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双子星座号飞船与水星号飞船相比，作了较大的改进，实现了载2名航天员飞行 。飞船设计为手控操纵为主，成为至今为止美国载人空间飞行器中受控程度最高者，在双子星座飞行中，航天员真正成为飞船的驾驶与操纵人员，并且除人对空间环境的适应情况的实验外，还进行了一些技术试验，实现了一些新的空间技术方面的突破，主要包括航天员舱外活动技术和空间飞行器的交会/对接技术，以及使用计算机的自动飞行控制技术 。
双子星座计划共进行了10次载人飞行，总计飞行时间971小时48分 。
1958年，美国宇航局总部和太空任务小组开始考虑水星载人航天计划之后美国的载人航天计划的目标和任务 。以吉尔罗斯和费格特为首的太空任务小组对此尤为关心 。他们认为这项计划应在水星计划已完成的任务基础上，主要实现两大目标：载人轨道飞行时间大大延长，达到1周以上；实现飞船在轨道上机动、交会和对接 。
当1961年美国制定了阿波罗登月计划后，这一计划的任务更加明确起来，即为完成登月任务探索、试验新技术，最重要的有两方面：一是将载人飞行时间延长到2周，以充分研究人在太空生活和工作的适应性；二是完成两个航天器在轨机动上的交会和对接 。这两大任务在登月期间都会遇到 。这样，双子星座计划就变成阿波罗计划的辅助项目 。
1965年3月双子星座飞船首次载人发射，到1966年11月，双子星座飞船先后进行了9次载人飞行，圆满完成预定任务 。此外，双子星座计划还取得了大量对地观测、空间科学试验成果：宇航员共进行了52项实验，其中27项是新技术实验，8项是医学实验，另外17项是科学实验 。双子星座飞船还在不同的高度上拍摄了1400张地球彩色照片 。
双子星座8号飞船为美国载人飞船双子星座号飞船系列之一 。双子星座号飞船，从1965年3月到1966年11月共进行10次载人飞行 。主要目的是在轨道上进行机动飞行、交会、对接和航天员试作舱外活动等 。为“阿波罗”号飞船载人登月飞行作技术准备 。
“双子星座”号飞船重约3.2～3.8吨，最大直径3米，由座舱和设备舱两个舱段组成 。
“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“双子星座”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“双子星座”安装了几个火箭发动机，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“双子星座”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，“双子星座”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“双子星座”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”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“双子星座”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 。
“双子星座”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 。
“双子星座”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 。
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