水星計劃

第二次世界大戰結束後，冷戰開始了，巨大的鐵幕在以美國和蘇聯為代表的東西方之間緩緩升起。為了在對抗中獲得壓倒性的軍事實力，美國和蘇聯各自開始了自己的核軍備擴充計劃，也就是後來人們所熟知的核競賽。但是對蘇聯而言，這場競賽從一開始就阻礙重重，其中很重要的一點就是蘇聯缺乏核武器長距離投送能力。

儘管在蘇聯在1949年便製造出了自己的第一顆原子彈——比他們的美國同行僅僅晚了4年，但這顆原子彈卻比廣島和長崎爆炸的美國原子彈足足大上一圈，如此的龐然大物根本不適合用飛機投放。退一步而言，就算科學家能夠將核武器小型化，蘇聯也沒有像美國那樣龐大、先進的洲際轟炸機隊伍和軍事基地來實現全天候核戰備。

如果只依靠傳統的方式建設核力量，蘇聯顯然是無法與美國相抗衡的，蘇聯必須考慮建設新型武器搭載平台，創造不平衡優勢，為此，他們將目光放在了從納粹德國那裏繳獲來的新型武器——V-2火箭上，這是人類歷史上設計得第一種彈道導彈，由德國科學家韋納·馮·布勞恩博士設計。儘管V-2在戰爭中造成的實質損失並不大，但它的潛力給各國科學家、戰略家和軍事家都留下了深刻映像。戰後，美國通過回形針行動吸納了包括馮·布勞恩在內的大批火箭工程師，順手帶走了幾乎所有的V-2火箭成品，而蘇聯只獲得了部分半成品與設計資料，但是，蘇聯依然憑藉自身的努力，完成了對V-2的仿製和改進工作，並從中獲得了寶貴的經驗，為蘇聯自主生產和製造火箭奠定基礎。 ^[1] 

1957年5月，蘇聯研製出了世界上第一枚洲際彈道導彈R-7，諷刺的是，R-7使用的液體發動機加註過程繁瑣，卻無法長期貯存燃料，因此不適合作為核導彈使用，但是它獨特的結構設計和優良性能令它在航天領域大放異彩。1957年10月，在首飛短短5個月後，一枚經過改裝的R-7火箭在拜科努爾發射場再度升空，火箭上搭載了世界上第一顆人造衞星人造地球衞星1號（又譯：斯普尼克1號，俄語：Спутник-1，英語：Sputnik 1）。

人造地球衞星1號令大洋彼岸的美國大為震驚，此時他們自己的衞星計劃還在因為陸軍和海軍扯皮而處於拖延狀態。人造地球衞星1號從太空中傳來的無線電信號令華盛頓的政客們猛然驚醒：他們意識到衞星的巨大價值，手忙腳亂地開始了發射的準備工作，並在短短1個月內拿出了成果：1957年11月，美國海軍嘗試發射自己的第一枚人造衞星先鋒TV3號（Vanguard TV3），然而結果卻幾乎是自取其辱——當天有數萬美國民眾通過電視直播觀看了發射實況，他們眼睜睜地看見自己的火箭點火併緩緩升起，隨後靜滯、墜地爆炸，這次失敗令輿論噓聲一片，海軍的顏面幾近掃地。

與此同時，美國陸軍的探險者項目（Explorers Program）正如火如荼地開展，但是直到1958年1月最後一天才發射了美國的第一顆人造衞星探險者1號（Explorer 1），而這時一切都已經太晚了，蘇聯人已在航天領域獲得全面領先：早在1957年11月——也就是先鋒VT3失敗的同時，在時任最高領導人赫魯曉夫的鼎力支持下，蘇聯發射了人造地球衞星2號（又譯：斯普尼克2號，俄語：Спутник-2，英語：Sputnik 2），而它令美國人大感懊喪的原因並非是在發射時間上佔了優勢，而是因為斯普尼克2號搭載了乘客——一條名叫萊卡（Laika）的雌性混種犬，這令蘇聯先於美國拿到了寶貴的生物實驗數據，為將來載人航天預作準備。

在航天領域兩度落後於蘇聯的美國人心有不甘，即刻着手開展了新的發射計劃，這一回他們打算趕在蘇聯人前面，將第一名宇航員送入太空。

為了達成這個目標，當時新成立不久的美國國家航空航天局從美國軍方那裏接過載人航天的大旗，開始了設計和規劃。1958年10月7日第一個載人航天計劃正式通過，並於同年的12月17日對外公開。該計劃原名宇航員計劃（Project Astronaut），但是時任美國總統艾森豪威爾認為這個名字容易讓人把注意力放在駕駛員身上，繼而產生誤解，於是依據古代神話將其更名為水星計劃，如此一來既和之前的木星號火箭（Jupiter，名字源於古羅馬主神朱庇特）、宇宙神火箭（Atlas，名字源於古希臘擎天神阿特拉斯）等相互對應，也明確了此後美國航天任務大部分以古代神話傳説來命名的傳統。

讓我們來想象一下：在探索太空新疆界方面，美國曾在技術上落後於它的競爭對手前蘇聯。幸運的是，您從110名合格的飛行員裏被選中，成為進入太空的七人小組中的一員。為了這次任務，您在生理和心理兩方面都經受了長時間的訓練，並且也曾經看過很多即將載人進入太空的這類火箭的爆炸。然而現在，您就坐在裝滿爆炸性燃料的火箭頂端，指揮部正在倒計數。全世界都在電視上關注着您。幾分鐘之後，您可能已經置身於太空，也可能已死於一場大爆炸，沒有回頭的可能了。第一個太空項目的命運就由您來決定是否能夠順利進行。

事實上，這就是1961年5月5日，當宇航員艾倫·B·謝潑德邁進他的自由7號太空艙，成為美國“飛天第一人”時的情形。自由7號是美國的首個太空項目——水星計劃——的第一次飛行。

如果您沒有經歷過那個時代，那麼很可能會難以理解這個太空項目以及這些宇航員的重要意義。美國當時正處於與前蘇聯的冷戰中，這兩個國家正在爭奪對太空的控制權，前蘇聯首先將人造衞星Sputnik送入了太空。儘管美國人在競爭中落後了，但水星計劃的完成為後來人類登上月球並最終贏得太空競賽打下了基礎。

鑑於當時與蘇聯競爭的緊迫形勢，該計劃的基本指導思想是儘可能利用已經掌握的技術和成果，以最快的速度和簡單可靠的方式搶先把人送上天。然而當蘇聯於1961年4月12日把航天員加加林送上天併成功地完成軌道飛行時，“水星”計劃尚處於無人試驗階段，直到1962年才進行首次載人軌道飛行。“水星”計劃於1963年結束，共完成25次飛行試驗，其中包括4次動物飛行，2次載人彈道飛行，4次載人軌道飛行，耗資約4億美元。

為了爭取美蘇這場太空競賽的第一，美國的工程師們做了很大的努力。可“水星”計劃早期的實驗並不順利，而且還發生了多次事故。1961年春季這種情況似乎有了好轉，1月和3月的兩次實驗都取得了良好的成果。為了在太空競賽中搶先一步，太空任務小組提議提前進行載人航天飛行，但火箭專家馮·布勞恩卻堅持要按原計劃進行。4月12日，加加林實現太空飛行後，時間顯得更加緊迫。

1961年5月5日上午9:34，自由7號飛船從卡納維拉爾角空軍基地5號發射複合體升空，上面搭載了美國宇航員艾倫·謝潑德。在短短120秒內，助推的水星-紅石3火箭將飛船加速至6.3 G，沿預定軌道飛行。2:22 GET（Ground Elapsed Time，即發射後時間，下同），自由7號順利進入亞軌道，艾倫·謝潑德成為第一位進入太空的美國人，在地面等待的人們收聽到了這位宇航先驅從無線電中發回的話語：

“多麼美麗的景色啊（What a beautiful view）。”

15:22 GET，自由7號返回艙濺落在距發射場486千米（302英里）外的大西洋中，並被在此盤旋的直升機整體拖吊，運至等候已久的尚普蘭湖號航空母艦（USS Lake Champlain，CV-39）上。 ^[3]  在那裏，謝潑德接受了水兵們英雄般的歡迎。

這次飛行被赫魯曉夫戲稱為“跳蚤的一躍”，因為謝潑德並沒有進入繞地軌道，他的飛行其實更像是拋物線運動，僅僅在在亞軌道飛了15分22秒。之後NASA（美國國家航空航天局）又進行了幾次亞軌道和軌道飛行試驗，對軌道飛行進行了充分的驗證。1962年2月20日，航天員約翰·H·格林乘坐“友誼7號”飛船終於實現了美國人的航天夢。此後，水星號又進行了3次太空飛行。

“水星”計劃期間，美國太空總暑的太空人班底是“原始七人組”，所以每一次飛行任務的命名尾數都是七。例如，1961年5月5日，阿蘭·B·謝巴德成為第一個進入太空的美國人之時，他搭乘的太空船叫做“自由7號”，當然這並不代表在他之前有六次“自由××號”的飛行。隨後的維吉爾·I·葛理森飛了15分37秒，只是確保太空船能夠可靠地控制而且軌道計算正確。約翰·H·格林是“水星”計劃中第三位飛上太空的人，他在1962年2月20日成為第一個乘太空船環繞地球的美國人，4小時55分23秒的太空之旅使他圍繞地球轉了3圈。“水星”計劃最後一次，也就是第六次“信心7號”，飛行時間已增加到34小時19分49秒，以便評估在軌道上失重近一天半的影響。

“水星”計劃所要達到的目標與“東方”號計劃基本相同。工程師們設計了一個圓錐形的飛船，總長約2.9米，底部直徑約1.8米。飛船的頂端還有一枚逃逸火箭。底端的制動火箭為回收時提供脱離軌道的推力。進入大氣層時，飛船底端的燒蝕材料用於防熱。當太空艙落入較低的大氣層時，太空艙頂端的降落傘打開，使航天員和太空艙安全地降落在海洋中。

“水星”計劃雖然晚於蘇聯10個月才實現軌道飛行，但其技術上取得的成就卻比“東方”計劃更大，美國在整個“水星”計劃中，將多種導彈改進作為運載火箭，從中獲得了豐富的經驗，這為後來的大型航天計劃創造了必要條件。同時“水星”計劃在技術上雖然比較複雜，可整個開發過程比較科學，具有推廣的潛力，並且發展了幾項新技術，在大型航天計劃的管理上也積累了相當的經驗。

美國通過“水星”計劃證明人能夠在空間環境中生存和有效地駕駛飛船，也取得了載人飛船設計的初步經驗。但是在這一回合的載人航天競爭中輸給了蘇聯，突出表現為載人上天的時間落後於蘇聯，航天運載能力也處於劣勢。

美國國家航空航天局為水星計劃訂立的基本目標（objectives）如下：

計劃目標訂立後，美國國家航空航天局還為計劃訂立了幾項基本指導原則（guidelines）以確保宇航員和航天器的安全：

之後又確定了更多有關於飛船的基本設計要求（requirement）：

計劃啓動後，據估算水星飛船的成本約為20,000,000美元（摺合2016年時通脹水平約為162,000,000美元，合1,079,244,000元人民幣）後，共有12家公司參與了飛船建造合同的招投標活動，1959年1月，招投標結果公佈，麥克唐納飛機公司（McDonnell Aircraft Corporation）贏得了主承包合同，而在此之前的兩週，北美航空公司（North American Aviation）贏得了製造用於測試逃逸塔的小喬火箭（Little Joe）合同。用於天地通訊的全球跟蹤網絡組建合同由西部電子公司（Western Electric Company）贏得，用於亞軌道發射的紅石火箭由克萊斯勒位於阿拉巴馬州麥迪遜郡亨茨維爾的工廠生產；宇宙神火箭則由康維爾位於加利福尼亞州聖迭哥的工廠生產。

載人發射任務由位於卡納維拉爾角空軍基地的大西洋導彈發射場（Atlantic Missile Range，現西部發射場，Western Range），這裏同時也是水星控制中心（Mercury Control Center）的所在地；通訊網絡的計算中心設在了馬里蘭州的戈達德航天中心；小喬火箭發射場位於弗吉尼亞州的瓦勒普斯島；宇航員的訓練在俄亥俄州克利夫蘭市的劉易斯飛行推進器實驗室（現格倫研究中心）和賓夕法尼亞州沃明斯特的海軍航空發展中心（Naval Air Development Center，現沃明斯特海軍空中作戰中心，Naval Air Warfare Center Warminster）開展；位於新墨西哥州阿拉莫戈多霍洛曼空軍基地（Holloman Air Force Base）和弗吉尼亞州蘭利研究中心（Langley Research Center）風洞實驗室參與了空氣動力研究；在飛船的設計研究期間，美國空軍和海軍提供了大量飛機供研究人員使用，海軍和海岸警衞隊更投入了大量船隻、飛機參與後期對飛船的回收工作中；另外值得一提的是，由於水星計劃及載人航天工廠，卡納維拉爾角南部的小鎮可可比奇一下子成為了著名景點，航天任務強有力地推動了當地經濟的發展，1962年自由7號發射時，這座小鎮一口氣湧入了75,000名觀眾。

儘管水星計劃從一開始便以載人飛行為最終目標，但是在1958年，航天事業才剛剛開始起步，根本就沒人知道在微重力的地球軌道上工作需要具備哪些條件。美國國家航空航天局意識到他們要想組織一支專業的航天員隊伍，首先必須解決人選問題。為此，他們組建了一個委員會，專門負責航天員的選拔工作，具體成員包括：高級工程師查爾斯·唐倫（Charles Donlan）、試飛工程師沃倫·諾斯（Warren North）、外科醫生史丹利·懷特（Stanley White）、外科醫生威廉·阿爾格森（William Argerson）、心理學家艾倫·甘博（Allen Gamble）、羅伯特·沃爾斯（Robert Voas）、精神科醫生喬治·魯夫（George Ruff）、精神科醫生埃德温·列維（Edwin Levy）。

評選委員會很快留意到航天員的選拔標準和試飛員的選拔標準十分接近，他們的觀點受到時任美國總統艾森豪威爾的認同，後者認為宇航員應該是現役飛行員，特別是試飛員。除此之外，他們應該接受過大學教育、已建立了家庭、中等身高和體格，健康狀況極好並且熱衷於駕駛先進的飛行器。

於是，評選委員會開始篩選現役飛行員的服役記錄，他們向全美各航空作戰部隊下達了招募文件。2013年美國國家檔案館對外公佈了一份水星計劃招聘航天員廣告原件，大致內容如下：

“自願進入滿載火箭燃料、高度易燃的宇航飛船之中，自願飛往太空，但不保證回程，感興趣者請將簡歷投至NASA，轉水星計劃。”廣告中對職位要求的具體描述令人生畏。

時任航天局副局長技術助理的克洛泰爾·伍德在1959年寫給保羅·B·本尼特中尉的信中則描述得更為詳細，信件簡單介紹了水星計劃中航天員的各項工作職責，以及需要接受的訓練內容：

“職責範圍包括參與水星計劃可能遇到的飛行模式下的教學、研發以及飛行前訓練項目，操作和（或）觀察底部固定或移動的模擬器試驗，充當試驗對象，協助分析研發和評估各種助推器、通訊設備、遙測裝置、顯示器、運載控制、環境控制及其他涉及發射、大氣逃逸、軌道飛行、重返大氣層、着陸及回收系統的數據，參與諸如離心項目的專門訓練，培養對發射、無重力飛行、重返大氣層的耐受力，提升在這種條件下操作運載工具的熟練程度和自信。” ^[6] 

1959年1月，委員會共收到508位飛行員的報名，經過一番篩選後，這份名單被縮減至110人。受邀的飛行員分別來自海軍陸戰隊、海軍和空軍（陸軍飛行員沒被邀請是因為他們當中沒有人從試飛員學校畢業）。110名飛行員當中有69人於1959年2月到華盛頓報到，參加選拔測試，其中包括面試（技術和心理兩方面）、書面測驗和體格檢查。最終，在這69名飛行員當中，有32人被選中並同意接受在俄亥俄州和新墨西哥州進行的進一步測試。這些測試包括全面的醫學和心理評估以及強重力加速度、振動和隔離等環境下的耐壓測試。

1959年4月1日，7名宇航員從32位候選人中脱穎而出，並於1959年4月9日，在美國國家航空和航天局在華盛頓舉行記者招待會上對外公開：

斯科特·S·卡彭特中尉（美國海軍）

戈爾登·G·庫珀上尉（美國空軍）

約翰·H·格倫中校（美國海軍陸戰隊）

維吉爾·I·（格斯）格里索姆上尉（美國空軍）

瓦爾特·M·施艾拉少校（美國海軍）

艾倫·謝潑德少校（美國海軍）

迪克·K·斯雷頓上尉（美國空軍）

大多數水星計劃的宇航員是第二次世界大戰和/或朝鮮戰爭的老兵。他們有豐富的飛行經驗並且健康狀況極好。

被選中以後，宇航員們又經過了幾年的培訓，包括在水星飛船系統中的訓練以及飛行訓練、連續的醫療評估和各種環境（沙漠、叢林和海洋等）下的生存訓練。他們刻苦地練習並忍受了和家人長時間分離的痛苦，每個人都想在競爭中努力成為第一個進入太空的美國人。

於是，宇航員們在媒體和公眾的矚目下成了名人。他們公開露面為美國國家航空和航天局宣傳首個太空項目，並利用公眾的關注度來提升自己在項目中的影響力。

除了進行訓練和拓展公共關係外，他們還經常諮詢水星飛船建造的進展。宇航員們不顧設計飛船工程師們的反對，堅持要求為飛船配備一扇窗户、重返大氣層推進器的手動控制裝置和配有爆炸螺旋的逃生艙——他們希望能夠主動駕駛飛船並且在需要的情況下逃生。他們是飛行員，僅僅乘坐一艘完全自動化飛船的想法與他們的天性相違。

最終，經過數年的準備，初次飛行的安排被確定下來：謝潑德將是第一個進入太空的美國人，然後是格里索姆，再接着是格倫。 ^[7] 

水星號飛船的設計由馬克西姆·費格特和美國國家航空航天局的太空工作組共同完成，早在美國國家航空諮詢委員會時期，馬克西姆和他的團隊就已經開始着手水星號的設計工作。水星號飛船寬約1.82米（6.0英尺），長約3.29米（10.8英尺），加上逃逸塔後，長度約為7.89米（25.9英尺）。飛船內的有效空間約為2.83立方米（100立方英尺），比宇航員的身體大不了多少，故有人揶揄水星號飛船是“穿”的，而不是“乘坐”的。不過也正是得益於“緊湊”的結構設計，水星號系列中最重的水星-大力神號也只有約1360.77噸（3000磅），和一輛普通麪包車差不多。飛船外殼由René 41構成——一種耐熱的超合金。飛船內部共有120個操作開關——其中55個是電開關，30個是保險絲，還有35個是機械操作杆。 ^[8] 

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。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。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。

在任務的發射階段，飛船和宇航員依靠發射逃逸系統（LES）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（231千牛頓）推力的固體火箭塔。在發射事故產生時，逃逸系統在1秒內啓動，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脱落，由一枚能產生800磅力（3.6千牛頓）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（1.8千牛頓）的固體火箭點火1秒。這三枚火箭成為加速火箭。

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1 000磅力 (4.5千牛頓) ，工作時間10秒。但一枚火箭足以將飛船帶回地球。制動時一枚火箭先點火，5秒後第二枚點火，再5秒後第三枚點火。

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。3號和4號在無人飛行測試中因事故而被毀。11號在返回地球后沉沒，直到38年後才被從大西洋底打撈上來。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。

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）用來測試飛船回收系統，逃逸塔和運載火箭。

水星飛船用於運載單人進入太空並將其安全送回。它的外形呈圓錐狀，長2米，錐底直徑1.9米，錐頂裝有小圓柱體。根據任務的不同，安裝在助推火箭頂端的飛船重量可在1 043千克到1 360千克之間。飛船的上部有一個緊急逃生塔，它可以將太空艙從助推火箭上分離並將其推升到一定的高度。在該高度下，降落傘能夠打開並將太空艙和宇航員安全送回離發射架不遠的地面上。在飛船的底部有一塊隔熱罩和一台減速發動機，隔熱罩可以保護太空艙重返大氣層時不被燒壞，減速發動機則是一些小型的火箭助推器，它們的作用是在飛船重返大氣層時使其減速。

與任何飛船一樣，水星飛船必須具備以下系統：

水星計劃使用了三種火箭:

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主要用來進行逃逸塔和飛行中斷程序測試。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。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。大力神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，大力神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號計劃運送一顆衞星來評估遍佈全球的水星追蹤系統，但衞星隨火箭在飛行44秒後由靶場安全系統摧毀。

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（Sam）的獼猴。（名稱源自空軍的航天醫學院，也就是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。

含，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。

水星計劃運行期間，共有9次飛行任務被取消。按照規劃，水星計劃原本應當開展6次亞軌道飛行，但是隨着自由鍾7號任務順利落幕，其後的任務因雙子星計劃的啓動而被取消。