תוכנית מרקורי

מטרות וקווים מנחים

מטרת התוכנית הייתה לשלוח חללית מאוישת למסלול סביב כדור הארץ, לבחון את יכולת תפקוד האסטרונאוטים בחלל, ולאסוף בשלום את האסטרונאוט וחלליתו בתום המשימה.
נאס"א הציבה גם מספר קווים מנחים לתוכנית: שימוש בטכנולוגיות קיימות וציוד קיים יעשה בכל מקום בו הדבר מעשי, עיצוב המערכות יעשה בצורה הכי אמינה ופשוטה, משגר קיים ישמש לשיגור החללית למסלול, ותוכנית בדיקות הגיונית ומתקדמת תוכנס לשימוש.
דרישות התוכנית לחללית היו כי עליה להיות מצוידת במערכת מילוט אמינה שתפריד את החללית (והאסטרונאוט שבתוכה) מהמשגר במקרה חרום; לטייס צריכה להיות יכולת שליטה ידנית על גובה חלליתו; החללית צריכה להיות מצוידת במערכת מנועים רקטיים המסוגלת להפיק נאמנה דחף להוצאת החללית ממסלול; על החללית להיות כלי עם אפס עילוי כך שתוכל לשמש כבלם יעיל בעת החדירה לאטמוספירה; על החללית להתאים לנחיתה בים.

פיתוח התוכנית

ב־7 באוקטובר 1958 אישר מנהל נאס"א, קית' גלנן, את תוכנית מרקורי, וב־17 בדצמבר הודיע על התוכנית לציבור.
ב־29 בדצמבר 1958 קיבלה נורת' אמריקן אוויאיישן חוזה לתכנון ובניית משגר הליטל ג'ו, שישמש לבחינת מערכת המילוט של החללית מרקורי. בינואר 1959 נבחרה מקדונל איירקראפט קורפוריישן לשמש כקבלנית הראשית בפיתוח החללית מרקורי, וחוזה לבניית 12 חלליות הוענק לה בפברואר. באפריל, שבעה אסטרונאוטים, שנודעו כ"שביעיית מרקורי" (Mercury Seven), ורשמית "קבוצת האסטרונאוטים 1", נבחרו להשתתף בתוכנית.
במאי 1959 סיפקה נורת' אמריקן אוויאיישן את שני משגרי הליטל ג'ו הראשונים, וביוני סופק משגר אטלס D, שנודע בכינוי "ביג ג'ו", לשימוש בטיסת מבחן תת־מסלולית למגן החום. ביולי שונה התכנון להשתמש בטיל היופיטר לטובת שימוש בטיל הרדסטון, שהוסב למרקורי־רדסטון. באוקטובר סיפקה ג'נרל אלקטריק למקדונל את מגן החום שיועד לשמש את חללית מרקורי הראשונה. בדצמבר היה המשגר שיועד למשימת מרקורי־רדסטון 1 מוכן להתחיל בדיקות סטטיות שהותקנו במבחן עמידה ב־ABMA.
בינואר 1960 העניקה נאס"א לווסטרן אלקטריק קומפני חוזה לבניית מערכת עיקוב לחלליות. החוזה הוערך ביותר מ־33 מיליון דולר באותו חודש, פחות משנה לאחר הענקת החוזה, סיפקה מקדונל את חללית מרקורי הראשונה. ב־12 בפברואר מונה קריסטופר קראפט לראש קבוצת המבצעים והתאום של תוכנית מרקורי. באפריל הועברה החללית הראשונה לאי וואלופס לשם בחינתה יחד עם מערכת המילוט. הבדיקה הושלמה בהצלחה ב־9 במאי.

פנים החללית והשליטה עליה

בגלל נפחה הקטן של החללית נאמר עליה כי היא "נלבשה" על הטייס. עם נפח מדוחס של 1.7 מ"ק, יכלה החללית להכיל איש צוות יחיד. היו בחללית 120 בקרים: 55 מתגים חשמליים, 30 נתיכים ו־35 ידיות מכניות. החללית עוצבה על ידי מקסים פגט וקבוצת משימות החלל של נאס"א.
למרות ניסיונם של האסטרונאוטים כטייסי ניסוי, נאס"א הגדירה אותם בתחילה כ"משתתפים משניים" במהלך טיסתם. עובדה זו הביאה לקונפליקטים רבים בין האסטרונאוטים והמהנדסים במהלך תכנון החללית. עם זאת, בניגוד לדיווחים אחרים, מובילי התוכנית תמיד תכננו כי הטייסים יוכלו לשלוט בחלליתם, מכיוון שהעריכו כי ביכולתם של הטייסים לתרום להצלחת המשימה. התאמות הגובה הידניות שביצע ג'ון גלן במהלך טיסתו המסלולית הראשונה, היוו דוגמה לחיוניותה של שליטה שכזו. כמו כן, האסטרונאוטים ביקשו, וגם קיבלו, חלון גדול יותר ושליטה ידנית על החדירה לאטמוספירה.

מתאר משימה

בזמן שיגור המשימה, החללית מרקורי והאסטרונאוט היו מוגנים מפני תקלות שונות בטיל השיגור, על ידי מערכת המילוט (LES). מערכת זו כללה מנוע רקטי מונע בדלק מוצק, בעל דחף של 231 קילו־ניוטון, שכלל שלושה נחירי פליטה שהורכבו על מגדל שהוצב בחרטום החללית. במקרה חירום, ה־LES הייתה מופעלת לשנייה אחת, בעודה מרחיקה את החללית והאסטרונאוט מהמשגר העלול להתפוצץ. לאחר מכן הייתה החללית נוחתת בשלום באמצעות מצנחיה. עם סיום בעירת המאיצים, כבר לא היה צורך במערכת ה־LES, ולכן היא הופרדה מהחללית באמצעות מנוע דלק מוצק בעל דחף של 3.6 קילו־ניוטון שבער במשך 1.5 שניות.
עם סיום מוצלח של השיגור, החללית הפעילה מערכת בעלת שלושה מנועים קטנים בעלי דחף של 1.8 קילו־ניוטון במשך שנייה אחת, שהפרידה את החללית מהמשגר. מנועים אלו נקראו "פוסיגרייד" (posigrade).
החללית כללה מנועים לשליטה רק בכיוונה. החללית צוידה רק בבקרי שליטה במסלול - אחרי הכניסה למסלול וקצת לפני הצתת מנועי ההאטה לשם חדירה לאטמוספירה, לא הייתה אפשרות לשנות מסלול. לחללית היו שלושה סטים של סילוני בקרה אוטומטיים, ובקרי סילון ידניים נפרדים, אחד לכל ציר (גלגול, סיבסוב ועלרוד), שהונעו משני מכלי דלק נפרדים, אחד אוטומטי ואחד ידני. הטייס היה יכול להשתמש בכל אחד ממערכות הסילונים, ולתדלק אותם מכל אחד משני מכלי הדלק, כדי לשלוט בכיוון החללית. החללית תוכננה לשליטה מהקרקע במקרה והטייס לא מסוגל לתפקד.
לחללית היו שלושה מנועי האטה מונעים בדלק מוצק, בעלי דחף של 4.5 קילו־ניוטון וזמן בעירה של 10 שניות כל אחד. מנוע אחד בלבד הספיק לחללית כדי לחזור לכדור הארץ אם שני המנועים האחרים כשלו. המנועים הופעלו בהפרשים של חמש שניות אחד מהשני.
בחרטום החללית הורכב מדף מתכתי קטן ששימש לסיבוב החללית אם היא חדרה לאטמוספירה עם חרטומה קודם (הכיוון הלא נכון), כך שמגיני החום שבתחתית החללית יספגו את מרב חום החדירה. במהלך החזרה מטיסה מסלולית הרגיש האסטרונאוט כ־8 ג'י, ובחזרה מטיסה תת־מסלולית הרגיש בין 11 ל־12 ג'י.
בתכנונים מוקדמים של מגן החום של החללית הוצע להשתמש או בצלעות קירור מבריליום או במגן חום "חודר" (Ablative). בדיקות נרחבות יישבו את הבעיה כאשר מגן החום ה"חודר" נמצא אמין ביותר (עד כדי כך שניתן היה להקטין את עוביו בצורה בטוחה, ולהקטין את מסתה הכוללת של החללית), קל יותר לייצור (הבריליום באותה תקופה היה מצוי בכמויות קטנות ויוצר רק על ידי חברה אחת בארצות הברית) וזול יותר. פני מגן החום צופו בשכבות רבות של אלומיניום ופיברגלס. כאשר הגיעה החללית לטמפרטורה של כ־1,100 מעלות צלזיוס בעת החדירה, היו השכבות "בולעות" את החום ומתפוררות. במהלך החדירה הייתה החללית מתחממת אך לא בצורה שסיכנה את החללית או את הטייס.
לאחר החדירה, בגובה 21,000 רגל (6.4 ק"מ), היה נפרש מצנח קטן ששימש להאטה ראשונית של החללית. המצנח הראשי נפרש בגובה 10,000 רגל (3 ק"מ) והאט את החללית עוד יותר לקראת הנחיתה. רגעים לפני הנחיתה במים התנפח בלון אוויר מתחת למגן החום שהפחית את עוצמת הפגיעה. עם הנחיתה התנפחו עוד בלונים סביב חרטום החללית ששמרו עליה כך שתצוף עם חרטומה מופנה כלפי מעלה, והמצנחים שוחררו. כשמסוק החילוץ לכד בהצלחה את הקפסולה הפעיל הטייס נפצים שהעיפו את פתח הקפסולה כך שיוכל לצאת. ניתן היה לצאת מהקפסולה גם דרך חרטום הקפסולה.

ייצור

נאס"א הזמינה ממקדונל איירקראפט קורפוריישן 20 חלליות מרקורי, ממוספרות מ־1 עד 20. חמש מתוך ה־20 (10, 12, 15, 17 ו־19) לא שוגרו. קפסולות 3 ו־4 הושמדו במהלך שיגורים לא מאוישים. קפסולה מספר 11 טבעה עם חזרתה מהמשימה המאוישת מרקורי־רדסטון 4 (האסטרונאוט חולץ בשלום) וחולצה מהמים 38 שנה מאוחר יותר, ב־1999. מספר קפסולות עברו שיפוץ או שדרוג לאחר יצורן המקורי (להארכת משך שרידותן בחלל) ולזהויין נוספה אות (אחרי המספר) לדוגמה 2A ו־15B (ה־B משמעותו שהחללית שופצה פעמיים). מספר דגמים ומודלים של החללית נבנו ושימשו לבחינת מערכת המילוט ומגיני החום בעת החדירה. בדיקות אלו בוצעו במרכז המחקר לנגלי ובאי וואלופס על גבי משגרי ליטל ג'ו וביג ג'ו (אטלס D).

שיגורי מרקורי מאוישים

סך הכל שוגרו לחלל במסגרת התוכנית שש משימות מאוישות. הידועות מבין השש הן הראשונה והשלישית. במשימה הראשונה, ששוגרה ב־5 במאי 1961, הפך אלן שפרד לאמריקאי הראשון בחלל ולאדם השני בחלל אחרי יורי גאגרין הרוסי שטס בחלל חודש לפי כן. במשימה השלישית, ששוגרה ב־20 בפברואר 1962, הפך ג'ון גלן לאמריקאי הראשון שהקיף את כדור הארץ (ולאדם השלישי אחרי גאגרין וגרמן טיטוב).
שתי משימות תת־מסלוליות שתוכננו בוטלו כיוון שהתגלו כחסרות משמעות ופחות מתקדמות מהמשימות המסלוליות ששיגרה ברית המועצות. גם שלוש משימות מסלוליות בוטלו כי הובן שהחללית הגיעה לגבול יכולותיה.
החל מטיסתו של אלן שפרד ב"פרידום 7", קראו האסטרונאוטים לחלליתם בשם שהסתיים במספר 7, כסימן לעבודת הצוות של חבריהם האסטרונאוטים.

מערך העקיבה ומרכז הבקרה

על מנת לעקוב אחר החללית בעודה בחלל ובחזרתה לכדור הארץ, הוקמה רשת תחנות רדיו לאורך קו המשווה. שתי רשתות עיקוב כבר היו קיימות, אחת למשימות רובוטיות ואחת למשימות חלל עמוק, אך הן לא התאימו למשימות מאוישות.
כמו כן הוקם מרכז בקרה לתוכנית בנמל החלל קייפ קנוורל, אשר ממנו נשלטו ונוטרו שיגורי התוכנית, הטיסות הרובוטיות המאוישות, ופעילויות שונות הקשורות לתוכנית. מרכז בקרה זה שימש גם לשליטה במשימה המאוישת הראשונה בתוכנית ג'מיני - ג'מיני 3 - אך מאחר שתוכנית זו דרשה ציוד מתקדם יותר נבנה עבורה מרכז בקרה חדש.

סמלי המשימות

תגי משימות, כביכול של תוכנית מרקורי, פורסמו וזמינים לקהל (תגים אלו מופיעים בטבלת המשימות המאוישות לעיל). במציאות, תגי אלו עוצבו על ידי יזמים פרטיים מספר שנים לאחר סיום התוכנית. הדרישה לתגי משימות לתוכנית מרקורי באה מהציבור לאחר שטייסי תוכנית ג'מיני עיצבו לעצמם תגי משימה. כאשר שוגרו טייסי תוכנית מרקורי, הם לבשו על חליפת החלל שלהם רק תג עם סמל נאס"א ותג עם שמם. עם זאת, כל טייס מרקורי קיבל את הזכות לתת שם לחלליתו, שם ששימש כאות הקריאה לחללית וכן עיטר את החללית מבחוץ.

סרטים

ב־1983 יצא סרט קולנוע אמריקאי - The Right Stuff - שתיאר את תוכנית מרקורי על פי ספר בעל אותו שם שכתב טום וולף ושיצא לאור ב־1979. הסרט עוסק גם בטיסות ובטייסי הניסוי במטוסים כגון ה־X-1 וה־X-15 שקדמו לתוכנית.
בפרק הראשון של סדרת הטלוויזיה הדוקומנטרית הבריטית "When We Left Earth: The NASA Missions" מתוארת תוכנית מרקורי. התוכנית שודרה לראשונה בארצות הברית ב־2008.

בולים

ב־1962 כיבד משרד הדואר של ארצות הברית את טיסת מרקורי־אטלס 6 בבול המתאר את המשימה. הבול נמכר לראשונה בקייפ קנוורל, פלורידה, ב־20 בינואר 1962, יום שיגור המשימה. ב־4 במאי 2011 הוציא משרד הדואר בול לכבוד יובל שנים לשיגור האמריקאי הראשון לחלל - אלן שפרד - ששוגר ב־5 במאי 1961.

פרסים

ב־25 בפברואר 2011 העניקה Institute of Electrical and Electronics Engineers‏ (IEEE), האגודה המקצועית הגדולה בעולם להנדסת חשמל ואלקטרוניקה, פרס לחברת בואינג (ממשיכתם של מקדונל איירקראפט קורפוריישן ומקדונל דאגלס) על פיתוחים המהווים ציון דרך טכנולוגי, שפותחו בתוכנית מרקורי. IEEE מעניקה את הפרס לתוכניות ופרויקטים שהושלמו לפחות 25 שנים לפני הענקתו. בואינג קיבלה את הפרס הודות ל"מערכות הניווט, השליטה, הייצוב וטוס־על־חוט שהוצגו בחללית מרקורי".