Le vaisseau spatial Mercury n°. 5 contenait six nouveaux systèmes qui n’avaient pas fait partie des vols précédents : système de contrôle de l’environnement, système de contrôle de la stabilisation de l’attitude, rétrofusées en direct, système de communication vocale, système de détection d’avortement en « boucle fermée » et sac d’atterrissage pneumatique.
Six chimpanzés (quatre femelles et deux mâles) et 20 spécialistes médicaux et animaliers de la base aérienne de Holloman, au Nouveau-Mexique, où les chimpanzés vivaient et étaient entraînés, ont été transférés dans des quartiers situés derrière le hangar S de Cap Canaveral, en Floride, le 2 janvier 1961. Les six chimpanzés ont été entraînés dans des simulateurs Mercury pendant trois semaines. La veille du vol, deux chimpanzés ont été choisis pour la mission : un premier, Ham, et un second, une femelle chimpanzé nommée Minnie. La compétition était féroce, mais Ham était plein d’énergie et de bonne humeur. Ham a été nommé en l’honneur du Holloman Aerospace Medical Center. Ham était originaire du Cameroun, en Afrique, (nom d’origine Chang, Chimp No. 65) et fut acheté par l’USAF le 9 juillet 1959. Il était âgé de 3 ans et 8 mois au moment du lancement.
À 12 h 53 UTC, le 31 janvier 1961, Ham a été inséré dans le vaisseau spatial. Le compte à rebours a ensuite été retardé de près de quatre heures à cause d’un onduleur chaud, et de plusieurs autres problèmes mineurs.
À 16:55 UTC, le MR-2 a décollé. Une minute après le lancement, les ordinateurs ont signalé que l’angle de la trajectoire de vol était au moins un degré trop élevé et en augmentation. À deux minutes, les ordinateurs ont prédit une accélération de 17 g (167 m/s²). Après 2 minutes et 17 secondes de vol, le carburant d’oxygène liquide (LOX) de Redstone était épuisé. Le système d’interruption de vol en boucle fermée a détecté un changement de pression dans la chambre du moteur lorsque la réserve de LOX était épuisée et a déclenché le système d’évacuation du lancement. L’avortement a signalé un message Mayday aux forces de récupération.
L’angle de vol élevé, et l’avortement précoce, ont fait que la vitesse maximale du vaisseau spatial a été de 7 540 ft/s (2 298 m/s) au lieu des 6 465 ft/s (1 970 m/s) prévus. Les rétrofusées avaient été larguées pendant l’avortement et ne pouvaient donc pas être utilisées pour ralentir le vaisseau spatial. Tout cela s’est ajouté à un dépassement de la zone d’atterrissage prévue de 130 miles (209 km) et à une apogée de 157 miles (253 km) au lieu de 115 miles (185 km).
Un autre problème est survenu à 2 minutes et 18 secondes du vol, lorsque la pression de la cabine a chuté de 5,5 à 1 lb/in² (38 à 7 kPa). Ce dysfonctionnement a été retracé plus tard à la valve du snorkel d’entrée d’air. Des vibrations avaient desserré une goupille dans la valve du snorkel et permis à la valve de s’ouvrir. Ham était en sécurité dans sa propre combinaison spatiale et n’a pas souffert de la perte de pression de la cabine. La pression de sa combinaison spatiale de canapé est restée normale, et la température de la combinaison est restée bien dans la plage optimale de 60 à 80 degrés Fahrenheit (16 à 26 °C).
En raison de la suraccélération du véhicule de lancement et de l’impulsion de la fusée d’évacuation, une vitesse de 5 857 mph (9 426 km/h) a été atteinte au lieu des 4 400 mph (7 081 km/h) prévus. À l’apogée, le vaisseau spatial de Ham se trouvait 77 km plus loin que prévu. Ham est resté en apesanteur pendant 6,6 minutes au lieu des 4,9 minutes prévues. Le vaisseau spatial s’est posé à 679 km de la station après un vol de 16,5 minutes. Il a reçu 14,7 g (144 m/s²) lors de la rentrée dans l’atmosphère, soit près de 3 g (29 m/s²) de plus que prévu.
Ham s’est bien acquitté de ses tâches, poussant des leviers environ 50 fois pendant le vol. Les caméras embarquées filmant la réaction de Ham à l’apesanteur ont montré une quantité surprenante de poussière et de débris flottant à l’intérieur de la capsule pendant l’apogée.
Le vaisseau spatial s’est écrasé vers 12h12. EST, hors de vue des forces de récupération. Environ 12 minutes plus tard, le premier signal de récupération a été reçu de l’engin spatial. Le suivi a montré qu’il était à environ 60 miles (96 km) du navire de récupération le plus proche. Vingt-sept minutes après l’atterrissage, un avion de recherche a aperçu la capsule flottant à la verticale dans l’Atlantique. L’avion de recherche a demandé à la Marine d’envoyer ses hélicoptères de sauvetage depuis le navire le plus proche qui les transporte.
Lorsque les hélicoptères sont arrivés, ils ont trouvé le vaisseau spatial sur le côté, prenant l’eau et s’immergeant. Lors de l’impact avec l’eau, le bouclier thermique en béryllium avait rebondi contre le fond de la capsule, perçant deux trous dans la cloison de pression en titane. Le sac d’atterrissage s’est usé et le bouclier thermique a été arraché du vaisseau avant d’être récupéré. Après le chavirement de l’engin, la valve du tuba ouverte a laissé entrer encore plus d’eau de mer dans la capsule. Lorsque l’équipage de l’hélicoptère s’est finalement accroché au vaisseau spatial de Ham et l’a récupéré à 18 h 52 UTC, il a estimé qu’il y avait environ 360 kg d’eau de mer à bord. Le vaisseau spatial a été transporté et descendu sur le pont de l’USS Donner. Lorsque le vaisseau spatial a été ouvert, Ham semblait être en bonne condition et a accepté volontiers une pomme et une demi orange.