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Lancement le 18.7.1966 Objectif de la mission: D'abord un rendez-vous et un amarrage avec une cible Agena lancée le même jour. Puis un rendez-vous, sur une orbite plus élevée, avec la cible Agena laissée par Gemini 8. Comme cette fusée n'avait plus d'électricité depuis plusieurs mois, l'équipage allait pouvoir tester sa capacité à effectuer un rendez-vous avec un véhicule passif. Une sortie extra-véhiculaire était également au programmeLe lancement de l'Agena fut parfait ainsi que celui de Gemini 10, 100 minutes plus tard. Après le rendez-vous et l'amarrage avec leur cible, ils allumèrent le moteur de l'Agena pour se retrouver sur une orbite de 763 km d'apogée, record à l'époque. La mission continua avec une sortie extra-véhiculaire de Collins. Il demeura « debout » au niveau de l'écoutille, prenant des photos de la Voie lactée. Ils se séparèrent ensuite de leur Agena pour effectuer un rendez-vous avec l'Agena de Gemini 8. 48 heures après le début du vol, Collins effectua une seconde sortie au cours de laquelle il récupéra un collecteur de micrométéorites. Grâce à un pistolet à jet de gaz, il put ensuite aller inspecter la fusée-cible qui volait à quelques mètres du vaisseau Gemini. Sur le X (chiffre
romain 10) apparaissent les
étoiles jumelles Castor et Pollux (ou les 2 astronautes).
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