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.
Фототелевизионное устройство "Енисей" разработали сотрудники ленинградского НИИ-380, впоследствии известного как Всесоюзный научно-исследовательский институт телевидения. Это был не просто фотоаппарат, но и проявочное устройство, и передатчик (через бортовую радиолинию) полученных после обработки изображений. Неслучайно конструкторы называли его в шутку "банно-прачечным трестом".
Устройство имело два объектива с фокусными расстояниями 200 и 500 мм для одновременной съемки двух кадров в двух масштабах. Эта методика оснащения телевизионной системы двумя телекамерами (двумя сменными объективами) потом многократно использовалась в космических аппаратах, создаваемых для изучения Солнечной системы. Объектив с фокусным расстоянием 200 мм формировал изображение диска Луны, полностью вписывающееся в кадр. Крупномасштабное изображение Луны выходило за пределы кадра, но давало увеличение четкости, соответствующее увеличению фокусного расстояния. В обоих случаях формировались телевизионные кадры с четкостью не ниже 1000 строк.
Запуск межпланетной станции "Е-2А" ракетой "Р-7" (8К72, № Л1-8, "Восток") состоялся 4 октября 1959 года. В прессе прошло сообщение о запуске "Луны-3". Для приема бесценных снимков были организованы два временных пункта связи: на горе Кошка близ Симеиза (Крым) и на Камчатке. Сеансы связи со станцией в крымском пункте велись днем и ночью, на них присутствовал сам Сергей Павлович Королев и его коллеги, почти не отдыхая.
Станция вышла на эллиптическую орбиту с апогеем 480 000 км и перигеем 47 500 км. Траектория полета была выбрана с таким расчетом, чтобы в момент максимального сближения с Луной (6200 км) аппарат находился от нее южнее, а на полученных снимках было видно достаточное количество известных объектов, что необходимо для нанесения координатной сетки на карту Луны. Съемка проводилась 7 октября, когда Солнце освещало около 70 % ее обратной стороны.
После проявления пленки на борту станции, изображения передавались с помощью фототелевизионной системы в двух режимах: медленном на больших расстояниях и быстром при подлете к Земле.
Вспоминает конструктор Борис Евсеевич Черток (1912–2011):
Я пристроился рядом с Богуславским [специалист по космическим радиосистемам Евгений Яковлевич Богуславский] у аппарата открытой записи на электрохимической бумаге.
С приемного пункта докладывали:
— Дальность — пятьдесят тысяч. Сигнал устойчивый. Есть прием!
Дали команду на воспроизведение изображения…
На бумаге строчка за строчкой появляется серое изображение. Круг, на котором различить подробности можно при достаточно большом воображении.
Королев не выдержал и ворвался к нам в тесную комнатку.
— Ну что там у вас?
— У нас получилось, что Луна круглая, — сказал я.
Богуславский вытянул из аппарата записанное на бумаге изображение, показал Королеву и спокойно разорвал. СП даже не возмутился.
— Зачем же так сразу, Евгений Яковлевич? Ведь это первый, понимаешь, первый!
— Плохо, много всякой грязи. Сейчас мы уберем помехи, и следующие кадры пойдут нормально.
