Vehículo objetivo Agena
Tras el fracaso del primer GATV, la NASA encargó a McDonnell el desarrollo de un objetivo de acoplamiento de reserva menos el cohete Lockheed Agena, el Augmented Target Docking Adapter (ATDA). Éste consistía en el collar de acoplamiento Gemini y un sistema de propulsión de control de actitud basado en el Sistema de Control de Reentrada Gemini. El ATDA medía 3,3 m de largo y tenía una masa de 794 kg. Se plantearon algunas dudas sobre la compatibilidad del ATDA con el cohete Atlas, ya que su masa era mucho menor que la del GATV, lo que podría alterar la aerodinámica y los ajustes del vehículo de lanzamiento. Sin embargo, Convair aseguró a McDonnell que no plantearía problemas técnicos con el propulsor.
El 17 de mayo de 1966 se produjo un segundo fallo en el lanzamiento del GATV, mientras los astronautas del Gemini 9 Tom Stafford y Eugene Cernan estaban sentados en su plataforma esperando el lanzamiento. El Atlas-Agena se elevó suavemente en un cielo nublado, desapareciendo de la vista alrededor de T+50 segundos. Poco antes de la desconexión del motor del propulsor (BECO), el oficial de control de la guía anunció que había perdido el contacto con el propulsor.
La telemetría indicó que la puesta en escena del Agena había tenido lugar según lo previsto a T+300 segundos. El Agena continuó transmitiendo señales hasta T+436 segundos, cuando toda la telemetría cesó. Oculto tras las nubes, el motor B-2 del Atlas giró bruscamente a la derecha a partir de T+120 segundos y permaneció fijo en esa posición, volteando el vehículo de lanzamiento 216° y enviándolo de vuelta hacia Cabo Kennedy. Esta rotación impidió que el sistema de guiado en tierra se fijara. Las estaciones de radar de las Bahamas lo siguieron en dirección al norte y en descenso. La estabilidad del vehículo se recuperó gradualmente tras el BECO, pero se había desviado aproximadamente 231° de su trayectoria de vuelo prevista. Ambos vehículos se precipitaron al Océano Atlántico a 107 millas náuticas (198 km) de distancia. El motor del Agena no se activó porque no se había alcanzado la altitud y la velocidad adecuadas, lo que impidió que el sistema de guía enviara la orden de arranque. Aunque no se encontró la causa exacta de la pérdida de control del cardán del motor, la telemetría indicó que se produjo un cortocircuito a tierra en el circuito de la señal de mando de salida del servoamplificador, que podría haber sido causado por una fuga criogénica en la sección de empuje. Esta teoría se vio corroborada por las temperaturas anormalmente bajas de la sección de empuje a partir de T+65 segundos. No se identificó la fuente de la fuga criogénica. La pérdida del bloqueo en tierra impidió que se transmitieran al Atlas las señales normales de apagado del motor; BECO fue generada por el acelerómetro de reserva de puesta en escena, SECO a T+273 segundos debido al agotamiento de LOX, y VECO y Agena de puesta en escena a partir de un comando de reserva generado por el programador del misil. Aparte del sistema de control de vuelo, todos los sistemas del Atlas funcionaron correctamente.
Aunque Convair aceptó la responsabilidad del fallo del lanzamiento, los ingenieros de Lockheed expresaron su preocupación por los datos de telemetría que indicaban un fallo del servo en el Agena, lo que llevó a dudar de que la etapa hubiera seguido funcionando correctamente si el Atlas no hubiera fallado. Sin embargo, la verdadera causa del fallo salió a la luz cuando la Fuerza Aérea hizo pública una película tomada por las cámaras de seguimiento en Melbourne Beach (Florida), que mostraba cómo el Atlas cabeceaba y se dirigía hacia abajo. Se determinó entonces que la avería del servo del Agena fue causada por el paso a través de la estela de escape ionizado del Atlas.
El lanzamiento de la misión modificada Gemini 9A se reprogramó para el 1 de junio de 1966, utilizando el ATDA. Sin embargo, la cubierta que protegía el adaptador de acoplamiento durante el lanzamiento no se separó, debido a que los cordones estaban mal asegurados con cinta adhesiva. La Gemini 9A fue lanzada el 3 de junio, y cuando estaba en órbita, la tripulación observó que la cubierta del ATDA se había abierto parcialmente y fue descrita por Stafford como «un caimán enfadado». El acoplamiento no fue posible, pero en su lugar se practicó la maniobra de encuentro.