Programul Gemini

Programul Gemini a fost al doilea program spațial cu echipaj uman al NASA (după programul Mercury). Au fost zece zboruri spațiale cu om la bord în perioada 1965 - 1966.

Obiectivul misiunii Gemini a fost dezvoltarea tehnicilor de călătorie spațială pentru a sprijini programul Apollo de a trimite astronauți pe Lună. Procedând astfel, Statele Unite a permis să recupereze și să depășească avantajul obținut de Uniunea Sovietică în ceea ce privește capacitatea de zbor spațial uman în primii ani ai Cursei Spațiale, demonstrând o rezistență a misiunii de până la puțin sub 14 zile, mai mult decât cele opt zile necesare pentru o călătorie dus-întors pe Lună; metode de efectuare a activități extravehiculare (AEV) fără oboseală; și manevrele orbitale necesare pentru a realiza întâlnirea și andocarea cu o altă navă spațială. Acest lucru a permis programul Apollo să își urmeze misiunea principală fără a pierde timp dezvoltând aceste tehnici.

Originile și obiectivele programului

Project Gemini - Mission Concept (1960) - Film informativ oficial NASA.

Totul începe cu Programul Apollo care a fost conceput la începutul anului 1960 ca o navă spațială cu trei oameni, care să urmeze Programul Mercury. Jim Chamberlin, șeful departamentului de inginerie de la Space Task Group (STG), a fost însărcinat în februarie 1961 să înceapă să lucreze la un program de legătură între Mercury și Apollo. El a prezentat două versiuni inițiale ale unei nave spațiale cu doi oameni, denumită pe atunci Mercury Mark II. Machete la scară au fost prezentate în iulie 1961 la birourile McDonnell Aircraft Corporation din St. Louis.

După ce Apollo a fost însărcinat să trimită oameni pe Lună de către președintele John F. Kennedy pe 25 mai 1961, oficialilor NASA le-a devenit evident că o continuare a Programului Mercury va fii necesară pentru a dezvolta anumite capacități de zbor spațial în sprijinul Programului Apollo. NASA a aprobat programul cu doi oameni redenumit "Programul Gemini" (latină pentru „gemeni”), cu referire la a treia constelație a Zodiacului cu stelele sale gemene Castor și Pollux, pe 7 decembrie 1961. McDonnell Aircraft a fost contractat pentru a-l construi pe 22 decembrie 1961. Programul a fost anunțat public pe 3 ianuarie 1962, cu următoarele obiective majore:

• Să demonstreze rezistența oamenilor și a echipamentelor în zborurile spațiale pentru perioade lungi de timp, cel puțin opt zile necesare pentru o aselenizare, până la maximum două săptămâni
• Să efectueze întâlnire spațială și andocarea cu un alt vehicul și pentru a manevra nava spațială combinată folosind sistemul de propulsie al vehiculului țintă
• Pentru a demonstra Activitatea extravehiculară (AEV), sau „plimbările” spațiale în afara navei spațiale și pentru a evalua capacitatea astronauților de a îndeplini sarcini acolo
• Pentru a perfecționa tehnicile de reintrare în atmosferă și aterizare într-o locație preselectată

Echipa

All Systems Go (1963), film promoțional oficial NASA.

Chamberlin a proiectat capsula Gemini, care transporta un echipaj de doi astronauți. Anterior, el a fost principalul aerodynamicist al programului canadian de interceptor Avro Canada CF-105 Arrow. După anularea programului Arrow, Chamberlin s-a alăturat NASA împreună cu alți 25 de ingineri seniori de la Avro și a devenit șeful diviziei de inginerie a Grupului de Lucru Spațial al SUA, responsabil de programul Gemini. Contractorul principal a fost McDonnell Aircraft Corporation, care fusese și contractorul principal pentru capsula Project Mercury.

Astronautul Gus Grissom a fost foarte implicat în dezvoltarea și proiectarea navei spațiale Gemini. Ceea ce ceilalți astronauți din programul Mercury numeau în glumă „Gusmobile” a fost proiectat atât de mult după corpul lui Grissom, care avea 1,68 m înălțime, încât atunci când NASA a descoperit în 1963 că 14 din cei 16 astronauți nu încăpeau în navă, interiorul a trebuit reproiectat. În cartea sa publicată postum în 1968, Gemini!, Grissom a scris că realizarea faptului că Project Mercury se apropia de sfârșit și că era puțin probabil să mai zboare în acel program l-au determinat să își concentreze toate eforturile asupra noului program Gemini.

Project Gemini Mission Review (1965), film informativ oficial NASA.

Programul Gemini a fost administrat de Centrul pentru Nave Spațiale cu Echipaj Uman, aflat în Houston, Texas, sub coordonarea Biroului pentru Zboruri Spațiale cu Echipaj Uman din cadrul NASA, cu sediul în Washington, D.C. Dr. George E. Mueller, administrator asociat al NASA pentru zborurile spațiale cu echipaj uman, a fost director interimar al programului Gemini. William C. Schneider, director adjunct pentru operațiuni de misiune, a fost director de misiune pentru toate zborurile Gemini începând cu Gemini 6A.

Guenter Wendt a fost un inginer McDonnell care a supravegheat pregătirile de lansare atât pentru programele Mercury, cât și Gemini, iar mai târziu a făcut același lucru pentru programul Apollo. Echipa sa era responsabilă de finalizarea procedurilor complexe de pregătire a rampei de lansare chiar înainte de decolarea navei spațiale. El era ultima persoană pe care astronauții o vedeau înainte de închiderea trapei. Astronauții apreciau faptul că își asuma întreaga autoritate și responsabilitate pentru starea navei spațiale și aveau o relație prietenoasă și plină de umor cu el.

Nava spațială

Ilustrație în secțiune a navei spațiale Gemini. Modulul Adapter este alb, iar Modulul de Reintrare este gri.

Capsula Gemini 7

În 1961, NASA a ales McDonnell Aircraft, compania care construise și capsula Project Mercury, pentru a construi capsula Gemini. Prima capsulă a fost livrată în 1963. Nava spațială avea o lungime de 18 picioare 5 inches (5,61 m) și o lățime de 10 picioare (3,0 m), iar masa la lansare varia între 7.100 la 8.350 pounzi (3.220 la 3.790 kg).

Capsula echipajului Gemini (numită Modulul de Reintrare) era practic o versiune mai mare a capsulei Mercury. Spre deosebire de Mercury, retro-rachetele, sistemele electrice, sistemele de propulsie, rezervoarele de oxigen și apă erau amplasate într-un Modul Adapter detașabil, aflat în spatele Modulului de Reintrare și care se distrugea la reintrarea în atmosferă. O îmbunătățire importantă a fost organizarea sistemelor interne în module separate, care puteau fi testate și înlocuite individual fără a afecta alte componente deja verificate.

Modulul de reintrare

Multe componente ale capsulei puteau fi accesate prin mici uși de întreținere. Spre deosebire de Mercury, Gemini folosea electronice complet bazate pe tranzistori (fără tuburi electronice), iar designul modular făcea reparațiile mai ușoare.

Sistemul de evacuare de urgență al Gemini nu folosea un turn de salvare cu rachetă cu combustibil solid, ci scaune ejectabile asemănătoare celor din avioanele militare. Turnul de salvare era greu și complicat, iar inginerii NASA considerau că nu era necesar deoarece combustibilul hipergolic al rachetei Titan II ar fi ars imediat la contact. Dacă Titan II exploda, efectele erau mai mici decât la rachetele Atlas sau Saturn, alimentate criogenic. Scaunele ejectabile erau considerate suficiente pentru a îndepărta astronauții de vehiculul defect. La altitudini mai mari, unde acestea nu puteau fi folosite, astronauții urmau să revină pe Pământ în interiorul navei spațiale, după separarea de rachetă.

Principalul susținător al folosirii scaunelor ejectabile a fost Chamberlin, care nu apreciase niciodată turnul de salvare al programului Mercury și dorea o alternativă mai simplă și mai ușoară. El a analizat mai multe filmări cu eșecuri ale rachetelor Atlas și Titan II pentru a estima dimensiunea mingii de foc produse de o explozie și a concluzionat că Titan II ar genera o explozie mai mică, ceea ce făcea posibilă utilizarea scaunelor ejectabile.

Scut termic Gemini înainte de reintrare

Scut termic Gemini după reintrare

Maxime Faget, proiectantul sistemului de evacuare al capsulei Mercury, era mult mai puțin încântat de această soluție. El considera că scaunele ejectabile puteau răni grav astronauții și că puteau fi folosite doar aproximativ 40 de secunde după lansare. După acest moment, racheta atingea viteza Mach 1, iar ejectarea nu mai era posibilă. De asemenea, era îngrijorat că astronauții ar putea trece prin jetul de gaze fierbinți al rachetei dacă s-ar ejecta în timpul zborului. Mai târziu a spus: „Cel mai bun lucru la Gemini a fost că nu a trebuit niciodată să folosească sistemul de evacuare.”

Sistemul de ejectare Gemini nu a fost niciodată testat cu cabina presurizată cu oxigen pur, așa cum era înainte de lansare. În ianuarie 1967, incendiul fatal al misiunii Apollo 1 a demonstrat cât de periculos este un astfel de mediu în caz de incendiu.

Gemini a fost prima navă spațială cu echipaj care a avut un computer la bord, numit Gemini Guidance Computer, folosit pentru controlul și gestionarea manevrelor. Acest computer cântărea 58,98 pounzi (26,75 kg) și avea o memorie de 4096 adrese.

Spre deosebire de Mercury, Gemini folosea radar în timpul zborului și un orizont artificial, asemănător celor utilizate în aviație.

La fel ca Mercury, Gemini folosea un joystick pentru controlul rotației navei (yaw, pitch și roll). În plus, Gemini permitea și controlul deplasării navei înainte, înapoi, sus, jos și lateral prin două manete în formă de T. Acest lucru a făcut posibilă întâlnirea și andocarea cu alte nave spațiale, o tehnologie esențială pentru misiunile viitoare.

Parapanta Gemini în timpul testelor la Edwards Air Force Base în august 1964.

Planul inițial era ca Gemini să aterizeze pe uscat folosind o aripă Rogallo în locul unei parașute. Astronauții ar fi controlat direcția de deplasare a vehiculului. În cele din urmă, această idee a fost abandonată și au fost folosite parașute pentru amerizare, la fel ca în programul Mercury.

Adaptor Modular

Modulul Adapter era împărțit în Modulul Retro și Modulul de Echipamente.

Modulul Retro

Acesta conținea patru retro-rachete solide TE-M-385 Star-13E. La reintrarea în atmosferă, acestea erau activate una câte una pentru a încetini nava și a o scoate de pe orbită.

Modulul de Echipamente

Gemini era echipat cu un Sistem de Control al Atitudinii și Manevrelor Orbitale (OAMS), care includea 16 mici motoare pentru controlul deplasării și orientării navei în spațiu.

Aceste sisteme permiteau schimbarea altitudinii și a înclinației orbitei, realizarea întâlnirilor cu alte nave și andocarea la Vehiculul Țintă Agena (ATV), care avea propriul motor de rachetă pentru modificări orbitale mai mari.

Primele misiuni își obțineau energia electrică din baterii, însă misiunile mai lungi au folosit primele pile de combustie instalate pe o navă spațială cu echipaj.

În unele privințe, Gemini era chiar mai avansată decât Apollo, deoarece dezvoltarea programului Apollo începuse cu aproape un an mai devreme. Datorită caracteristicilor inspirate din avioanele de vânătoare și influenței lui Gus Grissom asupra proiectării, Gemini a primit porecla de „nava pilotului”.

În această perioadă, programul spațial american cu echipaj a început să își demonstreze clar superioritatea față de cel sovietic prin zboruri de lungă durată, întâlniri și andocări orbitale și activități extravehiculare (EVA).

În același timp, Uniunea Sovietică dezvolta nava spațială Soyuz, destinată transportului cosmonauților spre Lună, însă problemele tehnice și politice au dus în final la abandonarea programului sovietic de aselenizare cu echipaj.

Vehiculul de lansare

Articol principal: Titan II GLV

Titan II a intrat în serviciu în 1962 ca a doua generație de rachete balistice intercontinentale (ICBM) ale Forțelor Aeriene ale SUA, fiind destinată să înlocuiască racheta Atlas.

Prin utilizarea combustibililor hipergolici, racheta putea fi depozitată pentru perioade mai lungi și putea fi pregătită rapid pentru lansare. În plus, avea un design mai simplu și mai puține componente decât Atlas. Singurul dezavantaj important era că amestecul de combustibil (tetroxid de azot și hidrazină) era extrem de toxic în comparație cu combinația de oxigen lichid și RP-1 folosită de Atlas.

Totuși, Titan II a întâmpinat dificultăți semnificative în procesul de certificare pentru transportul echipajelor umane, din cauza problemelor timpurii cu fenomenul numit oscilație pogo. Acest fenomen producea vibrații puternice ale rachetei în timpul zborului, ceea ce putea pune în pericol atât vehiculul, cât și astronauții.

Vehiculul de lansare folosea un sistem de ghidare prin radio, unic pentru lansările efectuate de la Cape Kennedy.

Astronauți

Astronauții White și McDivitt în interiorul navei Gemini 4, 1965

Echipajul principal al Gemini 8 și alți astronauți la micul dejun înainte de lansare, 1966

Deke Slayton, în calitate de director al operațiunilor echipajelor de zbor, era responsabil în principal de desemnarea echipajelor pentru programul Gemini. Fiecare misiune avea un echipaj principal și unul de rezervă, iar echipajul de rezervă devenea de obicei echipaj principal după trei misiuni.

Slayton intenționa ca primele comenzi de misiune să fie oferite celor patru astronauți activi rămași din grupul Mercury Seven: Alan Shepard, Gus Grissom, Gordon Cooper și Wally Schirra. (John Glenn se retrăsese de la NASA în ianuarie 1964, iar Scott Carpenter, considerat de unii membri ai conducerii NASA responsabil pentru problemele întâmpinate la reintrarea misiunii Aurora 7, participa la proiectul naval SEALAB și a fost suspendat de la zbor în iulie 1964 după o accidentare la braț suferită într-un accident de motocicletă. Slayton însuși nu putea zbura din cauza unei afecțiuni cardiace.)

În ceea ce îl privește pe Shepard, în timpul pregătirii pentru programul Gemini a fost diagnosticat cu boala Ménière, o afecțiune a urechii interne care l-a scos de pe lista de zboruri. El nu a participat la nicio misiune Gemini, dar după o operație reușită a revenit în spațiu ca comandant al misiunii Apollo 14.

Denumirile pozițiilor din capsulă proveneau din sistemul Forțelor Aeriene ale SUA. Astronautul din stânga era numit Command Pilot (Pilot Comandant), iar cel din dreapta Pilot.

Șaisprezece astronauți au participat la cele zece misiuni Gemini cu echipaj uman.

Yuri Gagarin dă mâna cu astronauții Gemini 4, 1965

Astronauți care au zburat în programul Gemini

• Gus Grissom – Pilot Comandant al Gemini 3
• John Young – Pilot al Gemini 3
• James McDivitt – Pilot Comandant al Gemini 4
• Ed White – Pilot al Gemini 4
• Gordon Cooper – Pilot Comandant al Gemini 5
• Pete Conrad – Pilot al Gemini 5
• Wally Schirra – Pilot Comandant al Gemini 6A
• Thomas P. Stafford – Pilot al Gemini 6A
• Frank Borman – Pilot Comandant al Gemini 7
• Jim Lovell – Pilot al Gemini 7
• Neil Armstrong – Pilot Comandant al Gemini 8
• David Scott – Pilot al Gemini 8
• Thomas P. Stafford – Pilot Comandant al Gemini 9A
• Eugene Cernan – Pilot al Gemini 9A
• John Young – Pilot Comandant al Gemini 10
• Michael Collins – Pilot al Gemini 10
• Pete Conrad – Pilot Comandant al Gemini 11
• Richard Gordon – Pilot al Gemini 11
• Jim Lovell – Pilot Comandant al Gemini 12
• Edwin „Buzz” Aldrin – Pilot al Gemini 12

Astronauți selectați, dar care nu au zburat în programul Gemini

• Alan Shepard – desemnat inițial comandant pentru Gemini 3, dar retras din cauza bolii Ménière.
• Elliot See – desemnat comandant pentru Gemini 9, dar a murit într-un accident de avion pe 28 februarie 1966.
• Charles Bassett – desemnat pilot pentru Gemini 9, decedat în același accident cu Elliot See.
• William Anders – astronaut de rezervă, nu a zburat în Gemini.
• Alan Bean – astronaut de rezervă, nu a zburat în Gemini.
• Clifton Williams – astronaut de rezervă, nu a zburat în Gemini.

Programul Gemini a fost remarcabil deoarece a reprezentat primul pas important către generația de astronauți care avea să participe ulterior la programul Apollo. Mulți dintre cei care au zburat în Gemini au devenit mai târziu figuri importante ale explorării spațiale. De exemplu, Neil Armstrong și Buzz Aldrin aveau să ajungă pe Lună în cadrul misiunii Apollo 11, iar Jim Lovell avea să conducă celebra misiune Apollo 13.

Misiuni

Centrul de control al misiunilor Gemini din Houston în timpul misiunii Gemini 5

În aprilie 1964 și ianuarie 1965 au fost efectuate două misiuni Gemini fără echipaj pentru testarea sistemelor și a scutului termic. Acestea au fost urmate de 10 zboruri cu echipaj în anii 1965 și 1966. Toate au fost lansate cu rachete Titan II.

Realizări importante ale programului Gemini

• Gemini 3 (Grissom și Young) a fost prima misiune Gemini cu echipaj, prima misiune americană cu doi astronauți și prima navă spațială cu echipaj care și-a modificat orbita folosind propulsoare.

• În cadrul Gemini 4, Ed White a devenit primul american care a realizat o activitate extravehiculară (EVA), cunoscută și ca „plimbare spațială”, pe 3 iunie 1965.

• Gemini 5 (21–29 august 1965) a demonstrat că un echipaj putea rezista opt zile în spațiu, durata necesară pentru o misiune Apollo spre Lună. A fost și prima utilizare a pilelor de combustie pentru producerea energiei electrice la bord.

• Gemini 6A a realizat prima întâlnire orbitală cu o altă navă spațială, Gemini 7, în decembrie 1965. În același timp, Gemini 7 a stabilit un record de 14 zile petrecute în spațiu.

• Gemini 8 a realizat prima andocare spațială din istorie cu un vehicul țintă Agena fără echipaj.

• Gemini 10 a demonstrat că radiațiile la altitudini mari nu reprezentau o problemă majoră și a continuat dezvoltarea tehnicilor de întâlnire orbitală. Michael Collins a devenit prima persoană care a ajuns la o altă navă spațială aflată pe orbită în timpul unei EVA.

• Gemini 11 a realizat prima întâlnire orbitală directă cu un vehicul Agena încă din prima orbită și a stabilit un record de altitudine pentru un zbor orbital cu echipaj uman: 739,2 nautical milei (1.369,0 km) în septembrie 1966. Recordul a fost depășit de misiunea Polaris Dawn în septembrie 2024 și apoi de Artemis II în aprilie 2026.

• În cadrul Gemini 12, Edwin „Buzz” Aldrin a demonstrat pentru prima dată că se poate lucra eficient în exteriorul unei nave spațiale fără epuizare periculoasă, datorită suporturilor pentru picioare și mâini și a pauzelor planificate.

Întâlnirea orbitală (rendezvous) nu este o manevră simplă. Dacă o navă spațială își mărește viteza pentru a ajunge din urmă alta, ea urcă pe o orbită mai înaltă, unde se deplasează de fapt mai lent și se îndepărtează de țintă. Procedura corectă este coborârea pe o orbită mai joasă, care mărește viteza relativă, urmată de apropierea de vehiculul țintă și reducerea vitezei pentru întâlnire.

Pentru exersarea acestor manevre au fost construite simulatoare speciale de întâlnire și andocare pentru astronauți.

Misiunile programului Gemini

• Gemini 1 (8–12 aprilie 1964) – Primul zbor de test al programului Gemini, fără echipaj. Nava a fost distrusă intenționat la reintrarea în atmosferă.

• Gemini 2 (19 ianuarie 1965) – Zbor suborbital fără echipaj pentru testarea scutului termic.

• Gemini 3 (23 martie 1965) – Gus Grissom și John Young. Prima misiune Gemini cu echipaj. Au realizat trei orbite în jurul Pământului.

• Gemini 4 (3–7 iunie 1965) – James McDivitt și Ed White. Prima EVA americană, cu o durată de 22 de minute.

• Gemini 5 (21–29 august 1965) – Gordon Cooper și Pete Conrad. Prima misiune americană de aproape opt zile în spațiu și prima utilizare a pilelor de combustie. Au realizat 120 de orbite.

• Gemini 7 (4–18 decembrie 1965) – Frank Borman și Jim Lovell. Misiune de 14 zile pentru studierea efectelor șederii îndelungate în spațiu. Au efectuat 206 orbite.

• Gemini 6A (15–16 decembrie 1965) – Wally Schirra și Thomas P. Stafford. Prima întâlnire orbitală din istorie între două nave cu echipaj. Astronauții au cântat și melodia „Jingle Bells”, folosind o muzicuță și clopoței, fiind primele instrumente muzicale folosite în spațiu.

• Gemini 8 (16–17 martie 1966) – Neil Armstrong și David Scott. Prima andocare spațială din istorie. După andocare, o defecțiune a unui propulsor a provocat rotația necontrolată a navei, iar Armstrong a reușit să recâștige controlul și să efectueze prima aterizare de urgență a unei misiuni spațiale americane cu echipaj.

• Gemini 9A (3–6 iunie 1966) – Thomas P. Stafford și Gene Cernan. Misiunea a încercat andocarea cu adaptorul ATDA, dar aceasta a fost imposibilă deoarece protecția vehiculului țintă nu s-a desprins complet. Au fost realizate trei tipuri diferite de întâlniri orbitale și două ore de EVA.

• Gemini 10 (18–21 iulie 1966) – John Young și Michael Collins. Prima utilizare a sistemului de propulsie al unui vehicul Agena. Collins a efectuat două EVA-uri. Au fost completate 43 de orbite.

• Gemini 11 (12–15 septembrie 1966) – Pete Conrad și Richard Gordon. A atins recordul programului Gemini pentru altitudine, folosind motorul Agena pentru a urca până la 739,2 nautical milei (1.369,0 km). Au realizat 44 de orbite.

• Gemini 12 (11–15 noiembrie 1966) – Jim Lovell și Buzz Aldrin. Ultima misiune Gemini. Aldrin a petrecut peste 5 ore și 30 de minute în activități extravehiculare și a demonstrat soluții eficiente pentru problemele întâmpinate în EVA-urile anterioare. Misiunea a efectuat 59 de orbite.

Programul Gemini s-a încheiat în noiembrie 1966 și a reprezentat legătura esențială dintre programele Mercury și Apollo. Tehnicile dezvoltate în cadrul Gemini – întâlnirea orbitală, andocarea și activitățile extravehiculare – au făcut posibil succesul misiunilor lunare Apollo.