把两个目标纳入同一次飞行
双子星座10号是美国双子星座计划第八次载人任务，由指令驾驶员约翰·杨和驾驶员迈克尔·柯林斯执行。1966年7月18日至21日，两人先与本次发射的阿金纳目标飞行器交会对接，再接近双子星座8号任务遗留在轨道上的阿金纳，检验连续交会、组合体变轨及舱外作业。
美国国家航空航天局（NASA）载人航天器中心的双子星座计划办公室负责统筹任务，查尔斯·马修斯任计划经理。飞行控制主任格林·伦尼等地面人员在休斯敦监视遥测、核验轨道计算，并随推进剂消耗情况调整操作安排。任务同时依赖乘员计算、地面测控网和对旧目标轨道的持续跟踪。
无源目标带来的准备难题
旧阿金纳已经耗尽电源，不能利用应答机协助飞船测距。北美防空司令部继续跟踪它的位置，任务设计人员据此选择发射窗口和变轨序列。新阿金纳既是首次交会的目标，也将用自身发动机推动对接后的组合体，使飞船能够逐渐追上旧目标。
1966年春的规划会议反复协调交会、实验和出舱活动的先后。部分实验不能在对接状态下完成，飞行计划因而需要在推进任务与实验条件之间取舍。柯林斯的舱外装备采用约15米长的脐带提供氧气和电气支持，并配备手持推进装置；回收目标飞行器上的实验盒也被列入作业。
参考：[2]
发射、对接与推进剂限制
7月18日，阿金纳目标飞行器先从佛罗里达肯尼迪角14号发射台升空；约一小时四十分钟后，双子星座10号于世界时22时20分从19号发射台起飞。飞船进入轨道后，乘员尝试利用星体观测、光学仪器和舱载计算机求取交会方案。
由于机载计算结果当时被判断超出容许范围，乘员采用地面计算的数据进行机动。飞船在起飞约5小时23分后完成交会，约半小时后对接。接近目标时消耗的推进剂超过预期，伦尼取消反复脱开再对接的练习，并改用阿金纳推进系统承担更多机动。飞后分析则认为，部分被弃用的机载计算实际上仍在可接受范围内。
组合体变轨与站立出舱
阿金纳主发动机点火约80秒，将组合体送入远地点约763公里的轨道。此后几次点火降低远地点并调整轨道形状，为追赶旧目标创造条件。任务中，阿金纳主、辅推进系统共完成六次对接状态下的机动，飞船与它相连约39小时，从而节约自身推进剂。
第一次舱外活动开始于起飞后约23小时24分。柯林斯站在座椅上，将上半身伸出舱口，利用相机拍摄恒星紫外辐射；杨协助辨认星体并控制组合体姿态。两人的眼睛随后发生刺激和流泪，活动提前结束，舱门开启共49分钟。地面人员据舱内气味及通风状态分析原因，调整了宇航服风扇的使用。
接近旧阿金纳与取回实验盒
起飞约44小时40分后，飞船与新阿金纳分离，继续向旧目标靠近，约48小时完成第二次交会。柯林斯随后进行第二次出舱，用手持推进装置和脐带在飞船与目标之间移动。他从旧阿金纳上取回微流星体收集实验盒，但抓握光滑结构十分困难，原拟安装替换装置的操作被放弃。
杨为同时看清柯林斯和目标，必须不断控制飞船姿态，这又增加推进剂消耗。地面因此要求缩短舱外作业，活动持续约38分钟。柯林斯返回时被脐带缠住，需要杨协助解开。实际操作表明，舱外任务的耗时、身体固定和扶手布置都会直接影响可完成的工作量。
返回与实验评估
7月21日，飞船执行制动与再入程序，在世界时21时07分左右于西大西洋溅落，飞行历时70小时46分39秒。两名乘员选择直升机回收，约28分钟后登上“瓜达尔卡纳尔”号回收舰，接受飞后检查与汇报。载人飞行结束后，地面仍继续指挥新阿金纳机动，将其留在可供以后使用的轨道上。
1966年8月任务报告的初步分析认为，14项实验中12项达到基本目标，同时明确部分结果还需数月分析。推进剂与时间限制使一些实验和对接练习未能完成。任务取得双目标交会和组合体推进的操作经验，也把舱外固定装置、乘员工作负荷及实时更改飞行计划的问题带入后续改进。