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水星計劃

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麥克唐納 水星太空船

帶逃逸塔的水星飛船
描述
任務: 亞軌道和在軌飛行
成員: 一人
尺寸
高度: 11.5 ft 3.51 m
直徑: 6.2 ft 1.89 m
容積: 60 ft³ 1.7 m³
重量 (MA-6)
發射時: 4,265 lb 1,935 kg
在軌是: 2,986 lb 1,354 kg
後期制動時: 2,815 lb 1,277 kg
再入時: 2,698 lb 1,224 kg
着陸時: 2,421 lb 1,098 kg
發動機
制動 (固體推進劑) x 3: 1,000 lbf每台 4.5 kN
加速 (固體推進劑) x 3: 400 lbf每台 1.8 kN
機動-高 (H2O2) x 6: 25 lbf 每台 108 N
機動-低 (H2O2) x 6: 12 lbf 每台 49 N
性能
續航: 34 小時 在軌22圈
遠地點: 175 英里 282 km
近地點: 100 英里 160 km
制動 delta v: 300 mph 483 km/h
水星飛船結構圖
麥克唐納 水星宇宙飛船

水星計劃（英語：Project Mercury）是美國的第一個載人航天計劃，始於1959年，終於1963年，旨在將人類送入地球軌道。1962年2月20日的水星-宇宙神6號實現了這一目標。[1]計劃包含了20次不載人發射和6次載人發射。早期計劃和研究都是由國家航空諮詢委員會完成的。[2]而最終是由後來成立的NASA完成的。其後的"水星計畫標誌2"被重新命名[1] （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）為雙子座計劃。

計劃的名稱來源於羅馬神話中的速度之神墨丘利（Mercury），Mercury也是太陽系行星水星的名字，它的移動速度比其他行星都快。計劃名稱取其中速度之意，此外並沒有和水星這顆行星有聯繫。

整個計劃耗資大約3億8400萬美元。[3]約等於2010年的29億美元。

研發過程

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1958年10月7日，NASA的首位領導人基思·格萊南批准了這個計劃，[4]到12月17日，才正式對外宣布。[5]

12月29日，北美航空工業公司被授權開發「小喬伊」火箭做測試飛行之用。[6]1959年1月，麥克唐納飛行器公司被選為水星飛船的主承包商，到2月，飛船的數量確定為12艘。4月，7名宇航員，即（水星計劃七人）被選中參加水星計劃。

1959年5月，北美航空公司交付了第一批兩枚小喬伊火箭，6月，又交付首批大喬伊火箭。7月，原定的採用PGM-19木星火箭被取消，取而代之使用宇宙神火箭。 [7]10月，通用電氣交付給麥克唐納燒蝕熱防護盾，安裝在第一艘水星飛船上。12月，水星-紅石1號已經安裝在陸軍彈道飛彈局的測試台準備靜態測試。

1960年1月，NASA於西電公司簽下水星追蹤系統合同，合同價值3300萬美元。[8]同在1月，麥克唐納交付了第一批定型的水星飛船，離簽署合同不到一年。2月12日， 克里斯托弗·克拉夫特上任主持水星的管理協調工作。[9] 4月，第一艘飛船被運往瓦勒普斯島的試驗基地做逃逸塔測試。5月9日，試驗圓滿完成。[10]

飛船

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位於LC-14的水星計劃紀念碑

由於飛船的小尺寸，許多人揶揄飛船是「穿」的，而不是「乘坐」的。1.7 m³的有效空間只是略比一名宇航員的體積大。飛船內部還有120個控制器，55個電開關，30個保險絲以及35根機械槓桿。[11]飛船由馬克西姆·費格特和NASA的太空工作組共同設計。[12][13]

起初NASA並不考慮宇航員的乘坐感受，認為他們是設計過程的「次要參與者」，這使得宇航員與設計人員之間起了很多衝突。 然而計劃的領導者認為宇航員應該掌控飛船，並把個人能力作為計劃成功的重要因素。[13]約翰·格倫在首次軌道飛行時手動姿態調整便是所謂「掌控」的最好證據。[13]宇航員還要求一個更大的舷窗並加增手動再入控制器，都得到了滿足。 [13]

在任務的發射階段，飛船和宇航員依靠發射逃逸系統來避免受發射事故的危害。逃逸系統是安裝在飛船上方的一個能產生52,000 磅力lbf (231 kN)推力的固體火箭塔。[13]在發射事故產生時，逃逸系統在1秒內啟動，將飛船和宇航員帶離失效的運載火箭，隨後依靠飛船的降落傘着陸。助推火箭熄火後，逃逸塔完成使命從飛船上脫落，由一枚能產生800磅力（3.6KN）的固體火箭工作1.5秒提供分離推力。

箭船分離時，飛船上的三枚推力為400磅力（1.8KN）的固體火箭點火1秒。這三枚火箭成為加速火箭。[13]

飛船隻配備了姿態控制推力器，因此在軌道注入和制動減速期間，飛船不能改變軌道。飛船高低部分各有6個噴射器，每個軸上兩個。噴射器的燃料補給來自兩個分離的燃料罐，一個自動供給，一個手動供給。宇航員可以選擇控制噴射器中的任意一個。飛船還被設計為可以完全接受地面控制，以便在宇航員無法控制時控制飛船。

飛船有3枚固體制動火箭，每枚推力1000磅力 (4.5 kN) ，工作時間10秒。[13]但一枚火箭足矣將飛船帶回地球。制動時一枚火箭先點火，5秒後第二枚點火，5秒後第三枚點火。

飛船的熱防護盾和減速制動裝置

飛船的頂端有個檔板，飛船再入時如果頂端在前，流過檔板的氣流會將飛船調整為防護盾在前的安全姿態。再入過程中，宇航員在軌道段要承受8G的加速度，在亞軌道段要承受11-12G的加速度。

原始設計時計劃為飛船配備鈹吸熱式防護盾或者燒蝕防護盾，後續試驗確定使用後者。因為燒蝕盾更可靠（可使原設計的盾厚度降低，從而降低飛船重量），更易生產（當時美國只有一家公司生產為數不多的鈹）且更廉價。

NASA從麥克唐納公司訂購了20艘飛船，編號1到20，其中10,12,15,17和19號沒有使用。[14]3號和4號在無人飛行測試中因事故而被毀。[14]11號在返回地球後沉沒，[14]直到38年後才被從大西洋底打撈上來。[15]一部分飛船在製造後由經過了改進（發射中斷事故後回收，更新設備用於更長的任務），其命名為原編號加字母，如2B, 15B。某些飛船還被改進兩次，如15號飛船先改為15A，後改為15B。[16]

NASA和麥克唐納還製造了許多水星飛船試驗版（包括實體模型，原型，複製品）[17][18]用來測試飛船回收系統，逃逸塔和運載火箭。[19]

助推火箭

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水星計劃使用了三種火箭:[13]

  • 小喬伊火箭 - 8次亞軌道機械測試，2次運送猴子，以及若干逃逸系統測試。
  • 紅石運載火箭 - 4次亞軌道機械測試，一次運送黑猩猩，2次載人亞軌道飛行。
  • 宇宙神運載火箭 - 4次亞軌道機械測試，2次在軌飛行，1次運送黑猩猩，4次載人軌道飛行。

小喬伊火箭搭載試驗版飛船[20]主要用來進行逃逸塔和飛行中斷程序測試。[21]紅石火箭主要用於亞軌道飛行，宇宙神火箭用於軌道飛行。小喬伊火箭是專為水星計劃設計的固體火箭，而宇宙神火箭原本是用來運送核彈頭，因運送比彈頭更重的飛船而做了必要的加固。[22]1958年10月，水星-朱庇特導彈也曾被考慮作為亞軌道運載工具，但在1959年又因預算原因取消了此計劃。泰坦系列導彈也曾考慮做水星計劃的運載工具，但計劃付諸實施前水星計劃就終止了，泰坦系列導彈用於隨後進行的雙子星座計劃。

水星計劃中，也使用了一枚偵察兵火箭，水星-偵察兵1號計劃運送一顆衛星來評估遍布全球的水星追蹤系統，但衛星隨火箭在飛行44秒後由靶場安全系統摧毀。[23]

無人飛行

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水星計劃控制大廳-卡納維拉爾角

水星計劃含有20次無人發射，並非所有發射都以進入太空為目標，也並非所有發射都達到了預期目標。其中4次飛行搭載了靈長類動物，第15次發射搭載了一隻叫做山姆的獼猴。[24]（名稱源自空軍的航空太空醫學院School of Aerospace Medicine的縮寫）。整個計劃中使用的動物見下表：

  • 山姆，一隻獼猴。1959年12月4日乘坐小喬伊2號到85千米高空。
  • 山姆小姐，一隻獼猴，1960年1月21日乘坐小喬伊1B到15千米高空。
  • 火腿，一隻黑猩猩，1961年1月31日乘坐水星-紅石2號進行亞軌道飛行。
  • 以挪士，一隻黑猩猩，1961年11月29日成坐水星-宇宙神5號進行軌道飛行。
任務 火箭 任務名 發射日 發射時刻 持續時間 備註
水星-朱庇特 朱庇特導彈 N/A N/A N/A N/A 1959年7月取消，預計做亞軌道飛行
小喬伊1號 小喬伊火箭 LJ-1 1959年8月21日 N/A 00d 00h 00 m 20s 測試飛行中的逃逸系統
大喬伊1號 擎天神飛彈 大喬伊1號 1959年9月9日 N/A 00d 00h 13 m 測試熱防護盾和宇宙神-飛船接口
小喬伊6號 小喬伊火箭 LJ-6 1959年10月4日 N/A 00d 00h 05 m 10s 飛船空氣動力學測試
小喬伊1A 小喬伊火箭 LJ-1A 1959年11月4日 N/A 00d 00h 08 m 11s 測試飛行中的逃逸系統
小喬伊2號 小喬伊火箭 LJ-2 1959年12月4日 N/A 00d 00h 11 m 06s 搭載山姆到85千米高空
小喬伊1B號 小喬伊火箭 LJ-1B 1960年1月21日 N/A 00d 00h 08 m 35s 搭載山姆小姐到15千米高空
中斷測試 逃逸塔火箭 中斷測試 1960年5月9日 N/A 00d 00h 01 m 31s 測試離開發射台時的中斷系統
水星-宇宙神1號 宇宙神導彈 MA-1 1960年7月21日 13:13 UTC 00d 00h 03 m 18s 水星飛船和宇宙神助推火箭的首飛
小喬伊5號 小喬伊火箭 LJ-5 1960年11月8日 N/A 00d 00h 02 m 22s 定型的水星飛船首飛
水星-紅石1號 紅石運載火箭 MR-1 1960年11月21日 N/A 00d 00h 00 m 02s 升空100毫米後由於電力故障回到發射台
水星-紅石1A 紅石運載火箭 MR-1A 1960年12月19日 N/A 00d 00h 15 m 45s 水星飛船和紅石助推火箭的首飛
水星-紅石2號 紅石運載火箭 MR-2 1961年1月31日 16:55 UTC 00d 00h 16 m 39s 搭載含做亞軌道飛行
水星-宇宙神2號 宇宙神導彈 MA-2 1961年2月21日 14:10 UTC 00d 00h 17 m 56s 測試水星飛船和宇宙神助推級
小喬伊5A號 小喬伊火箭 LJ-5A 1961年3月18日 N/A 00d 00h 23 m 48s 在最嚴酷的環境下測試逃逸系統
水星-紅石BD 紅石運載火箭 MR-BD 1961年3月24日 17:30 UTC 00d 00h 8 m 23s 紅石火箭研發階段的測試飛行
水星-宇宙神3號 宇宙神導彈 MA-3 1961年4月25日 16:15 UTC 00d 00h 07 m 19s 測試水星飛船和宇宙神助推級
小喬伊5B號 小喬伊火箭 AB-1 1961年4月28日 N/A 00d 00h 05 m 25s 在最嚴酷的環境下測試逃逸系統
水星-宇宙神4號 宇宙神導彈 MA-4 1961年9月13日 14:09 UTC 00d 01h 49 m 20s 測試飛船和助推器，在軌1圈
水星-偵察兵1號 偵察兵火箭 MS-1 1961年11月1日 15:32 UTC 00d 00h 00 m 44s 測試水星追蹤系統
水星-宇宙神5號 宇宙神導彈 MA-5 1961年11月29日 15:08 UTC 00d 03h 20 m 59s 搭載以挪士在軌2圈

載人飛行

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「水星計劃七人」，攝於1962年7月12日，從左到右：格里森，謝潑得，卡彭特，施艾拉，斯雷頓，格倫，庫勃
沃納·馮·布勞恩(Wernher von Braun)和庫勃在防護室中，1961年5月5日

太空人

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美國首批宇航員是從110名飛行員中甄選出的，[25]選擇他們是因為他們達到生理標準。NASA在1959年4月9日宣布了這7名太空人。[26]但最終只有6名太空人上天，斯雷頓由於心臟原因未能執行任務。

自謝潑得的「自由7號」起，之後的每名宇航員都為他們的飛船取一個以「7號」結尾的名字，以彰顯他們的團隊精神。

載人發射

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任務 飛船名 火箭 任務名 宇航員 發射日 發射時間 持續時間 備註
水星-紅石3號 自由7號 紅石運載火箭 MR-3 艾倫·謝潑德 1961年5月5日 14:34 UTC 00d 00h
15 m 28s 		首位進行亞軌道飛行的美國人
水星-紅石4號 自由鐘7號 紅石運載火箭 MR-4 維吉爾·格里森 1961年7月21日 12:20 UTC 00d 00h
15 m 37s 		第二次亞軌道飛行，飛船因艙門意外打開，在營救前沉沒，於1999年打撈
水星-宇宙神6號 友誼7號 宇宙神運載火箭 MA-6 約翰·格倫 1962年2月20日 14:47 UTC 00d 04h
55 m 23s 		首位進入地球軌道的美國宇航員（在軌3圈）
水星-宇宙神7號 極光7號 宇宙神運載火箭 MA-7 斯科特·卡彭特 1962年5月24日 12:45 UTC 00d 04h
56 m 15s 		在軌3圈，返回時偏離預定着陸點402千米，卡彭特代替斯雷頓執行此次任務
水星-宇宙神8號 西格馬7號 宇宙神運載火箭 MA-8 瓦爾特·施艾拉 1962年10月3日 12:15 UTC 00d 09h
13 m 11s 		執行工程測試，在軌6圈
水星-宇宙神9號 信仰7號 宇宙神運載火箭 MA-9 戈爾登·庫勃 1963年5月15日 13:04 UTC 01d 10h
19 m 49s 		首位在軌超過一天的美國宇航員，最後一位單獨進入太空的宇航員，在軌22圈
水星-宇宙神10號 自由7號II 宇宙神運載火箭 MA-10 艾倫·謝潑德 N/A N/A N/A 預計在1963年10月發射，進行三日任務，1963年6月13日取消
水星-宇宙神11號 宇宙神運載火箭 MA-11 維吉爾·格里森 N/A N/A N/A 預計在1963年發射，進行一日任務，1962年10月取消
水星-宇宙神12號 宇宙神運載火箭 MA-12 瓦爾特·施艾拉 N/A N/A N/A 預計在1963年發射，進行一日任務，1962年10月取消
載人發射

水星計劃飛行標誌

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公眾所接觸到的所謂水星計劃飛行標誌都是某些人在水星計劃結束以後很久才創作的，而水星計劃的宇航員所佩帶的標誌只是NASA的標誌加個人姓名，這才是真的水星計劃飛行標誌。

~ 水星計劃 - 1962年發 ~

水星計劃郵票

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1962年，美國郵政部門為紀念首位在軌飛行的宇航員特別發行一種紀念郵票。這是美國郵政史上首次出現描繪載人航天的郵票。郵票於1962年2月20日在卡納維拉爾角銷售，當天，首位美國宇航員進入地球軌道。

參考來源

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  1. ^ Mercury-Atlas 6 (23). NASA. [2010-07-26]. （原始內容存檔於2010-07-29）. 
  2. ^ Major Events Leading to Project Mercury. NASA. [2010-07-26]. （原始內容存檔於2010-04-10）. 
  3. ^ The history of NASA's Mercury Program. Helium.com. （原始內容存檔於2010-10-10）. 
  4. ^ Prepared by James M. Grimwood. Research and Development Phase of Project Mercury. NASA MSC. [2010-07-26]. （原始內容存檔於2012-10-26）. 
  5. ^ Project Mercury. U.S. Centennial of Flight Commission. （原始內容存檔於2010-05-27）. 
  6. ^ Little Joe Launch Vehicle. Boeing. [2010-07-26]. （原始內容存檔於2010-10-26）. 
  7. ^ Mercury-Jupiter 2 (MJ-2). Encyclopedia Astronautica. （原始內容存檔於2012-06-17）. 
  8. ^ Chronology - Quarter 1 1960. Encyclopedia Astronautica. （原始內容存檔於2007-08-06）. 
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  10. ^ PART II (B), Research and Development Phase of Project Mercury, January 1960 through May 5, 1961. NASA. [2010-07-26]. （原始內容存檔於2010-09-05）. 
  11. ^ Project Mercury. U.S Centennial of flight commission. （原始內容存檔於2010-05-27）. 
  12. ^ Biographical Data, Dr. Maxime A. Faget. NASA. [2010-07-27]. （原始內容存檔於2010-04-10）. 
  13. ^ 13.0 13.1 13.2 13.3 13.4 13.5 13.6 13.7 Logsdon, John M. with Roger D. Launius (editors) Exploring the Unknown: Selected Documents in the History of the U.S. Civil Space Program / Volume VII Human Spaceflight: Projects Mercury, Gemini, and Apollo The NASA History Series （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）, 2008.
  14. ^ 14.0 14.1 14.2 APPENDIX 6 - LOCATION OF MERCURY SPACECRAFT, AND EXHIBIT SCHEDULE. NASA. [2010-07-27]. （原始內容存檔於2010-04-10）. 
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  20. ^ A Fieldguide to American Spacecraft 網際網路檔案館的存檔，存檔日期2007-04-26.
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  26. ^ The 40th Anniversary of the Mercury Seven. NASA. [2010-07-28]. （原始內容存檔於2010-08-24）. 
  27. ^ APOLLO-SOYUZ. NASA. [2010-07-28]. （原始內容存檔於2010-12-06）. 

延伸閱讀

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外部連結

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維基共享資源上的相關多媒體資源：水星計劃

參見

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