2 сентября 1958 года вышло постановление правительства о запусках лунных станций. Появлению этого документа способствовали усилия американцев по завоеванию приоритета в освоении космического пространства. Потерпев неудачу на первом этапе, они обратили свои взоры к Луне, срочно разработав космический аппарат "Pioneer" для исследования Луны и окололунного пространства. Эти аппараты предполагалось запускать с помощью двухступенчатой американской ракеты "Thor Able" с разгонным блоком "Altair" и четырехступенчатой ракеты "Juno II" конструкции Вернера фон Брауна. Уже 17 августа 1958 года с мыса Канаверал был осуществлен первый запуск аппарата "Pioneer" (без порядкового номера) массой 38 кг, однако взрыв ракеты на 77-й секунде полета прервал путь аппарата к Луне. Следующие попытки: 11 октября, 8 ноября, 6 декабря 1958 года — также оказались неудачными. Но уже готовился запуск аппарата "Pioneer IV"!
Советские конструкторы приняли вызов. Межпланетные станции серии "Луна-А", разработанные группой Глеба Максимова, с индексами "Е-1" и "Е-1 А", различались между собой только настройкой применяемой научной аппаратуры, а конструктивно были подобны первому спутнику "ПС-1", хотя и больших размеров. "Е-1" представляла собой сферический контейнер из двух алюминиево-магниевых полусфер радиусом 400 мм, соединенных 48 болтами через шпангоуты. На верхней полусфере размещались четыре стержневые антенны радиопередатчика, две протонные ловушки для обнаружения межпланетного газа и два пьезоэлектрических "микрофона" для регистрации ударов метеоритных частиц. Полый алюминиевый штырь на полюсе верхней полусферы нес датчик для измерения магнитного поля Луны. На нижней полусфере размещались еще две протонные ловушки и две ленточные антенны второго радиопередатчика. Внутри контейнера на приборной раме размещались радиопередатчики, блоки приемников и телеметрии, научная аппаратура, серебряно-цинковые аккумуляторы и окисно-ртутные батареи. Масса контейнера "Е-1" составляла 187 кг.
Хотя все элементы космической системы тщательно отрабатывались, на начальном этапе советских конструкторов ждало разочарование. При пуске 23 сентября 1958 года станция "Е-1" погибла в результате разрушения ракеты "Р-7" на 87-й секунде полета. Решить проблему попытались, доработав программу запуска. 11 октября 1958 года состоялся новый запуск — опять неудача. Разрушением ракеты закончился и пуск 4 декабря 1958 года.
И только 2 января 1959 года к Луне стартовала ракета "Р-7" (8К72 № Б1-6, "Восток") с межпланетным аппаратом типа "Е-1", получившим в сообщении ТАСС название "Первая космическая ракета", а в печати — "Лунник" или "Мечта". Впервые в истории человечества рукотворный объект превысил вторую космическую, развив скорость 11,4 км/с.
Система управления ракеты совместно с наземными радиотехническими средствами обеспечивала вывод аппарата на требуемую траекторию. Пуск выполнялся без использования маневра старта с орбиты искусственного спутника Земли — тогда этого делать еще не умели. После выключения двигателя блока "Е" произошло отделение аппарата. Дальнейший полет продолжали уже два тела — через 34 часа после старта они прошли мимо цели на расстоянии 6400 км, проскочив расчетную точку раньше Луны и вышли на гелиоцентрическую орбиту. Причиной промаха стала ошибка, допущенная при работе наземных радиотехнических средств пеленгации и управления ракетой, — из-за нее двигатель блока "Е" выключился позже назначенного момента. Тем не менее руками человека была создана первая в мире искусственная планета Солнечной системы!
Астрономы Иосиф Самуилович Шкловский (1916–1985) и Владимир Гдалевич Курт (р. 1933) предложили использовать оптическое доказательство, что ракета летит к Луне, взрывом испарив на борту аппарата 1 кг натрия и создав искусственную комету. Натриевая комета образовалась 3 января 1959 года на расстоянии 113 000 км от Земли. Ее можно было увидеть в солнечных лучах как образование, по яркости равное шестой звездной величине.
Кроме того, "Луна-1" несла вымпелы. Один — сферический, сделанный из стальных пятиугольных элементов с зарядом взрывчатого вещества внутри, чтобы разбросать их при посадке. Другой — изготовленный в виде капсулы, заполненной жидкостью, внутри которой помещались алюминиевые полоски. К сожалению, доставить их на Луну в тот раз не удалось.
Поначалу американцы усомнились в существовании "Лунника", ведь даже крупнейшая английская радиообсерватория "Джодрелл Бэнк" не "услышала" его. Однако антенна Лаборатории реактивного движения все же нашла советский межпланетный аппарат, приняв слабый сигнал через восемь часов после того, как "Е-1" пролетел мимо Луны…
Американские ракетчики смогли воспроизвести успех советских только через два месяца — 3 марта 1959 года "Pioneer IV", запущенный с помощью ракеты "Juno II", достиг скорости 11,13 км/с, прошел мимо Луны на расстоянии 600 050 км и стал второй искусственной планетой Солнечной системы.
Однако лунная гонка еще только начиналась. Станция "Луна-2" (объект "Е-1А"), запущенная 12 сентября 1959 года (вслед за неудачным пуском 18 июня и сбоем на старте 9 сентября 1959 года), выполнила историческую миссию, впервые перелетев с Земли на другое небесное тело. Попадание на Луну было зафиксировано 14 сентября 1959 года в 00 ч 02 мин 24 с по московскому времени в момент исчезновения радиосигнала от аппарата при падении его восточнее Моря Ясности, в районе, находящемся поблизости от кратеров Аристил, Архимед и Автолик (в точке с примерными координатами: 30° с. ш. 0° д.). Сейчас этот район называется Заливом Лунника. Обработка данных по параметрам орбиты показала, что блок "Е" также достиг поверхности Луны.
Разумеется, момент падения аппаратов на Луну визуально зафиксировать было невозможно, однако долгое время в прессе цитировали заявление "заслуживающих доверия" астрономов из обсерватории Будапешта, которые якобы наблюдали и зарисовали облако пыли, поднятое ударом "Луны-2" о грунт. Утверждалось, что размер облака никак не меньше 60 км. Данные этих "наблюдений" уже 1959 году были подвергнуты критике, а последующие полеты с посадкой на Луну подтвердили, что облако пыли, поднимаемое при посадке даже такой громоздкой системой, как лунный модуль корабля "Apollo", с Земли совершенно неразличимо.
Следующий этап программы выполнялся станциями "Е-2" и "Е-2А", которые должны были сфотографировать и передать на Землю фотоснимки обратной, невидимой земному наблюдателю, стороны Луны — еще один важнейший приоритет! Автоматическая межпланетная станция серии "Е-2" существенно отличалась от космических аппаратов, запущенных ранее. Основные конструкционные отличия диктовались тем, что в определенный период своего движения по орбите "Е-2" становился ориентированным аппаратом, способным проводить астрономические наблюдения заранее выбранного небесного тела, в данном случае — Луны. Причем в качестве источников тока для питания аппаратуры ориентации использовались солнечные батареи.
Конструктивно "Е-2" и "Е-2А" изготовили в виде герметичного сварного цилиндрического контейнера длиной 1,3 м из алюминиевого сплава со сферическими днищами. На наружной поверхности устанавливались панели солнечных батарей, жалюзи системы терморегулирования, антенны радиокомплекса, иллюминаторы, датчики научной аппаратуры, датчики и микродвигатели системы ориентации. Внутри на раме разместили аппаратуру радиокомплекса, автоматики, научных исследований, фототелевизионное устройство "Енисей" и буферные батареи электропитания. Общий вес третьей ступени без топлива составил 1553 кг, вес отделяемой станции "Е-2А" — 278,5 кг.
