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1965年8月21日，美国发射了双子星座5号飞船，搭载着库珀少校和查理斯·康拉德上尉，绕地球飞行120圈，历时190小时55分钟。
就在飞船升天后不久，库珀和康拉德发现了一个问题，这差点让他俩提前结束飞行。他俩发现，为通讯和电脑系统供电的燃料电池电压偏低，而通讯和电脑系统是飞船上很重要的环境系统。双子星座飞船的飞行主任决定，减少飞船上的耗电量，而不提前结束飞行。库珀和康拉德关闭了雷达、无线电、电脑和部分环境控制系统，让飞船静悄悄地在太空中飞着。突然，电压回升了，航天员又打开了上述系统。到了第三天，一切又恢复了正常。他们以为燃料问题已经解决了，其实不然。
后来，燃料电池又出问题了。因为燃料电池是靠氢氧化合来产生电力的，这就会产生一些水，但是水太多了，盛水的容器很快就满了。美国航空航天局担心多余的水会破坏飞船返回地球时所必需的电力供给系统，于是库珀和康拉德又关闭了飞船里的大部分电器，让飞船在地球轨道上静悄悄地飞着。通讯少了，库珀和康拉德不可能按计划做实验了，但是他俩每一天都在改写太空生活的新记录。
飞行了近8天后，库珀和康拉德点燃控制火箭重返大气层。通过这次飞行，双子星座5号创造了一项纪录：目睹了120次日出和日落，飞行了500多万千米。库珀也创造了当时载人航天的纪录；留轨时间225小时15分，同时飞行过两种轨道。同时，库珀和康拉德用事实证明了，人在太空正常生活和工作的时间，足以往返于月球和地球，这为后来的登月计划提供了宝贵的资料。