Gemini 3 est la première mission avec équipage du programme Gemini (1961-1966) mise sur pied par l'agence spatiale américaine, la NASA, dans le but de mettre au point les techniques spatiales qui seront mises en œuvre par le très ambitieux programme Apollo qui doit amener des hommes à la surface de la Lune. C'est la septième mission spatiale américaine emportant des astronautes et la première mission habitée américaine avec un équipage de deux personnes. La mission est lancée le par une fusée Titan GLV décollant de la base de lancement de Cap Canaveral avec à son bord Virgil Grissom, commandant de la mission et John Young.
Le principal objectif de est de valider le fonctionnement du vaisseau Gemini, le réseau de suivi terrestre, le système de propulsion OAMS () chargé d'effectuer les manœuvres orbitales et de contrôler l'attitude ainsi que le système de guidage utilisé pour la rentrée atmosphérique. Les objectifs secondaires portent sur l'évaluation de l'équipement des astronautes et les effets des vibrations (POGO) sur l'équipage, la réalisation de trois expériences et de photographies de la Terre.
Une fois en orbite, l'équipage utilise comme prévu la propulsion du vaisseau pour modifier les caractéristiques de celle-ci (altitude, plan orbital) puis après avoir bouclé trois orbites abaisse l'altitude à ( au périgée de manière à déclencher automatiquement la rentrée atmosphérique au cas où les rétrofusées seraient déficientes. Le vaisseau amerrit à du point visé. La mission, qui a rempli tous ses objectifs, a duré et .
Contexte
Le programme Gemini (1961-1966) est le deuxième programme spatial habité développé par les États-Unis après le programme Mercury. Son objectif est de mettre au point des techniques spatiales qui seront mises en œuvre par le très ambitieux programme Apollo qui doit amener des hommes à la surface de la Lune. Ces techniques que les capsules spatiales Mercury, trop rudimentaires (ils ne disposaient pas de système propulsif leur permettant de modifier ou corriger leur orbite), ne permettaient pas de tester sont notamment les manœuvres orbitales (en particulier le rendez-vous spatial et l'amarrage à un autre engin spatial) et les sorties extravéhiculaires. Pour remplir ces objectifs, l'agence spatiale américaine, la NASA, développe le vaisseau spatial Gemini. Cet engin biplace dispose de capacités de manœuvre en orbite importantes et, pour la première fois dans le monde de l'astronautique, met en œuvre un ordinateur embarqué. Ce vaisseau est placé en orbite par une fusée Titan, missile balistique intercontinental reconverti en lanceur. Entre 1963 à 1966, dix missions Gemini sont lancées : celles-ci atteignent tous les objectifs fixés et préparent le triomphe du programme Apollo. Les États-Unis à travers ce programme rattrapent leur retard sur le programme spatial soviétique.
est la troisième mission de ce programme mais la première qui emporte un équipage. Elle prend la suite de : Gemini 1 lancée le dont l'objectif était de tester la structure de la capsule et le fonctionnement de son lanceur, une fusée modifiée. Cette mission a également permis de tester le fonctionnement du segment sol (nouveaux systèmes de suivi et de communication) et d'entraîner les équipes au sol aux futurs vols Gemini habités. Gemini 2 lancée le est un simple vol suborbital destiné à tester différents systèmes du vaisseau, notamment le bouclier thermique lors de la rentrée dans l'atmosphère.
Caractéristiques techniques
Vaisseau Gemini
Le vaisseau spatial Gemini est le deuxième véhicule spatial américain mis au point par la NASA pour ses missions avec équipage. Conçu initialement comme une évolution du vaisseau Mercury, il est finalement un engin radicalement différent. D'une masse de , il peut emporter deux astronautes pour une mission de deux semaines. Il est équipé d'un radar pour les opérations de rendez-vous, d'un ordinateur de navigation et l'énergie est fournie par des piles à combustibles. Il dispose d'un système de propulsion qui lui permet de modifier son orbite en cours de mission. Le vaisseau Gemini a la forme d'un cône long de pour un diamètre maximal de . Sa masse totale est de . Contrairement au vaisseau Mercury, le vaisseau Gemini est composé de deux parties distinctes : d'une part le module de rentrée, dans lequel se tient l'équipage et qui revient sur Terre et d'autre part le module de service qui est largué avant la rentrée atmosphérique. Les équipements qui étaient à l'intérieur de la cabine dans le vaisseau Mercury sont majoritairement placés dans le module de service non pressurisé. Cette architecture permet de remplacer rapidement un équipement défaillant au sol.
Lanceur Titan
Le lanceur spatial est un missile balistique intercontinental adapté pour lancer les vaisseaux Gemini. Ce gros missile d'une masse de et haut d'environ comporte deux étages. Ses moteurs brûlent un mélange d'ergols hypergoliques de peroxyde d'azote et d'. À l'époque, l'agence spatiale américaine n'a pas le choix car il n'existe aucune autre fusée américaine capable de mettre en orbite les du vaisseau Gemini biplace ( pouvait placer en orbite basse). Le missile a été modifié pour réduire le niveau de vibrations longitudinales (effet pogo) très élevé en réduisant la pression dans la chambre de combustion des moteurs. Toutes les fusées du programme Gemini sont tirées depuis une unique rampe de lancement du missile, située sur la base de lancement de Cap Canaveral et reconvertie pour un usage civil.
Objectifs de la mission
Le déroulement et les objectifs de la mission restent peu précis jusqu'à quelques mois avant le lancement. Selon les directives arrêtées en , la mission doit permettre de démontrer et d'évaluer les capacités du vaisseau, le système de lancement et les procédures requises par les futures vols de longue durée et les rendez-vous orbitaux. Ces objectifs ne vont se préciser que début 1965. La durée de la mission est la caractéristique la plus débattue. Il était prévu en 1963 que le vaisseau boucle trois orbites. Mais cela semblait très court pour vérifier l'aptitude du vaisseau Gemini à réaliser des vols de longue durée et des rendez-vous orbitaux. Les astronautes souhaitent que la durée de la mission se décide en vol en fonction de l'appréciation de l'équipage. Mais la direction du programme Gemini décide de limiter la mission à trois orbites car le réseau de stations de suivi au sol n'est capable à l'époque de cette mission d'assurer qu'une couverture géographique limitée.
L'objectif principal de est de valider la manœuvrabilité du vaisseau Gemini en utilisant son système propulsif OAMS. En , seulement quelques mois avant le lancement, l'état-major de la NASA donna l'ordre de modifier le plan de vol de de manière à garantir la rentrée atmosphérique du vaisseau en cas de défaillance des rétrofusées chargées de cette manœuvre (un scénario au centre du thriller spatial Marooned de Martin Caidin publié en 1964). Les responsables du programme modifient en conséquence les caractéristiques des manœuvres réalisées avec l'OAMS, la dernière devant placer le vaisseau sur une orbite passant à une altitude suffisamment basse ( au périgée) pour déclencher la rentrée atmosphérique.
est le premier vol américain embarquant deux astronautes et le premier vol où, au cours de la rentrée, la portance du vaisseau a été utilisée pour modifier le point d'amerrissage. La mission est suivie par le centre de contrôle Mercury.
Expériences scientifiques
Bien que les missions Mercury aient embarqué quelques expériences scientifiques, il y avait eu peu de réflexions sur le sujet pour les missions Gemini jusqu'au lancement de la dernière mission Mercury mi-1963. Une première étude est lancée au cours de l'été 1963 et un groupe de travail est constitué en pour sélectionner des expériences. Compte tenu de la courte durée de la mission qui limitait le temps que l'équipage pouvait consacrer aux expériences et du fait que le vaisseau avait été déjà assemblé, le groupe de travail décide de privilégier des expériences déjà mises au point et ne nécessitant qu'une contribution modeste de la part des astronautes. Trois expériences qui avaient été proposées pour le vol Mercury-Atlas 10 mais qui n'avaient finalement pas volé sont choisies : La première expérience, destinée à tester les effets du rayonnement et de la faible gravité sur les cellules, est proposée suite aux constats, lors des missions spatiales précédentes, que les effets biologiques de l'environnement spatial était plus important que ce qui était anticipé. C'était préoccupant compte tenu de la durée beaucoup plus importante des futures missions. Deux explications étaient envisagées : l'impact de particules lourdes du rayonnement habituellement bloquées par l'atmosphère et donc non reproductible dans les laboratoires terrestres ou les conséquences de l'interaction entre l'environnement spatial (en particulier le séjour prolongé en apesanteur) et le rayonnement. Pour tester ces théories l'expérience consiste à exposer des cellules de sang humain aux effets de l'apesanteur et de comparer la fréquence des anomalies apparues au niveau des chromosomes par rapport aux mêmes mesures sur un échantillon de sang resté au sol. La deuxième expérience destinée à tester les changements dans les cellules induits par l'exposition prolongée à l'apesanteur, consiste à mesurer les changements dans le processus de division cellulaire d'œufs d'oursin fertilisés. La troisième expérience consiste à larguer à une altitude de d'eau qui en se mélangeant avec le plasma ionisé entourant le vaisseau sont censées améliorer les communications radio durant la période de black-out généré par la traversée de l'ionosphère.
Équipage
La composition de l'équipage de la mission est rendue public le par le directeur du Centre des vols avec équipage Robert Gilruth. Il est composé de Virgil I. Grissom qui fait office de commandant de bord et de John W. Young. Tous les deux sont des astronautes expérimentés. Grissom fait partie du premier groupe d'astronautes sélectionné par la NASA. Il a déjà effectué un vol suborbital le . Young, plus jeune, fait partie du deuxième groupe d'astronautes sélectionné en par la NASA et il n'a jamais volé. Comme à chaque mission un équipage de réserve est désigné au cas où l'équipage principal serait défaillant (maladie, blessure). Il est composé de Walter Schirra commandant de bord et de Thomas Stafford.
Préparation de la mission
vignette|Le vaisseau Gemini est fixé sur le lanceur Titan dans la salle blanche du pas de tir 19.
Pour se préparer à sa mission, l'équipage va s'entraîner durant . Début , les quatre hommes composant l'équipage principal et celui de réserve se rendent d'abord dans l'établissement du constructeur du vaisseau Gemini (McDonnell) situé à Saint-Louis pour s'entraîner sur le simulateur de vol du vaisseau conçu pour reproduire de manière fidèle (mouvements, bruit, visuels) le déroulement d'une mission de la préparation du décollage jusqu'au lancement. Mais le simulateur est encore en cours de mise au point et la trentaine d'heures que les astronautes passent dans celui-ci portent sur le fonctionnement général des systèmes et des opérations. En juillet et aout, les deux équipages de s'entrainent à Dallas sur un simulateur développé par Ling-Temco-Vought reproduisant le déroulement du lancement dans tous les cas de figure pouvant être provoqués par une défaillance du lanceur ou du vaisseau. Tout au long de cette période de préparation, les astronautes effectuent chaque mois de vol sur les avions à réaction de l'Armée de l'Air. Ils participent également à un grand nombre de réunions à Saint-Louis, Houston et au Centre spatial Kennedy. Les revues de planning, la formation sur les expériences qui doivent être emportées à bord du vaisseau, les tests des combinaisons spatiales, les aspects biomédicaux ainsi que d'autres aspects opérationnels remplissent jusqu'à l'excès leur emploi du temps..