Съемочная камера имела два объектива с фокусными расстояниями 200 и 500 миллиметров, с помощью которых производилась одновременно съемка в двух различных масштабах.
4. Автоматическая система терморегулирования для поддержания заданного теплового режима внутри станции.
Система обеспечивала отвод тепла, выделяемого приборами, через специальную радиационную поверхность в окружающее космическое пространство. Для регулирования теплоотдачи снаружи корпуса были установлены жалюзи, открывающие радиационную поверхность при повышении температуры внутри станции свыше +25° С.
5. Система энергопитания, состоявшая из автономных блоков, химических источников тока, обеспечивавших питание кратковременно действующей аппаратуры, и централизованного блока буферной химической батареи. Для компенсации израсходованной энергии буферной батареи на станции были установлены солнечные источники тока. Питание бортовой аппаратуры производилось через преобразователь и стабилизирующие устройства.
6. Комплекс научной аппаратуры для дальнейшего развития исследований космического и окололунного пространства, начатых первыми двумя станциями.
Согласование и управление работой всего оборудования станции осуществлялось специальным программно-временным устройством. Бортоваб аппаратура и химические источники тока были смонтированы на специальной Раме внутри станции.
На внешней поверхности станции размещались датчики научной аппаратуры, солнечные батареи, солнечный и лунный оптические датчики, иллюминатор фотокамер двигатели системы ориентации, четыре штыревые и две ленточные антенны.
Выбор траектории полета станции «Луна-3» определялся рядом требований, исходивших из задач, поставленных перед этим полетом.
Главной задачей было фотографирование возможно большей части невидимого с Земли полушария Луны. Однако необходимо было также получить на снимках некоторое число деталей видимого полушария, чтобы по отношению к ним определить селенографические координаты новых объектов и взять их в качестве образца для дешифрирования.
Во время фотографирования станция должна была располагаться приблизительно на прямой, соединяющей Солнце и Луну. При этом Земля должна была находиться в стороне от направления Солнце – Луна, чтобы не произошла ориентация станции на Землю вместо Луны.
После фотографирования заданного района станции надлежало вернуться на близкое расстояние к Земле для передачи полученных изображений.
Так как никакой коррекции движения межпланетной гтанции в пути не предусматривалось и весь ее полет определялся в конечном счете параметрами движения в конце участка разгона (в основном величиной и направлением скорости, а также гравитационными силами Земли, Луны и Солнца), то нетрудно представить, что реализация такой облетной траектории возможна была лишь при чрезвычайно совершенной системе управления ракетой-носителем на участке разгона и достаточно точном учете сил тяготения Земли, Луны и Солнца.
Старт автоматической станции «Луна-3» состоялся 4 октября 1959 года. Космическая ракета вышла на орбиту с высокой точностью, что обеспечило заданное сближение автоматической станции с Луной и облет Луны.
6 октября в 17 часов 16 минут станция прошла на минимальном расстоянии от Луны – в 7000 километров от ее поверхности, а затем продолжала свое движение, огибая Луну- Весь полет до Луны продолжался около 2,5 су-После сближения с Луной – 7 октября, в момент, копа станция находилась в заданном положении относительно Луны и Солнца, обеспечивавшем необходимые условия для ориентации и фотографирования, была включена система ориентации.
В начале работы системы ориентации прежде всего было прекращено произвольное вращение автоматической станции вокруг ее центра масс, возникшее в момент отделения от последней ступени ракеты-носителя.
Затем с помощью солнечных датчиков и системы ориентации станция была направлена нижним днищем на Солнце; этим самым оптические оси фотоаппаратов направлялись в противоположную сторону – на Луну. После этого соответствующее оптическое устройство, в поле зрения которого Земля и Солнце уже не могли появиться, отключило ориентацию на Солнце и произвело точную ориентацию на Луну. Поступивший с оптического устройства сигнал «присутствия» Луны разрешил автоматическое фотографирование.
Команда на включение аппаратуры для фотографирования обратной стороны Луны была подана в тот же день, 7 октября, в 6 часов 30 минут. Сеанс фотографирования лунной поверхности продолжался около 40 минут. Кадры снимались на специальную 35-миллиметровую пленку с расстояния от 65,2 до 68,4 тысяч километров длиннофокусным и короткофокусным объективами.
Станция сфотографировала почти половину лунной поверхности, из которой около 60 процентов приходится на невидимое с Земли полушарие.
В течение всего времени фотографирования система ориентации обеспечивала непрерывное наведение станции на Луну.