Советская межпланетная станция «Е-1», разработанная группой Глеба Юрьевича Максимова, была намного тяжелее (187 кг) и конструктивно походила на первый простейший спутник, представляя 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 радиопередатчика. Внутри контейнера на приборной раме закрепили два радиопередатчика, блоки приемников и телеметрии, научную аппаратуру и батареи.

Несмотря на тщательную отработку всех элементов космической системы, на начальном этапе советских ученых и конструкторов ждало разочарование. При пуске 23 сентября 1958 года станция «Е-1» погибла в результате развала ракетного пакета на 87-й секунде полета. 11 октября состоялся новый старт, и снова неудача: на 104-й секунде ракета разрушилась из-за возникновения резонансных вибраций конструкции от пульсаций давления в двигателях. Гибелью носителя закончился и пуск 4 декабря – тяга двигателей резко упала, поэтому аварийная система выключила их.

Только 2 января 1959 года к Луне стартовала ракета «Р-7А» с «Е-1», получившим в сообщении ТАСС название «Первая космическая ракета», а в печати – «Лунник» и «Мечта». Впервые в истории человечества рукотворный объект превысил вторую космическую скорость, развив 11,4 км/с.

После выключения двигателя блока «Е» произошло отделение станции. Дальнейший полет продолжали уже два тела – через 34 часа после старта они миновали цель на расстоянии 6400 км, проскочив расчетную точку раньше Луны, и вышли на гелиоцентрическую орбиту. Причиной «промаха» стало обычное разгильдяйство, связанное с празднованием Нового года. Представитель разработчика системы радиоуправления, выставляя 1 января плоскость антенн, ошибся по углу места на 2°, выставив 44° вместо 42°. Его никто не проконтролировал – «влияние» праздника. Во время полета данные от пеленгатора в счетно-решающее устройство поступали исправно, но параметр по углу места все время шел с ошибкой, воспринимаясь как отклонение ракеты вниз от расчетной траектории. Поэтому счетно-решающее устройство не выключало двигатель центрального блока, ожидая, пока данные по углу места не придут в пределы допуска. В результате двигатель отработал до исчерпания топлива, и блок «Е» стартовал из случайного района.

Впрочем, из любой оплошности всегда можно извлечь выгоду. Благодаря тому, что станция улетела в космос, удалось выяснить практическую дальность действия систем Командно-измерительного комплекса: она составила около 500 000 км. А советские официальные лица, не моргнув глазом, заявили, что полет мимо Луны был задуман изначально. Станция «Е-1» была названа «Луной-1» и объявлена «первой искусственной планетой Солнечной системы». Американцы смогли осуществить похожий запуск только через два месяца – 3 марта 1959 года американский аппарат «Pioneer 4» стал второй искусственной планетой.

Среди других научных результатов, полученных с помощью приборов, установленных на «Луне-1», были и такие, которые непосредственно затрагивали перспективы будущих пилотируемых межпланетных полетов. Например, в отчете, подготовленном 22 января, то есть через двадцать дней после старта «Е-1», для членов ЦК КПСС, находим следующий пассаж:

«По результатам измерений космических лучей получены новые данные, показывающие, что в межпланетном пространстве на очень больших расстояниях от Земли интенсивность космического излучения постоянна с точностью до 20 %. На высоте 2000 км зарегистрирована доза космического излучения порядка рентгена в час, а на высоте 100 000 км суммарная ионизация составляет 6×10-4 рентгена в час.

По космическим лучам получены результаты большого научного значения. Полученные результаты позволяют уже сейчас оценить дозу вредного облучения живого организма, находящегося в межпланетном пространстве. Эта доза, по-видимому, не может привести к катастрофически вредным воздействиям. Зоны опасного воздействия расположены вблизи небесных тел, имеющих магнитное поле.

Человек, находящийся вне опасной зоны в межпланетном пространстве, может получить смертельную дозу облучения порядка 500 рентген в течение 50 лет.

Полученные выводы нуждаются в дальнейшем уточнении, так как, по данным наземных станций регистрации космических лучей, один раз в несколько лет наблюдаются большие возрастания интенсивности космических лучей, что может привести к значительному облучению».

Позднее, с учетом итогов полета станции «Луна-1» и появившейся возможности увеличить полезную нагрузку ракеты-носителя, в конструкцию самой станции были внесены небольшие изменения, модернизированы аппаратура станции и блока «Е». В частности, был установлен более чувствительный магнитометр. Кроме того, на станции размещалось не один, а два металлических шара с вымпелами. После модернизации она получила индекс «Е-1А».

Первая «Е-1А» была запущена 18 июня 1959 года. На 153-й секунде полета, на этапе работы второй ступени (центрального блока «А»), произошел отказ инерциальной системы, и по команде с Земли ракета была подорвана.

Для подстраховки от возможных неудач к осенним стартам были подготовлены две ракеты-носителя и три одинаковые станции. Очередной запуск был запланирован на 6 сентября 1959 года, но из-за сброса автоматики при наземной подготовке был отменен. Следующую попытку предприняли 8 сентября – проблемы с наддувом бака окислителя заставили отменить и этот старт. Третий раз станция «Е-1А» могла быть запущена 9 сентября 1959 года, но уже после зажигания команда «Главная» не прошла, и ракету сняли со старта.

Станция «Е-1А», получившая название «Луна-2», была запущена 12 сентября 1959 года. Она выполнила историческую миссию, впервые перелетев с Земли на другое небесное тело. Попадание в Луну было зафиксировано 14 сентября 1959 года в 00:02:24 по московскому времени. Вымпелы упали в районе Болота Гниения, в западной части Моря Дождей, в 800 км от центра видимого диска. Сейчас этот район называется Заливом Лунника.

Удачный «выстрел» в Луну оказался очень кстати. 15 сентября 1959 года, на следующий день после триумфа «Луны-2», Хрущев был с визитом в США и подарил американскому президенту Дуайту Эйзенхауэру точную копию исторического вымпела и золотой значок, изготовленный специально в честь этого события. Выступая перед американцами, Хрущев сказал: «Мы не сомневаемся в том, что замечательные ученые, инженеры и рабочие Соединенных Штатов Америки, которые работают в области завоевания космоса, также доставят свой вымпел на Луну. Советский вымпел, как старожил Луны, будет приветствовать ваш вымпел, и они будут жить в мире и дружбе, как и мы с вами на Земле должны жить в мире и дружбе, как должны жить в мире и дружбе все народы, населяющие нашу общую мать-землю, которая так щедро вознаграждает нас своими дарами…»