A Gemini–10, vagy hivatalos megjelölése szerint a Gemini X az amerikai Gemini-program nyolcadik emberes küldetése volt. A NASA elvárásai szerint a félsikert hozó Gemini VI, Gemini VII, Gemini VIII és Gemini IXA sorozat után a fő követelmény a soron következő repüléssel szemben egy teljes egészében sikeres, minden előzetesen tervezett műveletet végrehajtó repülés kivitelezése volt. Műveleti szempontból a Gemini X elé kettős célt tűztek ki: egy kettős randevú és űrséták végrehajtása. Az első cél érdekében először a Gemini X-szel párhuzamosan startoló Agena rakétával kellett randevúznia, majd összedokkolnia az űrhajósoknak, majd a célrakéta hajtóműveinek segítségével korábban nem próbált pályamódosító manővereket (elsősorban a magasság drasztikus emelését) kellett végrehajtani, majd ennek végeztével az űrhajóval találkozni kellett a Gemini VIII során használt és azóta is fenn a világűrben keringő másik Agena-val kellett randevút végrehajtani.
A repülésre ezúttal a Gemini–3-on már repült John Young parancsnok és az újonc – a harmadik űrhajós válogatásból, azaz az ún. Új Tizennégyekből érkező – Michael Collins pilótát jelölték ki legénységként. Az első számú legénység tartaléka pedig Alan Bean parancsnoki tartalék és a később tragikusan elhunyt Clifton. C. Williams pilóta tartalék lett (akiknek az a hálátlan feladat jutott, hogy a legénységi rotáció sajátosságai miatt ezt a feladatot nem követhette egy éles repülés, ezért amennyiben valami probléma nem történt az eredeti legénységgel, úgy ők feleslegesen készültek fel).
A Gemini X startjára 1966. július 18-án 22:20:26-kor (UTC) került sor, 100 perccel az Agena szomszéd indítóállásbeli startját követően egy rendkívül rövid, 35 másodperces indítási ablakon belül. Hosszú idő után először mind az Agena, mind a Gemini X startja sikeresnek minősült annak ellenére, hogy az utóbbi startjánál egy véletlenül beakadt üzemanyag töltőcsövet a rakéta magával hurcolt és kiszakított a helyéről, illetve a rakéta oxidálószer tartálya a fokozatleválasztást követően felhasadt. A Gemini a negyedik keringésben utolérte az Agena-t, ám az újonnan alkalmazott eszközök révén Collins elnézte az űrhajójuk helyzetét, ezért a megközelítés és dokkolás során sokkal több üzemanyagot használtak el a tervezettnél, amely miatt későbbi randevúkísérleteket is törölni kellett.
A sikeres dokkolást követően Collins egy ún. „felállva végzett űrsétát” hajtott végre. Ennek keretében az űrhajós nem végzett igazi űrsétát, csak kinyitotta a Gemini ajtaját és felállt az ülésében és lényegében deréktól kifelé volt csak az űrben és ebben a testtartásban főként fényképezési feladatokat végzett. A speciális űrséta után az űrhajósok az Agena hajtóművével rekordmagasra, 763 kilométerre emelték az űrhajó pályájának földtávolpontját. Később pedig, miután ismét körpályává alakították a keringésüket, leváltak az Agena-ról és átmanővereztek a Gemini VIII Agena-jához. Utóbbit végül 3 méterre közelítették meg, de nem kapcsolódtak össze vele. Az együtt repülés során Collins még egy űrsétát is végrehajtott, amelynek során átment az Agena-hoz és leszerelte azt a mikrometeorit gyűjtő fémlapot, amelyet eredetileg még Dave Scott-nak kellett volna. Az űrséta nem hozta el a várt sikert, Collinsnak társaihoz hasonlóan problémái támadtak a stabilitással és a köldökzsinórral. Végül a feladatok elvégeztével a Gemini X 2 nap, 22 óra és 20 perc repülés után sikeresen szállt le az Atlanti-óceánra, mindössze 5,4 kilométerrel a mentésre érkező USS Guadalcanal hordozó mellé.
Előzmények
A Gemini-program az Apollo-program Kennedy elnök általi bejelentéséből fakadt, ahhoz szorosan kapcsolódott. Az Egyesült Államok a hidegháború keretében az űrtevékenységet bevonta abba a politikai-ideológiai küzdelembe, amely a két világrendszer és annak két vezető hatalma között zajlott. A Szputnyik–1 felbocsátása által a Szovjetunió nyerte ennek a történelmileg űrverseny néven említett versengésnek az első aktusát, majd folyamatosan bocsátott fel űreszközöket az USA-t megelőzve. Az amerikai közvélemény ezt szinte háborús vereségnek ítélte meg, amelynek nyomán erős nyomás nehezedett az amerikai kormányzatra, hogy választ adjon ezekre az elsőségekre, maga is bizonyítván a képességet, hogy a másik hatalom is képes végrehajtani ilyen űrteljesítményeket, illetve a politikai nyomás abban is megnyilvánult, hogy az Egyesült Államoknak vissza kell szereznie a vezető szerepet az űrteljesítményeket illetően Jurij Gagarinnak a Vosztok–1-en történt 1961. április 12-i felbocsátása által a Szovjetunió újabb jelentős elsőséget söpört be, amelynek hatására az amerikai elnöki tanácsadók azt javasolták Kennedy-nek, hogy tűzzön ki egy olyan bombasztikus célt, amelynek elsőkénti teljesítése felülír minden korábbi sikert és vitathatatlan vezető szerephez juttatja annak végrehajtóját. Ez a cél lett a holdra szállás egy kilenc éves időkereten belül.
Ám a Hold elérésének bejelentése idején az amerikai űrkutatás egyszerűen nem állt olyan szinten, hogy homályos elképzeléseknél több legyen a NASA tarsolyában a feladat végrehajtásához. Sem eszközrendszerben, sem a holdra szálláshoz szükséges műveletekben nem állt ott a NASA és az éppen futó Mercury-program, hogy akárcsak biztos választ tudjanak adni arra, hogy a feladat végrehajtható. Ekkor merült fel a gondolat és igény, hogy a holdra szállás eszközeinek fejlesztését és a szintén szükséges folyamatok, műveletek kikísérletezését, a képesség igazolását válasszák ketté és az utóbbira indítsanak el egy párhuzamos, önálló űrprogramot, amelyben az űrhajósok Föld körüli pályán igazolhatják a képességet és kikísérletezhetik a holdi műveletek mikéntjét. A legfontosabb, kipróbálásra váló műveletek az űrrandevú, két űrhajó űrbéli összekapcsolása, dokkolása, az űrséta és a minél hosszabb – legalább egy holdi oda- és visszaüt időszükségletének megfelelő – időtávú repülés kivitelezése volt. Ezeket a feladatokat és ezek tetszőleges kombinációjának végrehajtását várták az újonnan életre hívott Gemini–programtól. A Gemini–program repülései egyesével mentek végig ezeken a feladatokon, majd egy második szakaszban számos űrhajósnak nyújtottak gyakorlási lehetőséget a későbbi, nagy cél tökéletes végrehajtása érdekében.
A Szovjetunióban is a Geminihez hasonló továbblépésen dolgoztak – bár teljesen titokban –, a Vosztok-program sikerei után a Szergej Koroljov vezette szovjet űrkutatás átlépett a Voszhod-programba, amelynek ugyanúgy a holdi műveletek lehetőségeinek (többszemélyes, manőverezhető űrhajó, űrrandevú, dokkolás, űrséta, stb.) kidolgozása volt a célja. Mindemellett azonban a szovjetek továbblépése más tervezési elveken alapult és a Voszhod űrhajó nem volt manőverezhető, inkább a Vosztok űrhajó kisebb fokú átalakításából született, amely korlátázások árán, de lehetővé tette, hogy több űrhajós is helyet foglalhasson benne, illetve ráillesztettek egy légzsilipet, amellyel az űrsétá(ka)t tervezték végrehajtani.
A Voszhod–program első próbálkozása több űrhajós felbocsátása volt, a Voszhod–1 1964. október 12-én startolt megelőzve bármiféle Gemini űrhajót. A repülés sikeres volt, az űrhajóban Vlagyimir Komarov parancsnok, Borisz Jegorov orvos és Konsztanytyin Feoktyisztov fedélzeti mérnök (egyébként az űrhajó egyik tervezője) egy napos, 16 keringéses repülést teljesített. Ezzel ismét egy újabb űrbeli elsőséget (ti. az első többszemélyes űrhajó repülését) biztosítva a Szovjetunió számára. Amerikában ezt újabb lemaradásnak könyvelhették el. Majd ezután 1965. március 18-án, négy nappal megelőzve a Gemini–3-at Bajkonurból felszállt a Voszhod–2, fedélzetén Pavel Beljajev és Alekszej Leonov űrhajósokkal, hogy egy nem különösebben hosszú – 1 nap 2 óra 2 perces időtartamú – repüléssel egy újabb űrbeli elsőséget állítsanak fel: Alekszej Leonov a világon elsőként végzett űrsétát. Amerika lemaradása látszólag még mindig fennállt a korábbi programokhoz és űrteljesítményekhez hasonlóan, a szovjetek ismét előbb mutattak be űrműveleteket, mint ők.
Amit a szovjet híradások nem adtak közre, az az volt, hogy a világ első űrsétája, illetve az azt övező űrrepülés mennyire csak félsiker volt. Leonov ugyan negyed óráig kinn volt az űrben, ám az űrhajós és az űrruha kialakítása miatt alig tudott visszatérni az űrhajóba és kis híján belehalt az erőfeszítésbe (az űrruha a belső nyomástól annyira felfújódott, hogy Leonovból lényegében egy nagy Michelin-baba lett, aki nem tudott visszamászni az űrhajó zsilipjébe, ahonnan kijött, csak ha leeresztette az űrruha belső levegőjét, azt kockáztatva, hogy megfullad). A problémák később is folytatódtak: az űrkabinból is szivárogni kezdett a levegő, majd navigációs problémák miatt a fékezést kézi vezérléssel kellett kivitelezni. Ennek hatására a leszállás is több száz kilométerre a kijelölt helytől, Perm város közelében került sor. A mentőegységeknek negyvennyolc órájába telt, hogy a havas erdőből kimentsék az először halottnak hitt két űrhajóst.
A Gemini–program első fázisa
A program tervezett és végül végrehajtott repülései három nagy fázisra voltak oszthatók. Az első fázis három repülésből állt – két automata és egy ember vezette repülésből – és mindössze azt volt hivatott igazolni, hogy a vadonatúj hardver megfelelően teljesít-e. Ennek eldöntésére az előző programhoz képest lényegesen kevesebb kísérlet is elegendő volt, kimaradt egy sor rendszerteszt, amelyet egyetlen repülésen, több szempont figyelembevételével is mérni tudtak, valamint kimaradtak az állatkísérletek is, hiszen teljes körűen igazolódott, hogy az élő szervezet képes a világűr körülményeinek elviselésére.
A program első felszállása a Gemini–1 volt, amelyre 1964. április 8-án került sor. Ezen a repülésen először tesztelték a Gemini űrhajó és a Titan II rakéta integritását, illetve az együtt repülési kondícióit. A kabin ezúttal nem volt egy teljes értékű űrhajó részben amiatt, hogy magának az űrhajónak a fejlesztése elhúzódott és még nem állt készen egyetlen példány sem a repülésre, részben amiatt, hogy főként csak mérési eredményekre volt szükség és nem valós repülési eredményekre. Ezért az űrhajó inkább csak egy üres héj volt, amelyet műszerekkel töltöttek meg. A repülés tervezők nem terveztek irányított visszatérést, mindössze három Föld körüli keringésig rögzítették az űrhajó adatait, amelyek mindenben kielégítő eredményt hoztak. A repülést magát úgy tervezték, hogy az űrhajó nagyjából három és fél nap elteltével a felső légkör természetes fékező hatására magától visszasüllyedjen a sűrűbb légrétegekbe és elégjen. Ennek elősegítésére a mérnökök négy lyukat fúrtak a hőpajzsba. Végül a rakéta 7 másodperces továbbműködése miatt a tervezettnél kissé magasabb pályára állt a Gemini–1, így a tervezett három és fél nap helyett négy nap múlva zuhant vissza Földre az űrjármű 1967. április 12-én, a déli Atlanti-óceánon Dél-Amerika és Afrika között, minden repülési célkitűzést hibátlanul teljesítve.
A második automata tesztrepülésre viszonylag sokat kellett várni, egészen 1965. január 19-ig. A csúszásra egyrészt az elhúzódó fejlesztések adtak okot, mivel ezúttal egy teljes értékű űrszerelvényt tervezett indítani a NASA. Másrészt 1964. december 9-én egy sikertelen startra is sor került, amikor az utolsó másodperben (a rakéta hajtóműve már járt, de a leszorító tartócsavarokat még nem robbantottak le) a beépített Üzemzavar Érzékelő Rendszer jelzett és leállította a hajtóműveket. A hibák elhárítása után a tervek szerint startolt el az űrhajó, amelyet azonban nem terveztek Föld körüli pályára állítani, hanem csak egy szuborbitális repülés keretében bocsátottak fel, hogy az a lehető legnagyobb sebességre gyorsulva 3422 kilométerre a starthelytől csobbanjon az óceánba és közben leteszteljék az űrhajó biztonságos leszálláshoz szükséges részegységeket, különös tekintettel a hőpajzsra. Az űrhajó ismét tökéletesen teljesített, leszámítva két kisebb rendszer nem számottevő hibáját). A leszállás után a USS Lake Champlain repülőgép hordozó halászta ki a kabint 26 kilométerre a tervezett leszállási ponttól.