A Mercury-Redstone hordozórakéta, amelyet a NASA Mercury-programjához választottak, volt az első amerikai, embert szállító rakéta. A kormányzat az első ember világűrbe juttatását tűzte ki a NASA elé mielőbb és a Mercury űrhajó reptetésével akarták elérni. A program felelősei úgy döntöttek, hogy a világűr elérését két lépcsőben érik el, előbb egy ún. űrugráson, egy szuborbitális repülésen, amelynek során nem áll az űrhajó Föld körüli pályára, hanem csak egy parabolapályán párszár kilométert repül, miközben a pálya felső pontján túllép a világűr elméleti határaként, 100 km magasan meghúzott Kármán-vonalon. Ehhez a repüléstípushoz a hadseregnél rendelkezésre álló rakéták közül válogattak és hamar a PGM–11 Redstone-ra, az egyik legmegbízhatóbb, legrégebben szolgálatba állt hordozórakétára – és egyben a második világháborús V–2 rakétafegyver egyenesági leszármazottjára – esett a választás. Ám ez csak egyfajta fejlesztési alap volt, változatlan formában a katonai Redstone nem volt alkalmas a tervezett repülésre. Így átalakításra, fejlesztésre szorult.
Ennek során egy másik Redstone variánsból, a Jupiter–C rakétáról is vettek át részegységeket, kicserélték a hajtóművét, a hajtóanyagát kerozinról etilalkohol és víz keverékére változtatták, az irányítórendszerét is egy régebbi, de egyszerűbb és megbízhatóbb egységre cserélték le és egy sor kisebb horderejű változtatás hatására az új eszköz mintegy 800 helyen tért el az eredeti, katonai hordozóeszköztől.
Felhasználása során összesen öt szuborbitális repülésre használták, egy sikertelen felbocsátás mellett. Ezekből három szolgált tesztcélokat, kettő üres, működésképtelen űrkabinnal, a harmadikon pedig egy csimpánz, Ham próbarepülésével. Ezeken a teszteken előbb több probléma merült fel, később azonban sikerült kiküszöbölni minden hibát, így következhetett két repülés űrhajóssal az űrkabinban. Négy későbbi Mercury-űrrepülés a robusztusabb Atlas rakétát használta az alacsony Föld körüli pályára való belépéshez.
Űrrakétaként való alkalmazásának története
PGM–11 Redstone, a katonai változat
Minden űrrepülésre használt hordozóeszköz története valamely katonai programban gyökerezett, így a Mercury-Redstone is ilyenként, a PGM–11 Redstoneként kezdte meg pályafutását. Az US Army 1944 novemberében adott megbízást a General Electricnek, hogy az nagy hatótávolságú irányított rakétafegyvereket tervezzen a Hermes-projekt keretében. A Hermes egy keretprogram volt, több rakétaváltozattal, melynek egyike, a Hermes C-1 egy 800 kilométeres (500 mérföld) hatótávolságú hordozórakéta lett volna. A fejlesztés – elsősorban finanszírozási problémák miatt – lassan haladt előre egészen a Koreai háborúig, amikor a prioritások megváltoztak és a határidők lerövidültek. A projekt ezen részét el is vették a GE-től és átadták az Army Guided Missile Centerének (Hadsereg Irányított Rakéta Központ) és formális kódot is kapott: SSM–G–14. 1951-ben újabb áthelyezés történt a projekttel, a Redstone Arsenalhoz. 1952 áprilisában pedig nevet is kapott a fejlesztés, Redstone.
A fejlesztéseket Wernher von Braun és a második világháború után a Gemkapocs művelet során az USA-ba hozott német rakétamérnök csoport végezte és így a rakéta teljes mértékben a háborús V–2 rakétafegyveren alapult, annak közvetlen egyenesági leszármazottja volt. A rakéták végül képesek voltak a W–39 jelű, 4 megatonnás termonukleáris harci fej hordozására, igaz az nehezebb volt, mint a rakéta tervezéskori követelményrendszerében szereplő harci fejek, így a 800 km-es eredeti hatótáv 325 km-re csökkent (300 méteres találati pontosság mellett). A gyártója a Chrysler lett, illetve a rakétahajtóművet a Rocketdyne gyártotta NAA75-110 jellel (más jelölés szerint az A–6-tal). Az első sikeres repülésére 1953 augusztusában került sor.
Átalakítások a katonai rakétához képest
Amikor a NASA megalakult, szinte azonnal napirendre került egy ember űrbe juttatásának igénye, amin nyilvánvalóan a szovjetek is dolgoztak. Sőt ez a program még a NASA előtti időkben, a NACA-nál indult és első említése, amikor Hugh Dryden tájékoztatta az USA Kongresszusát, hogy a szervezet egy embert a világűrbe szállító projekten dolgozik. A NASA-n belül ez az iniciatíva tovább élt és végül több, de a projekt sikeréhez szükséges fejlesztés végül egy mederbe érve önálló programként haladt tovább, Mercury-program néven. . Ebben a projektben az egyik alapvetés a hordozóeszköz kiválasztása volt és ehhez a NASA a Redstone-t választotta. A választás alapja az volt, hogy ez volt a US Army egyik legrégebben, 1953 óta szolgálatban álló típusa és számos tesztrepülése során meglehetős megbízhatóságot mutatott.
A választásnak azonban volt problémás része is: a PGM–11 Redstone teljesítménye nem volt elegendő arra, hogy egy Mercury űrkabint olyan szuborbitális pályára vigyen – lényegében olyan magasra, hogy a pályája zenitjén elérje a világűr határát –, amilyenre a NASA küldeni szerette volna. Azonban létezett a Redstone-nak egy módosított változata, amely a Jupiter–C önálló nevet viselte, aminek meghosszabbított törzse nagyobb tartályokat és ezzel együtt több hajtóanyagot fogadhatott magába, így hosszabban égetve a hajtóműveit, a kívánt pálya elérhető volt. Így ez a verzió lett a választott és a Mercury-Redstone-hoz a Jupiter–C fokozat lett a kiinduló alap. Viszont a Jupiter–C-vel is volt gond, miszerint a hadsereg már elvetette és leselejtezte annak hajtóművét, így a NASA nem kockáztathatta, hogy emiatt alkatrészhiány lépjen fel, ezért egy másik hajtóművet, a Rocketdyne A–7-esét választották beépítésre az eredeti helyett. Ám ez a választás még egy fontos változást vont maga után: a Jupiter–C -nek létezett egy nagyobb teljesítményű változata, amely már a hozzá alkalmazott üzemanyag tekintetében továbblépést jelentett. A Redstone és a Jupiter–C alapváltozata etilalkohol és víz 75-25%-os keverékét égette, cseppfolyós oxigén segítségével, ez a fejlettebb változat már 60% aszimmetrikus dimetil-hidrazin és 40% dietiléntriamin keverékét égette. Utóbbiak ún. hipergol reakcióban egyesültek, amikor mindenféle külön gyújtás nélkül, csak a folyadékok egyszerű elegyítésével azonnali robbanásszerű égés megy végbe, ráadásul ez a reakció több mint 10%-kal növeli a hajtómű teljesítményét. Az A–7-es hajtómű választásával viszont inkább visszarétrek a konzervatívabb, kisebb teljesítményű, de megbízhatóbb etanol/cseppfolyós oxigén meghajtási verzióhoz, a nagyobb tartályok és a hosszabb égésidő mellett. Az átalakítás feladatát az ABMA, azon belül is két mérnök, Hans Paul és William Davidson kapta.
Egy fontos változtatás nem a standard Redstone-ból, hanem a végül a fejlesztéshez választott alváltozatból, a Jupiter–C-ből származott, amikor elhagytak annak minden, fokozatleválasztással kapcsolatos képességét és ahhoz szükséges részegységét. A Jupiter–C-t többfokozatú rakétának szánták (1958 elején Wernher von Braun egyenesen egy négyfokozatú változattal küldte az űrbe az Explorer–1-et), ezért a rakétában egy sor, a fokozatok szátválasztására szánt technika volt beépítve. A Mercury-program szuborbitális repüléseihez viszont összesen csak a Jupiter–C első fokozatára volt szükség, így logikus volt, hogy ki kell szerelni minden, csak ballasztot jelentő és esetleg hibaforrásként viselkedő berendezést.
A megnövelt tartályhossz miatti jelentősen nagyobb üzemanyagkapacitás és ezzel együtt a jelentősen hosszabb égésidő további kisebb módosításokat is szült. Egy további nitrogéntartályt építettek be, hogy a kiürülő tartályokat semleges gázzal tölthessék fel. Emellett még egy extra hidrogén-peroxid tartály is beépítésre került, amellyel a turboszivattyú meghajtásához nyertek hajtóanyag kapacitást a megnövelt égési idő végéig.
Egy további, teljesen más irányú módosítást jelentett a tolóerővektoros irányításhoz használt terelőszárnyak cseréje. A rakéta végén levő felületeket az eredeti katonai változatban grafitból készítették, ám a jelentősen megnövelt égésidő alatt ezekre a felületekre jóval nagyobb eróziós hatás lépett fel, így idő előtt tönkrementek volna és nem töltötték volna be a funkciójukat, ezeket tehát sokkal jobb minőségű darabokra kellett cserélni, amelyek jobban ellenálltak az eróziónak.
A legfontosabb változtatás a Redstone rakéta „Mercury-sításában”, egy automata repülés közbeni veszélyérzékelő és repülésmegszakító rendszer beépítése volt. Az űrrepülésre alkalmas Redstone kapott egy ún. automatikus, repülési idő alatti megszakítás érzékelő rendszert. Ennek lényege, hogy a rakéta érzékelte, hogy a repülés paraméterei mikor térnek el végzetesen a normálistól, és ekkor automatikusan beindíthatta a rendszer a mentési folyamatot, amikor a mentőrakéta leválasztotta a kabint a hordozórakétáról (természetesen a megszakítást maga az űrhajós, vagy az irányítóközpont is kiválthatta, de voltak olyan repülési profilok, amikor egyszerűen nem volt idő a manuális beavatkozásra). A rendszer beavatkozását kiváltó események: A bólintó, legyező és tengely körüli elfordulás érzékelése és a beprogramozott iránytól való eltérése A bólintő, vagy legyező irányú mozgás túl gyors változása A hajtómű égésterének nyomása a kritikus szint alá esett Az irányítórendszer áramellátása megszűnt A teljes elektromos ellátás megszűnt (beleértve magának az irányítórendszer tápellátását), mivel az katasztrofális hibára utal
A repülésmegszakítás képessége rendkívül fontos volt, mivel bizonyos vészhelyzetek esetén, mint például a felszállás alatt kieső tolóerő (amilyen 1954-ben a harmadik Redstone próbarepülésnél) azonnali katasztrofális helyzetet teremthetett. Máskor viszont, mint például a beállított röppályától való eltérés, vagy a rakéta égésterének nyomásváltozása nem jelentett egy azonnal kezelendő vészhelyzetet az űrhajós számára, aki így manuálisan is aktiválhatta a mentőrakétát, vagy a földi irányítás is küldhetett távolról egy ilyen parancsot. Az automatikus megszakításra az ilyen instant kialakuló vészhelyzetekben volt szükség. A biztonsági önmegsemmisítő rendszert is meg kellett változtatni és egy három másodperces késleltetést beprogramozni, hogy a rendszer csak az után robbantsa fel a rakétát, amely elég időt adott a mentőrendszernek az űrhajóst hordozó kabin messzebbre való eltávolításához, miközben ilyenre a fegyverkénti alkalmazásnál és a nukleáris robbanófejnél nem volt szükség.
És természetesen a katonai változathoz képest ott volt a mentőrakéta, mint újdonság, amely baj esetén leválasztotta a kabint a rakétáról, és biztonságos távolságba vitte tőle.