Первые полеты космических кораблей сделали возможным детальное изучение других планет. Вполне понятно, что первым объектом внимания ученых стало ближайшее к Земле небесное тело — Луна. Поэтому, вслед за запуском первых спутников в конструкторском бюро Королева и на Байконуре начались широкомасштабные работы по подготовке полета к Луне.
Для этой цели на базе ракеты Р-7 был создан усовершенствованный трехступенчатый ракетоноситель. Первый старт этой ракеты состоялся 23 сентября 1958 года, который, как и многие первые запуски, был очень неудачным и доставил немало неприятных минут всему боевому расчету: на 92-й секунде полета ракета, потеряв один из боковых двигателей, начала выписывать непредсказуемые пируэты над стартом. В конце концов, она рухнула неподалеку от места запуска, серьезно повредив здание монтажно-испытательного корпуса, где и собирали эту ракету. Лишь по счастливой случайности тогда никто не погиб.
Следующие два пуска тоже были аварийными: 12 октября ракета взорвалась через 100 секунд после старта, а 4 декабря на 245-й секунде полета отказал двигатель и снова падение. Можно сказать, повторилась ситуация с первыми летными испытаниями ракеты Р-7 — удачный запуск получился лишь с четвертой попытки.
Только 2 января 1959 года космический аппарат «Луна-1», ставший по сути первой межпланетной станцией, практически достиг нашего естественного спутника, пролетев мимо Луны на расстоянии 6 тысяч километров.
А уже аппарат «Луна-2», стартовавший 12 сентября 1959 года попал на поверхность Луны и, как было заявлено в сообщении ТАСС, доставил на нашу небесную соседку вымпел СССР. На самом деле «Луна-2» разбилась во время прилунения, потому что не обладала двигателями мягкой посадки. Тем не менее, достижения советской космонавтики оценили даже зарубежные коммерсанты. Один французский производитель шампанских вин объявил, что первый кто сфотографирует обратную сторону Луны, получил в награду ящик коллекционного шампанского. После того, как космический аппарат «Луна-3», отправившийся в космос ровно через 2 года после начала космической эры — 4 октября 1959 года — облетел вокруг нашего ближайшего космического соседа и передал на Землю снимки невидимой стороны Луны, ящик шампанского был передан Сергею Павловичу Королеву. Кстати, на Байконуре, в музейном домике Королева до сих пор экскурсоводы демонстрируют посетителям несколько пустых бутылок из-под того знаменитого ящика. А само шампанское сразу было выпито покорителями космоса.
Тем временем, в середине 60-х годов в Советском Союзе была разработана программа полета человека на Луну, под которую в конструкторском бюро Королева было создано сразу несколько космических кораблей, получивших индексы Л-1–Л-3.
Для этих кораблей Отдельное конструкторское бюро Сергея Павловича Королева разрабатывало принципиально новый ракетоноситель Н-1, который мог бы доставить космический корабль к Луне и обратно. К сожалению, работа над новым ракетоносителем Н-1, шла не очень успешно. Ракета упорно не хотела летать. А главной проблемой этой ракеты стала низкая надежность сложной силовой установки первой ступени, состоявшей из 32 двигателей. Конструкторам никак не удавалось добиться четкой синхронизации в их работе. Вследствие чего все 4 запуска ракеты Н-1 завершились взрывами и падениями. И программа по ракетоносителю Н-1 была закрыта. Хотя, Н-1 мог стать новым этапом в развитии космонавтики. А проблему синхронизации работы двигателей вполне могли бы решить обычные бортовые компьютеры, которых в то время, к сожалению, еще не было.
А тем временем, и американцы усиленно форсировали свою лунную программу. Советскому Союзу пришлось догонять своего главного соперника по космической гонке. Для чего, в 1967 году решено было осуществить пилотируемый облет Луны, запустив космический корабль Л-1 ракетоносителем «Протон», для которого еще в 1965 году на 81-й площадке космодрома Байконур построили сразу две пусковые установки. И к 1967 году «Протон» уже активно использовался в выполнении космических программ.
Свою летную биографию изделие 8К82К, созданное в Конструкторском бюро академика Владимира Николаевича Челомея, начало с успешного запуска 16 июля 1965 года. В этот день с космодрома Байконур на околоземную орбиту была выведена автоматическая станция «Протон», которая и дала название новому ракетоносителю. Именно «Протон» и начали использовать при запусках межпланетных станций к нашему ближайшему небесному соседу в 1969 году. Но, после высадки американцев на Луну и успешного возвращения экипажа «Аполлона» на Землю в июле 1969 года, стало ясно, что лунную гонку по пилотируемой программе Советский Союз проиграл. Тогда в СССР решено было переключиться на изучение нашего ближайшего космического соседа с помощью автоматических лунных станций. Запущенная «Протоном» 12 сентября 1970 года станция «Луна-16» благополучно достигла ночного светила и через неделю совершила мягкую посадку в районе Моря Изобилия. Следующим крупным шагом в освоении ближнего космоса стала высадка на Луну самоходного аппарата «Луноход-1», который управлялся по командам с Земли. Наш «лунный трактор», как назвал луноход в своей песне Владимир Высоцкий, за 10 месяцев работы прошел по Морю Дождей 10 тысяч 540 метров. А «Луноход-2» проработал в 1973 году на поверхности Луны целых 5 месяцев, пройдя путь длиной в 37 километров.