Меркурий-Редстоун-4 — второй пилотируемый суборбитальный полёт США. Астронавт Вирджил Гриссом в ходе шестнадцатиминутного суборбитального полёта по программе «Меркурий» пилотировал космический корабль Liberty Bell 7. Тем самым он стал вторым американцем в космосе. NSSDC ID — MERCR4.

Устройство корабля У космического корабля № 11 был новый люк, отстреливаемый пироболтами. Это позволяло астронавту быстро покидать космический корабль в случае чрезвычайной ситуации. Медики — работники поисково-спасательных служб, находясь снаружи могли его удалить, дёрнув за внешний вытяжной шнур. В то время существовали стандартные катапультируемые кресла, используемые в военных самолётах, но в этом варианте корабля Меркурий пилот должен был самостоятельно вылезти из капсулы или воспользоваться помощью специалистов службы спасения. Это было трудной и долгой процедурой. Извлечение травмированного или потерявшего сознание астронавта через главный люк было почти невозможно. Этот специальный люк был затянут 70 болтами и покрыт несколькими слоями различных видов защиты космического корабля, все это очень замедляло процесс открытия люка.

Инженеры Макдоннелла предложили два различных варианта люка (его быстрого удаления) космического корабля Меркурий. Один «быстрый люк с замком», использовался при полёте шимпанзе Хэма на Меркурий-Редстоун-2 и в полёте Шепарда на Меркурий-Редстоун-3. Во втором варианте люк отстреливался взрывом. «Быстрый люк с замком» весил 31 кг, что было слишком много для орбитальной версии космического корабля. Вариант «отстреливающегося люка» использовал 70 оригинальных болтов. Через каждую четверть дюйма (6,35 мм) в болте из титана было сделано отверстие диаметром 1,5 мм, которое создавало слабое место. Небольшой взрывной заряд (MDF) был установлен в зазоре по окружности между внутренней поверхностью люка и внешней поверхностью корабля. Когда происходил взрыв (MDF), болты разрушались в слабом месте.

Было два варианта активации «отстреливающегося люка» после приземления. На внутренней части люка была установлена кнопка. Пилот мог удалить предохранитель и нажать на кнопку с силой 5-6 фунт-сил (25 Н), активировав тем самым заряд, происходило разрушение болтов, а люк отлетал в сторону. Если предохранитель оставить на месте, потребовалось бы усилие 40 фунт-сил (180 Н). С внешней стороны спасатель мог открыть люк, удаляя вытяжной шнур. «Отстреливающийся люк» весил всего 10 кг.

Другим новшеством было окно трапециевидной формы, которое заменило два 250-миллиметровых иллюминатора. Многослойные стёкла для окна были изготовлены нью-йоркской фирмой «Corning Glass Works». Внешнее стекло было толщиной 8,9 мм из тугоплавкого стекла Vycor. Оно могло противостоять температурам 816—982 °C. Внутреннее стекло было трёхслойным. Средний слой был толщиной 4,3 мм — из стекла Vycor, а внешние слои — простое стекло. Этот новый пакет был прочен и выдерживал высокое давление, как и любая часть космического корабля.

В ручные средства управления МР-4 добавили новую систему управления — стабилизацию по горизонту. Управление ориентацией осуществлялось небольшими поворотами ручки управления. Раньше было необходимо включение маршевого двигателя, что влекло за собой большой расход топлива. Теперь это было более просто и легко, экономило топливо и корабль был постоянно правильно ориентирован.

Перед полётом МР-4 специалисты из Научно-исследовательского центра Льюиса и инженеры из Рабочей группы решили перенести ускорители последней ступени ракеты-носителя на космический корабль, что увеличивало тягу на 78 %. Они включались после отделения космического корабля от ракеты-носителя, получался бы эффект «пугача». Благодаря этой технологии космический корабль отделялся бы со скоростью 8,6 м/с, а не 4,6 м/с.

Были изменены кольца зажима адаптера ракеты-носителя и добавлена поролоновая подкладка в ложемент астронавта. Использовалась дополнительная пена, чтобы уменьшить тряску пилота на этапе выведения. В космическом корабле была переставлена приборная панель, чтобы обеспечить лучший обзор астронавту.

Подготовка полёта В январе 1961 года основным пилотом корабля был назначен астронавт Вирджил Гриссом, дублёром — Джон Гленн. 8 июня 1961 года ракета-носитель Редстоун MRLV-8 достигла Мыса Канаверал. Все было готово к 15 июля 1961 года. Кроме того, 15 июля 1961 года Гриссом объявил, что назовёт свой корабль Меркурий-4 — «Колокол Свободы 7». Гриссом сказал, что это имя подходило для колоколообразного космического корабля. Он также сказал, что имя было синонимично со «свободой». Как дань настоящему Колоколу Свободы, на космическом корабле нарисовали «трещину».

Миссия Меркурий-4 была запланирована как повторение полёта Меркурий-3. Корабль должен был достигнуть апогея 187 км. Запланированная дальность полёта составляла 481 км. Гриссом испытал бы максимальное ускорение 62 м/с² и ускорение при торможении 107 м/с².

Запуск «Колокола Свободы 7» был запланирован на 16 июля. Из-за непогоды запуск дважды отложен. 19 июля 1961 Гриссом был на борту «Колокола Свободы 7», когда полёт опять был отложен из-за погоды, до старта оставалось всего 10 минут 30 секунд.

Утром 21 июля 1961 года, Гриссом занял место в «Колоколе Свободы 7» в 8:58 UTC, за ним были закручены 70 болтов люка. За 45 минут до запуска обслуживающий техник обнаружил, что один из болтов люка болтается. Старт был отложен на 30 минут, в течение которых специалисты из Макдоннелла, NASA и инженеры Рабочей группы пришли к выводу, что 69 болтов должны удержать люк на месте. Болтающийся болт не был заменён. «Колокол Свободы 7» стартовал в 12:20:36 UTC 21 июля 1961 года.

Старт

Гриссом после полёта признался, что был «немного испуган» в момент отрыва ракеты от стартового стола, но с увеличением ускорения понял, что все идёт нормально. Слыша рев двигателей, он подумал о том, что время течёт медленно. Как и Шепард, он был поражён плавным набором скорости, но в течение какого-то времени он ощущал серьёзные колебания. Они не были достаточно сильны, чтобы влиять на его зрение. Давление в каюте Гриссома приблизительно на высоте 8,2 км было нормальным, система жизнеобеспечения работала в штатном режиме. В капсуле и скафандре температура была приблизительно 14 и 36 °C соответственно, было довольно комфортно. Наблюдая за показаниями аппаратуры, он следил за работой двигателей Редстоуна. Гриссом видел, что все работает штатно, ракета отклонялась от вертикали со скоростью приблизительно 1 градус в секунду.

При ускорении 29 м/с² Гриссом заметил внезапное изменение в цвете горизонта — от голубого к чёрному. Его внимание привлек шум ракеты — произошёл отстрел ступени, все шло по графику. Пилот почувствовал разделение и увидел через окно уходящую вправо ракету с шлейфом дыма. Через 2 минуты 22 секунды после старта двигатели Редстоуна Rocketdyne отделились, разогнав корабль до скорости 1 969 м/с. Гриссома сильно подбросило при переходе от большого ускорения к нулевому. После тренировок на центрифуге ему был известен этот эффект, но на мгновение он растерялся. Редстоун был виден ещё 10 секунд после разделения, а ускорители продолжали разгонять корабль, освободившийся от отработавшей ступени. Во время свободного полёта корабль вращался и Гриссом смотрел в окно, но больше не видел свою ракету-носитель.

Полёт

Впервые, благодаря обстоятельствам, лётчик реактивного самолёта ВВС стал космическим пилотом, управляя кораблём в ручном режиме. Возможность постоянно поглядывать в окно заставила астронавта сконцентрироваться на трудных задачах управления. Он сообщил Шепарду в ЦУП, что обозревает горизонт Земли как дугу в 1 300 километров и на расстояние до 1 000 километров, и что вид был захватывающим. В следующую секунду датчики аппаратуры отвлекли его от этого зрелища. Он неохотно вернулся к датчику горизонта и ручке управления, Гриссом подал двигателю команду — на поворот в нужном направлении, но корабль проскочил нужное положение. Он ручкой управления подал новый импульс на поворот в обратном направлении, но корабль опять повернулся на больший угол, чем он ожидал. Когда надлежащая ориентация была достигнута, оказалось, что время, отведённое на манёвры давно закончилось, таким образом он не следил за движением корабля в целом. Гриссом счёл ручные средства управления очень вялыми, не такими, как были во время тренировок. Тогда он переключился на новую систему управления и нашёл её более удобной, но при большем потреблении топлива.

После манёвров Гриссом отклонился от курса и просто стал смотреть на Землю из своего окна. Сквозь облака, в дымке и на большом расстоянии виднелась поверхность Земли, но пилот не смог идентифицировать местность (позже оказалось, что это была западная Флорида). Внезапно Гриссом ясно увидел Мыс Канаверал и удивился этому — расстояние было 240 километров. Он видел Мерритт-Айленд, Банана-Ривер, Индиан-Ривер, и большую взлётно-посадочную полосу аэропорта. К югу от Мыса Канаверал он увидел Уэст-Палм-Бич.

Спуск

При спуске, на высоте 190,32 км нужно было сориентировать космический корабль днищем вниз. Гриссом начал выполнять последовательность операций при спуске — космический корабль шёл по дуге вниз. Его пульс достиг 171 удара в минуту. Астронавта резко вжало в ложемент, и в окно он увидел два улетающих отстреленных двигателя.

Пилот сориентировал космический корабль в 14 градусов от вертикали и решил полюбоваться звёздами. Вместо этого яркий солнечный свет заполнил его каюту, мешая читать надписи на панели управления, сделанные синим цветом. Гриссом чувствовал лёгкое торможение — 0,5 м/с² и видел яркие вспышки. Возвращение не представило проблемы. Гриссом пока не чувствовал болтанки, которая возникает при увеличении торможения, но отслеживал её по индикаторам. Тем временем он продолжал сообщать в ЦУП о количестве топлива, скорости торможения и другие данные. Перегрузка и огонь прекратились приблизительно на высоте 20 км — «Колокол Свободы 7» входил в атмосферу.

Тормозной парашют раскрылся штатно — на высоте 6,4 км. Гриссом потом рассказал, что видел раскрытие парашюта и почувствовал небольшую перегрузку. Раскрытие главного парашюта произошло на высоте 3,7 км, при штатной высоте — 3 400 м. Наблюдая за раскрытием главного купола, Гриссом увидел в нём 6 (150-миллиметровых) L-образных дырок и ещё 2 (50-миллиметровых) прокола. Хотя он волновался о них, отверстия не стали причиной быстрого снижения, которое скоро замедлилось до 8,5 м/с. Слив остатки топлива, пилот начал передавать свои приветствия.

Приводнение

«Плотный удар» подтвердил, что капсула приводнилась. Гриссом отсоединил кислородный шланг и открыл щиток гермошлема, но сознательно оставил шланг вентиляции скафандра подсоединённым. Удар был более умеренным, чем он ожидал, но космический корабль лежал на левой стороне. Астронавт через окно смотрел в воду. Космический корабль постепенно выправлялся, окно оказалось над водой. Гриссом выбросил за борт запасной парашют и активировал спасательный радиосигнал. «Колокол Свободы 7» остался на плаву, но имел сильный крен.

Готовясь к приземлению, он отсоединил гермошлем и был готов покинуть капсулу. Шлем не поддавался, но Гриссом «открутил» его от скафандра и стал думать о том, как быстрее выбраться из космического корабля. Вертолёты Поисковой службы, которые взлетели во время запуска и визуально следили за следами инверсии ракеты и спуском парашютов, находились на расстоянии приблизительно 3,2 км от места приводнения. Лейтенант Джеймс Л. Льюис, пилот основного вертолёта Поиска, радировал Гриссому и спросил, готов ли он к погрузке. Гриссом попросил подождать пять минут, в это время он делал записи данных в кабине. Делать записи в перчатках скафандра было неудобно и долго, и несколько раз вентиляция скафандра вздувала пузырь на груди астронавта, пилот просто просовывал палец между шеей и облачением, выпуская воздух.

Открытие люка