A Mercury űrhajó az Egyesült Államok legelső embervezette űrprogramjában, a Mercury-programban alkalmazott űrhajótípus volt. Funkciója szerint a NASA kétféle feladatra szánta, egyrészt a legelső repüléseken szuborbitális repülésekre, ún. űrugrásokra, másrészt később teljes értékű, Föld körüli pályán vezetett repülésekre. Felépítését tekintve pedig egyetlen űrhajós hordozására alkalmas, egyetlen egységből álló típus volt.
A NASA 1958-ban azt a feladatot kapta Eisenhower elnöktől, hogy a világon elsőként juttasson fel egy embert a világűrbe. Erre a feladatra tervezett Max Faget tervező egy űrkabint, amelynek tervezési alapelvei két sarokponton nyugodtak, miszerint a lehető leggyorsabban készüljön el, tekintettel a szovjetekkel vívott űrversenyre és a győzelmi kényszerre, mivel a világ első műholdjánál elvesztett presztízs miatt szükség volt a gyorsaságra, valamint arra, hogy a lehető legkönnyebb legyen, mert az USA szűkében volt nagyteljesítményű rakétáknak, amellyel hatékonyan az űrbe lehetett juttatni egy űrhajót.
Rövid tervezés után a gyártásra a McDonnell Aircraft kapott szerződést, majd 1960-ra készen álltak az űrhajók a tesztelésre. 1960. december 19-én megtörtént az első űrhajó tesztrepülése a Mercury–Redstone–1A-val egy automatikus vezérlésű űrugrásra. Majd a sorozatos tesztek végén 1961. május 5-én felbocsátották Alan Shepard űrhajós Freedom 7 névre keresztelt űrhajóját, amely azonban csalódás maradt a közvélemény előtt tekintve, hogy a világelsőségért vívott versenyben Jurij Gagarin a Voszhod–1-gyel megelőzte és elorozta a NASA orra elől a világ első űrbe jutott embere címet. Ez követően az első Föld körüli pályára indított űrhajója a Mercury–Atlas–6 lett, John Glennel a fedélzetén, igaz ez is óriási lemaradásban a szovjetek Vosztok repüléseivel szemben. Összesen hat Mercury űrhajó startolt el a program során – amelyből 2 űrugrást, 4 orbitális repülést végzett –, az utolsó Gordo Cooper űrhajós Mercury–Atlas–9-ese volt 1963. május 15-én.
Az űrverseny versenyfutásában a Mercury űrhajó a szovjetek Vosztok űrhajójával konkurált folyamatosan, ám minden tekintetben alulmaradt azzal szemben. A Mercury sebtében tákolt lélekvesztőnek számította a maga 1400 kg-jával a Vosztok tekintélyes 4700 kg-jával szemben és a két program közvetlen összecsapásában esélye sem volt, hogy az amerikaiak utolérjék az ellenfelet az űrteljesítményekben, így három év és összesen 6 repülést követően a NASA egy sokkal korszerűbb, bár a Mercury-hoz hasonló és annak egyenesági leszármazottjának tekinthető Gemini űrhajóval folytatta a versenyt.
Fejlesztésének története
A koncepció
A Mercury–program indulása – ahogy magának a NASA-nak az elindítása – nem volt projekt jellegű, hanem egy meglévő folyamatot vittek tovább az új szervezetben, majd vált egyedi programmá, kapott nevet és szervezetet. A program magja 1958 augusztusából származik, amikor Hugh Dryden NACA igazgató és Robert Gilruth a Langley Repülési Kutatólabor (a későbbi Langley Űrközpont) helyettes vezetője tájékoztatta a Kongresszust egy emberrel a fedélzetén az űrbe juttatandó űrkapszula tervéről, melyhez 30 millió dollár támogatást is kértek. Ebben a vázlatos alapvetésben megfogalmazták az leglényegesebb célokat is, amelyek az űrbe juttatandó eszközről a következőképpen szóltak: „Az űrjármű egy nagy aerodinamikai fékeződésre tervezett ballisztikus kapszula lesz. Lehetőleg statikailag stabilnak kell maradnia az űrjárműnek a légkörön át vezető út során előforduló Mach-számokkal jellemzett sebességeken. Strukturálisan a kapszulának ki kell bírnia a lassulás, a hőterhelés és a légerők bármiféle kombinációját, ami egy sikeres, vagy megszakított repülés fel- és leszállásakor kialakulhat.”
A fenti összegzés egy a NACA és a Hadsereg között már régebb óta zajló fejlesztési egyeztetésen alapult, amelyben több fejlesztési elképzelés is versenyzett. Ezek közül az egyik legígéretesebb egy 1946-ban a NACA-hoz csatlakozott mérnök, Maxime Faget elmélete volt. Faget azt javasolta, hogy a világűr elérésére csakis rakéta, azon belül is a Hadsereg által használt ICBM-ek egyike lehet a megoldás, azok közül is a legjobban az Atlas rakéta illett a legjobban a képbe. Faget azt javasolta, hogy fogjanak egy lecsupaszított Atlas rakétát (szereljenek le róla minden, az atom robbanófejek célba juttatásához szükséges eszközt (a harci fej leválasztó szerkezetet, a célzáshoz szükséges irányítórendszert), sőt nem kell az Atlas második fokozata sem, elég a másfél fokozatú kialakítás (amikor a főhajtómű mellett még kis oldalsó gyorsító fokozatok segítik a gyorsulást) és egy 700–900 kg-os űrkabin lehet vele pályára állítani. Járulékos előny volt, hogy ezzel a megoldássál három-négy hónapnyi fejlesztési időt is meg lehetett spórolni. A koncepció űrkabin részére is folytak kutatások, hogy annak milyen alakúnak kell lennie. Az atomrobbanófejek tervezésénél merült fel a probléma, hogy a ballisztikus pálya második szakaszában, amikor a robbanófej visszatér a magasból a légkörbe, hiperszonikus sebességgel, akkor óriási hőterhelés éri, amelynek a hatásait minél inkább csökkenteni kellett. Ennek a csökkentésnek az egyik módja az eszköz alakjának optimális megválasztása. Szélcsatorna kísérletek a tompa, lekerekített aljú kúpot adták ki megoldásul, amely elvezeti és eloszlatja a keletkező hőt.
Az előzőekben az űrhajóra vonatkozó kitétel (a „nagy aerodinamikai fékeződésre tervezett ballisztikus kapszula”) vonatkozásában végül a folyamat egyre inkább a Max Faget kész, ún. „bare Atlas (lecsupaszított Atlas)” koncepciója felé kanyarodott. Faget már 1946-tól foglalkozott a NACA-n belül rakétahajtással kapcsolatos kérdésekkel, és bekapcsolódott az X–15 rakétarepülőgép fejlesztésébe is. Az X–15 kísérletek később az X–20 Dyna-Soar (egy kezdeti űrrepülőgép koncepció) projektben folytatódtak, Faget részvételével. A tervező 1957 novemberében ismertette elképzelését egy lehetséges emberes űrrepülésre, amelyben létező katonai ballisztikus rakétákat képzelt el, mint a meghajtást biztosító eszköz, a Föld körüli pályáról való visszatéréshez szilárd hajtóanyagú fékezőrakétákat ajánlott, és az űrhajót szárnyak nélküli, a ballisztikus repüléshez megfelelő alakú kapszulaként vázolta fel. Egy 1958 januárjában tartott közös NACA – Air Force mérnöki megbeszélésen már Faget elképzelését vitték tovább. (Mintegy mellékvágányként a McDonnell repülőgépgyárban 1957 végén elinduló McDonnell Project 7969-ben – egy, a gyár saját kockázatára elindított űrhajófejlesztési projektben – Faget tanácsadói közreműködésével egy lehetséges, a koncepcióba passzoló űrkabin fejlesztései is elkezdődtek.)
A Space Task Group kapva kapott a kidolgozottságában már előrehaladott (több szakmai vitán is megvalósításra javasolt) elképzelésen és 1958 novemberének elején a Faget-féle „lecsupaszított Atlas” tervet hivatalosan is elfogadottnak tekintették.
Az űrhajó kifejlesztése bélyegkép|jobbra|380px|A Mercury űrhajó fejlesztési folyamata, 1958–59 bélyegkép|jobbra|200px|A Mercury űrhajó alakjának fejlesztési lépése, a legömbölyített forma alatt létrejövő lökéshullámmal
Tenderkiírás Az űrhajó tervezését Max Faget javasolta „csupasz Atlas” elképzelés mentén kezdték el. A NASA Langley Űrközpontjában megfogalmazott elvekből a Space Task Group 1958. október 20-ra állított össze egy kiírást, amit a reménybeli gyártók számára adtak ki később. A gyártási felhívást 1958. október 23-án küldték meg 40 gyártóüzem számára, amelyre 38 jelentkező válaszolt és küldte el képviselőit 1958. november 7-én az első tervezési megbeszélésre. A 38 jelentkezőből 19 mutatott érdeklődést az űrhajó létrehozására, így ők kapták az „S–6 Emberes űrhajó specifikáció” elnevezésű tervezési dokumentumot. 1958. december 11-re (az ajánlattételi határidőre) a mezőny 11 gyártóra szűkült.
A program sebességének felpörgetésére jellemző, hogy maga a NASA is alig járt előrébb a neki dolgozó beszállítóknál: míg a reménybeli gyártók a követelményeket tanulmányozták és az első tervvázlatokat készítették az ajánlatokhoz, maga az űrhivatal a beérkező ajánlatok műszaki, pénzügyi kiértékelési szempontrendszerét állította össze.
A kiválasztási procedúrában végül két egyenrangú jelölt jutott a végső fordulóba, a McDonnell Repülőgépgyár és a Grumman Repülőgépgyár. Kettejük közül végül egy különös indok döntött: a Grummannak az idő tájt több nyertes pályázata volt a Haditengerészet által kiírt tendereken, és a Space Task Group szerint félő volt, hogy a gyár nem tud majd megfelelni egyszerre több, nagy kihívást jelentő fejlesztési projekt elvárásainak és csúszni fog a Mercury űrhajó fejlesztése. Így aztán az űrhajó gyártásának jogát a McDonnell Repülőgépgyár nyerte el 1959. január 12-én. A szerződést James McDonnell, a gyártó vállalat elnöke 1959. február 5-én, míg Keith Glennan 1959. február 12-én írta alá, amelyben a gyártó dollár fejében vállalta, hogy megtervez, legyárt és leszállít a NASA számára 12 db Mercury űrkabint. A fejlesztés ütemére jellemző, hogy James McDonnell, egy 1957. májusi (még a Szputnyik–1 repülése előtti) beszédében még 1990-re tette az első ember űrbe juttatását, azaz több évtizedes fejlesztésben gondolkodott, amely aztán a gyakorlatban két év alatt lezajlott.
Fejlesztés A McDonnell már a tenderszakaszban megkapta a NASA 50 oldalas tanulmányát, amely az űrhajóval kapcsolatos alapvető tervezési ismérveket, szempontokat (lényegében a NACA/NASA alapkutatási eredményeit) tartalmazta. A NACA kísérletei a nukleáris robbanófejek légköri repülésének vizsgálatakor jelölték ki az utat a leendő űrhajók formáját illetően: a légkörben nagy sebességgel süllyedő test a levegő súrlódásától felhevül és ennek a hőnek az elvezetésére a legömbölyített forma a legmegfelelőbb, mivel nagy sebességnél az ilyen formájú test lökéshullámfrontot hoz létre maga előtt, ami a hő nagy részét is elvezeti. 1958–59-ben, a Langley Űrközpontban ezzel a formával kísérletezett Max Faget és fejlesztettek különböző formákat egy leendő űrkabin számára, amelyek betűjeleket kaptak egy egymásra épülő evolúció lépéseiként (A/B/C). A McDonell lényegében a „C”-jelű verziót kapta, mint tervezési kiindulópont (később, már a tényleges ejtőtesztek során alakult ki a „D” verzió formája, amely a véglegesen jóváhagyott variáció volt. A fejlesztés első lépcsője egy valós méretű, furnérlemezből és kartonpapírból kialakított makett felépítése volt, amelyen a rendszerek elhelyezhetőségét és a mentőtorony illesztését alakíthatták ki a mérnökök.
A kabin felépítésének alapgondolata a lehető legegyszerűbb volt: „az egyetlen cél, hogy embert juttassunk egy rövid időre a világűrbe”. Ez a gyakorlatban azt jelentette, hogy egyetlen térbe zsúfoltak be mindent, a navigációval, az űrhajós létfenntartásával, az űrhajó működésével kapcsolatos berendezést. Szinte minden rendszer a kabin belsejében kapott helyet, minden apró zugot kitöltve és alig hagyva helyet az űrhajós számára. (Később, már a repülések fázisában, a gyakorlatban derült ki, hogy ez az út egy tervezési zsákutca, mivel a kabin több pontján, az éppen rendelkezésre álló helyekre szétosztva bezsúfolt rendszerek, az azokat összekötő kábelezés káoszt okoz, és egy meghibásodás miatt több más rendszert is meg kell bontani és újraszabályozni a repülésre való felkészítés során. A probléma megoldására – éppen a Mercury űrhajóval szerzett negatív tapasztalatok alapján – a következő űrprogramtól, a Gemini-programtól kezdve bevezették az űrhajó két részre, űrkabinra és műszaki egységre osztásának filozófiáját).
bélyegkép|jobbra|260px|A Mercury űrhajó makettje egy szélcsatorna teszten