早在20世纪40年代末，美国的许多军事和研究部门就开始了载人航天所需的各种技术和可能性的研究工作，提出了大量的论证报告和方案，但是由于各单位独立行事，缺乏合作思想，局面十分纷乱，因此并没有形成可执行的计划。这种状况直到1958年才得以改观。不过也正因为这种“百花齐放”的局面，美国在载人航天的基本技术方面取得了很多有价值的研究成果。比如，这一时期提出的逃逸救生塔方案和用于减弱过载的“轮廓座椅”(Contour Couch)在后来的载人航天计划中都获得了应用。

　　逃逸救生塔方案是为了保证航天员在发射段的安全而提出的。载人飞船的上方安装了一圈小型固体火箭，喷口朝斜下方，当运载火箭点火或其它原因出现紧急情况时，启动小火箭可将整个飞船迅速脱离危险的运载火箭，然后用降落伞或弹射方法使航天员着陆。

　　当火箭携带航天器加速飞行时所产生的加速度超过重力加速度的倍数称为过载，“重力加速度”规定用“g”来表示，超过2倍就是2g;而超过10倍就是10g。过载对航天器内部仪器，特别对人体会产生直接影响。过载太大，航天员轻则昏迷，重则器官破坏甚至死亡。所以载人飞船的发射和返回都要保证不超过一定的过载。一般发射或者返回时,人体可以承受15g或者更大的过载。而能够保证航天员正常工作和生活的过载值一般不超过4～5g。

　　为了尽快结束航天事业发展中的混乱局面，更快地发展航天技术，美国在1958年制定了太空法案(Space Act)，以法律的形式确定了太空研究的计划、方向和目标,并且成立了新的机构——国家航空航天局(National Aeronautics and Space Administration，NASA)，将有关航空航天发展计划都纳入到该组织中。1958年8月8日，NASA正式接手载人航天计划，并于不久就公布了水星(Mecury)号载人飞船计划。

NASA标志

　　NASA介绍

　　NASA全称美国国家航空航天局，是世界上最大的民用航天机构。1958年10月1日NASA正式成立。当时所有国防部之下非军事火箭及太空计划在总统行政命令下一起归入NASA，包括正在进行的先锋计划和探险者计划，以及美国全部科学卫星计划。原国家航空咨询委员会(NACA)的3个实验室：兰利研究实验室、刘易斯研究实验室、艾姆斯研究实验室编入NASA，更名为兰利研究中心、刘易斯研究中心、艾姆斯研究中心。爱德华空军基地的飞行试验室改名为飞行研究中心，海军研究实验室有关先锋计划的部分划归NASA，在马里兰州组建了戈达德航天飞行研究中心。1960年6月接管冯·布劳恩领导的陆军弹道导弹局，在亨茨维尔组建马歇尔航天飞行中心负责大型运载火箭的研究计划。尔后NASA还相继调整、组建了肯尼迪航天中心、约翰逊航天中心、太空飞行器中心。今天，NASA已成为世界上所有航天和人类太空探险的先锋。

　　NASA下属机构

　　机构名称研究领域

　　艾姆斯研究中心Ames Research Center信息技术

　　德来顿飞行研究中心Dryden Flight Research Center大气层内飞行研究

　　格伦研究中心Glenn Research Center涡轮机械

　　戈达德太空研究所Goddard Institute for Space Studies地球环境研究、天体研究

　　戈达德航天飞行中心Goddard Space Flight Center科学研究、太空地球研究

　　独立认证与鉴定研究所Independent Verification & Validation Facility高级软件系统

　　喷气推进实验室Jet Propulsion Laboratory自动卫星研制、深空探测

　　约翰逊航天中心Johnson Space Center人类在太空的操作航天员的地面训练

　　肯尼迪航天中心Kennedy Space Center发射与货物处理中心

　　兰利研究中心Langley Research Center结构与材料

　　马歇尔航天飞行中心Marshall Space Flight Center火箭研究

　　斯塔尼斯航天中心Stennis Space Center推进试验系统

　　沃洛普斯飞行研究所Wallops Flight Facility亚轨道研究计划

　　白沙试验研究所White Sands Test Facility危险材料、部件和火箭推进系统的试验和评估

　　水星计划所要达到的目标与东方号计划基本相同。工程师们设计了一个圆锥形的飞船，总长约2.9米，底部直径约1.8米。飞船的顶端还有一枚逃逸火箭。底端的制动火箭为回收时提供脱离轨道的推力。进入大气层时，飞船底端的烧蚀材料用于防热。当太空舱落入较低的大气层时，太空舱顶端的降落伞打开，使航天员和太空舱安全地降落在海洋中。

　　为了争取美苏这场太空竞赛的第一，美国的工程师们作了很大的努力。可水星号早期的实验并不顺利，发生了多次事故。1961年春季这种情况似乎有了好转，1月和3月的两次实验都取得了良好的成果。为了在太空竞赛中抢先一步，太空任务小组提议提前进行载人航天飞行，但火箭专家冯·布劳恩却坚持要按原计划进行。4月12日，加加林实现太空飞行后，时间显得更加紧迫。令美国人可以稍许宽慰的是，5月5日，航天员阿兰·B·谢帕德乘坐水星飞船“自由7号”实现了一次亚轨道飞行，这次飞行被赫鲁晓夫称为“跳蚤的一跃”。之后NASA又进行了几次亚轨道和轨道飞行试验，对轨道飞行进行了充分的验证。1962年2月20日，航天员约翰·H·格林乘坐“友谊7号”飞船终于实现了美国人的航天梦。此后，水星号又进行了3次太空飞行，

　　水星号飞船载人飞行记录

　　飞船名称发射日期航天员备注

　　自由7号1961.5.5阿兰·B·谢帕德飞行15分28秒亚轨道飞行

　　自由钟7号1961.7.21维吉尔·I·格里索姆飞行15分37秒亚轨道飞行海上溅落时飞船沉入海底

　　友谊7号1962.2.20约翰·H·格林飞行4小时55分23秒美国首次载人轨道飞行绕轨道3圈

　　曙光7号1962.5.24M·斯科特·卡彭特飞行4小时56分5秒再次验证轨道飞行绕轨道3圈

　　西格玛7号1962.10.3沃尔特·M·谢拉飞行9小时13分11秒绕轨道6圈

　　信心7号1963.5.15L·戈登·库珀飞行34小时19分49秒较长时间的轨道飞行考察人体反应及飞船可靠性

　　水星计划虽然晚于苏联10个月才实现轨道飞行，但其技术上取得的成就却比东方计划更大，美国在整个水星计划中，将多种导弹改进作为运载火箭，从中获得了丰富的经验，这为后来的大型航天计划创造了必要条件。同时水星计划在技术上虽然比较复杂，可整个开发过程比较科学，具有推广的潜力，并且发展了几项新技术，在大型航天计划的管理上也积累了相当的经验。

　　水星计划结束后，当时的美国总统肯尼迪已经很明确地提出，把登月作为载人航天的发展目标。因此NASA花了两年时间来设计第二代飞船，即双子星(Gemini)飞船，作为登月计划和水星计划中间的过渡计划。而且这一计划的目的相当明确，主要是完善飞往月球所需的关键、但尚未经过测试的技术，包括：轨道变换、轨道会合、轨道对接以及在轨道上进行太空舱外活动。

　　为了准确地操纵飞船，设计人员为双子星安装了数个火箭发动机，使它可以在轨道上做向前、向后和侧向的运动，以改变轨道。复杂的任务要求由两人来驾驶飞船，这就使得飞船的体积增大。而且双子星飞船太空飞行的时间一般需要持续一到两周，以确定人体是否能够承受长时间的失重状态，所以需要大量的电力和能源，为了满足这个要求双子星飞船增加了设备舱，安装电源系统、推进剂储箱等设备。

　　当时使用的普通化学电池功率小、寿命短，不足以维持长期飞行，而太阳能电池技术上也不成熟，因此设计人员采用了燃料电池，这种电池依靠燃料的化学反应释放出来能量转变成为电能输出。

　　两名航天员，加上增加的支持系统、补给及推进剂，使得双子星号飞船的重量比水星号增加了一倍。要把它送入太空，水星号所用的宇宙神号运载火箭已经无能为力，大力神2号运载火箭便成了双子星号飞船的运载火箭。设计人员经过较长时间的考察发现运载火箭在发射时发生爆炸的机会极小，因此双子星取消了逃逸救生塔，采用弹射座椅作为应急情况下的救生措施。

　　双子星计划的一项主要内容是实现太空行走，NASA的设计人员考虑到如果为太空行走再设计一个过渡舱，势必会增加飞船的重量和大小，因此采用了一种简化的设计，不安装专门的出舱活动过渡舱，而直接将座舱作为过渡舱。双子星飞船的侧部各有一个矩形舱门，它具有极好的关闭密封性，可以在太空中打开和关闭。执行舱外任务时，航天员先使舱内氧气压力下降，采用航天服的供氧系统呼吸。当舱门打开时，任舱内氧气散失，出舱进行活动。当完成任务返回舱内时，关闭舱门后再重新放出氧气，使座舱增压。

　　回收方式上，飞船在返回前在轨道上抛掉设备舱，然后发动机舱的4台反推制动火箭点燃，将飞船推入再入轨道，最后再抛掉发动机舱，座舱像水星飞船一样单独再入大气层，下降到低空时打开降落伞，航天员和座舱一道在海上溅落。

　　1965年3月23日，双子星3号飞船进行了第一次载人太空飞行，航天员维吉尔·I·格里索姆和约翰·W·杨完成了这次飞行，飞行中航天员启动推进器改变自己的轨道形状，实施了倾角的微小改变。两个月后，航天员詹姆士·A·麦克迪维特和爱德华·H·怀特乘坐双子星4号进入太空飞行了5天，并且在绕轨道第三圈时，由怀特实现了美国人首次的太空行走，出舱时他身上连着一根管缆，利用一个手持的小型火箭来实现太空机动。

　　双子星计划的一个重要任务是实现轨道会合和对接。1965年12月4日和12月15日双子星7号和双子星6号分别进入太空，实现了太空会合，在间距只有40米的情况下持续飞行了7个多小时，最近时只有0.3米。尔后双子星8号和双子星9号的飞行任务都是与阿金纳火箭实现对接，但都未能实现。1966年7月18日双子星10号飞船载着约翰·杨和迈克尔·科林斯进入轨道，实现与阿金纳3号的对接任务，完成了登月计划的关键技术。接着双子星11号和12号飞船又分别实现了两次对接任务。

　　至此双子星计划圆满地完成了预定目标，作为一项既是过渡性又是独立的计划，取得了许多开创性的成就，也为阿波罗登月计划提供了极其宝贵的经验和科学技术成果。整个飞行期间，航天员共进行了52项试验，在不同高度上拍摄了1400张地球彩色照片，全面的研究了人在太空中长期工作和生活的情况。为航天技术人员及地面机组人员提供了发射火箭所需的大量的实践活动。到双子星12号飞行结束时，美国航天员已经有了2000小时的太空飞行记录，而此时苏联的飞行时数只有500多小时，美国人至此开始领先于苏联。