飛船，作為登月計畫和水星計畫中間的過渡計畫。而且這一計畫的目的相當明確，主要是完善飛往月球所需的關鍵、但尚未經過測試的技術，包括：軌道變換、軌道會合、軌道對接以及在軌道上進行太空艙外活動。

“雙子星”7號：首次在美國載人空間飛行中進行航天員空間觀測能力測驗。兩名航天員使用紅外遙測儀器，對“富蘭克林”號潛艇從水下發射的一枚“北極星”A-3號彈進行了3分鐘的跟蹤，清晰地拍攝下飛彈的發射過程，並比潛艇觀測人員更為迅速地報告了飛彈戰鬥部推進系統分離的情況。

“雙子星”計畫的一項主要內容是實現太空行走，NASA的設計人員考慮到如果為太空行走再設計一個過渡艙，勢必會增加飛船的重量和大小，因此採用了一種簡化的設計，不安裝專門的出艙活動過渡艙，而直接將座艙作為過渡艙。“雙子星”飛船的側部各有一個矩形艙門，它具有極好的關閉密封性，可以在太空中打開和關閉。執行艙外任務時，航天員先使艙內氧氣壓力下降，採用航天服的供氧系統呼吸。當艙門打開時，任艙內氧氣散失，出艙進行活動。當完成任務返回艙內時，關閉艙門後再重新放出氧氣，使座艙增壓。

回收方式上，飛船在返回前在軌道上拋掉設備艙，然後發動機艙的4台反推制動火箭點燃，將飛船推入載入軌道，最後再拋掉發動機艙，座艙像水星飛船一樣單獨再入大氣層，下降到低空時打開降落傘，航天員和座艙一道在海上濺落。

一、提供了足夠執行阿波羅計畫的長時間飛行經驗，包括生理、醫學、生活等方面。

二、驗證了飛船載人條件下溫度、供氧、壓力長期工作的可靠性和壽命。

三、完成了最重要的飛行器交會與對接，為載人登月的月球軌道對接方案提供了有力的證據。

四、完成了長達2小時以上的艙外活動，為太空人在月面活動積累了經驗。

五、實現飛行器姿態控制、機動和變軌飛行。這是阿波羅計畫必不可少的任務。

六、實現受控再入，提高了落點精度，為太空人的安全提供了更大的保證。

七、飛船分成幾段，在再入時只回收載人艙。阿波羅飛船也採用了這種格局。

八、雙子星飛船的新型燃料電池獲得了驗證和改進，它成功用於阿波羅飛船。

九、雙子星飛船存在的一些問題，如姿態控制系統的可靠性、救生系統故障、太空衣笨重、太空行走困難等被阿波羅計畫廣泛吸取並加以改進。

十、雙子星計畫還提供了太空人訓練、太空生活等方面的經驗。此外，雙子星計畫的歷次飛行對阿波羅計畫任務的確定提供了直接的指導。

十一、遠距離對地通訊獲得發展和驗證。

十二、地面各控制台站的工作滿足遠程太空飛行的要求。此外，該計畫還在對地觀測、科學試驗方面取得大量成果。

運載火箭

大力神2號火箭於1962年首次亮相，作為美國空軍的第二代洲際彈道飛彈火箭，使用自燃燃料為動力，具有儲存時間長、準備發射時間短、部件少、設計簡單的特點。唯一的缺點是推進劑組合（四氧化氮和聯氨）劇毒無比相對於液氧等推進劑。

左:GT-1到GT-12所有雙子座的發射運載火箭

美國航空航天局選用大力神2號火箭作為雙子星飛船運載工具的原因為：

1）大力神2號是當時美國運載能力最大的火箭，只有它具有發射“雙子星”飛船的能力；

2）大力神2號採用可貯推進劑，便於操作、處理並具有長時間停放和隨時發射的特點，適合於載人飛行和空間會合對接任務。