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 «семерки» закончился и пуск 4 декабря – тяга двигателей резко упала, и аварийная система выключила их.

Только 2 января 1959 года к Луне стартовала ракета «Р-7А» с аппаратом типа «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, развив скорость 11,4 км/с.

После выключения двигателя блока «Е» произошло отделение аппарата. 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 власти, не моргнув глазом, заявили, что полет мимо Луны был задуман изначально. Аппарат «Е-1» был назван «Луной-1» и объявлен «первой искусственной планетой». Американцы смогли осуществить подобный запуск только через два месяца – 3 марта 1959 года американский «Пионер-4» стал второй искусственной планетой Солнечной системы.

По результатам полета станции «Луна-1» и с учетом появившейся возможности несколько увеличить полезную нагрузку ракеты-носителя в конструкцию самой станции были внесены небольшие изменения, модернизирована аппаратура станции и блока «Е». В частности, был установлен более чувствительный магнитометр. Кроме того, на станции размещались не один, а два металлических шара с вымпелами. После этой модернизации межпланетная станция получила индекс «Е-1А».

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

Чтобы подстраховаться 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 ее 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 были доставлены в район 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», Хрущёв 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, Хрущёв 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…»

Следующий этап лунной программы предусматривал создание станций «Е-2» и «Е-2А», которые должны были сфотографировать и передать на Землю фотоснимки обратной стороны Луны. Для выполнения этой задачи космический аппарат предполагалось отправить на орбиту с огромным апогеем, фактически «забросив» за Луну.

Автоматическая межпланетная станция серии «Е-2» существенно отличалась от более ранних космических аппаратов. Основные конструкционные отличия диктовались тем, что в определенный период своего движения по орбите она становилась «ориентированным» аппаратом, способным проводить астрономические наблюдения заранее выбранного небесного тела, в данном случае – Луны. Причем в качестве источников тока для питания системы ориентации использовались не аккумуляторы, а солнечные батареи.

Конструктивно «Е-2» изготовили в виде герметичного сварного цилиндрического контейнера 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, фототелевизионный комплекс «Енисей» и буферные батареи электропитания.

Самый важный элемент «лунника» – фототелевизионный комплекс «Енисей» – разработали сотрудники ленинградского НИИ-380. Это был не просто фотоаппарат, но и проявочное устройство, и радиопередатчик полученных после обработки изображений. Устройство имело два объектива для одновременной съемки двух кадров в двух масштабах. В процессе проектирования рассматривались два комплекта фототелевизионной аппаратуры – в итоге остановились на том, который создавался для станции «Е-2А». Ее и приняли к дальнейшей разработке.

Поскольку бортовая передающая камера могла работать в двух режимах – «быстром» и «медленном», – то и приемная аппаратура была разработана двух видов: под шифрами «Енисей-I» и «Енисей-II» соответственно. Аппаратура создавалась как в стационарном, так и в мобильном варианте, причем во втором случае приемные комплексы размещались в автомобильных «кунгах».

Станцию «Е-2А» № 1 привезли на полигон Тюра-Там в августе 1959 года, однако еще целый месяц понадобился на тестирование всех ее систем и устранение различных замечаний. Лишь 25 сентября разработчики заявили о готовности станции к полету.