Последовательность выполнения программы обусловлена возможностями ракетно-космических комплексов, которые вначале позволяли решать наиболее простые задачи космической баллистики с последующим их усложнением:
– пролет вблизи Луны;
– прицельное попадание в заданный район;
– облет Луны;
– жесткая посадка с частичным гашением скорости V поверхности;
мягкая посадка с практическим гашением скорости до нуля у поверхности;
– выход на селеноцентрическую орбиту;
– облет Луны с возвращением на Землю;
– посадка на Луну и возвращение на Землю.
Таким образом, при создании автоматических станций для исследования Луны необходимо было, с одной стороны, обеспечить выполнение предусмотренных общей программой задач данного полета и, с другой стороны, учесть возможности существующих ракетно-космических комплексов.
С каждым последующим запуском перед автоматическими станциями ставились все более и более сложные научные и технические задачи с учетом, естественно, ранее накопленных сведений.
Полеты советских автоматических станций к Луне начались с 1959 года, и этот год вошел в историю мировой науки и техники, как год советских космических ракет. Советский Союз в соответствии с программой освоения космического пространства в тот год провел успешные запуски космических ракет к Луне и на Луну.
2 января 1959 года впервые к Луне отправилась космическая ракета с автоматической станцией «Луна-1» на борту.
4 января станция прошла вблизи Луны (на расстоянии 5000 – 6000 километров), а затем, продолжая полет, вышла на околосолнечную орбиту и стала первой искусственной планетой Солнечной системы. Стремительно удаляясь в пространство, она несла на себе вымпел Страны Советов.
Первый межпланетный полет советской космической ракеты открыл славную страницу в изучении космического пространства и продемонстрировал всему человечеству гигантский научно-технический прогресс, достигнутый трудящимися первой в мире страны победившего социализма.
Мир был поражен и восхищен успехом советской науки и техники. Мечта становилась реальностью, и «Луна-1» получила второе, неофициальное, название – «Мечта».
Полет станции «Луна-1», помимо отработки старта ракеты-носителя, в строго заданное время (обусловленное точностью полета к Луне) позволил испытать системы управления ракетой, энергопитания аппаратуры и терморегулирования в контейнере, а также радиотехнические средства связи и контроля траектории полета.
В результате полета станции «Луна-1» удалось получить ряд важных научных данных. Уточнено расположение внешнего радиационного пояса, окружающего Землю и получены новые сведения о составе заряженных частиц в этом поясе. Впервые проведены измерения магнитного поля на больших расстояниях от Земли. Измерена интенсивность первичных космических лучей, а также рентгеновского и гамма-излучений в межпланетном пространстве. Начато непосредственное исследование газовой компоненты межпланетного вещества. Осуществлена регистрация метеорных частиц в межпланетном пространстве.
Второй пуск космической ракеты со станцией «Луна-2» был осуществлен 12 сентября 1959 года.
Станция успешно завершила перелет и 14 сентября прилунилась вблизи восточной границы Моря Ясности на склоне кратера Автолик.
Впервые за всю историю человечества космический аппарат, сделанный руками человека, был переброшен с одного небесного тела на другое. На Луну были доставлены вымпелы с изображением Государственного герба СССР и надписью «СССР сентябрь 1959».
Научная аппаратура, установленная на станции «Луна-2», позволила провести ряд важных исследований на пути полета к Луне и в непосредственной близости от ее поверхности.
В результате измерений было установлено отсутствие заметного магнитного поля Луны и лунных радиационных поясов. Измерения вдоль траектории полета позволили уточнить структуру радиационных поясов Земли, оценить содержание углерода, гелия, азота, кислорода и более тяжелых ядер в составе космических лучей. Были получены также новые данные о микрометеоритах и газовой компоненте межпланетного вещества.
И еще одним достижением 1959 года явился запуск станции «Луна-3», которая успешно выполнила фотографирование обратной (невидимой с Земли) стороны Луны.
4 октября 1959 года третья космическая ракета вывела автоматическую межпланетную станцию «Луна-3» на траекторию, обеспечивающую облет вокруг Луны. 7 октября, когда станция находилась между Солнцем и Луной, а объективы фотоаппаратуры были нацелены на Луну, был начат сеанс фотографирования, который продолжался около 40 минут. Полученные кадры были автоматически обработаны на борту станции и при возвращении станции к Земле были переданы по телевизионному каналу на Землю. Траектория полета станции «Луна-3» напоминала полет космического бумеранга.
Станция «Луна-3» сфотографировала с удаления 60 – 70 тысяч километров почти половину поверхности лунного шара. Одна треть сфотографированной поверхности находится в краевой зоне видимой с Земли стороны Луны, две трети – на невидимой стороне.