Первой попыткой американцев достичь Луны были американские космические аппараты "Пионер". Разработка планов создания аппаратов “Пионер” началась в конце 1957 г.—начале 1958 г. Работы по программе проводились под руководством NASA (Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства). Планами предусматривалось изучение Луны и окололунного пространства с пролетной траектории и с селеноцентрической орбиты, межпланетного пространства, отработка бортовых систем. Этапы выполнения программы “Пионер приводятся ниже.

Запускам космических аппаратов “Пионер предшествовал запуск экспериментального космического аппарата, который специального названия не получил, но имел обозначение Project Able 1. Основная цель запуска—доставка в район Луны космического аппарата и получение телевизионных изображений обратной стороны Луны. Аппарат предназначался так же для измерения космической радиации и напряженности магнитного поля Земли и в пространстве между Землей и Луной, обнаружения магнитного поля Луны и регистрации микрометеорных частиц. Запуск аппарата произведен 17 августа 1958 г. со стартового комплекса на мысе Канаверал (в 1963 г. этому космодрому было присвоено название “мыс Кеннеди”, однако это название не прижилось) ракетой-носителем Thor-Able. Через 77 сек после старта из-за неисправности I ступени ракета-носитель взорвалась на высоте 16 км.

Космический аппарат “Пионер I". Программа исследований предусматривала решение задач в рамках Международного геофизического года (всемирная программа исследований, приуроченная к году максимума солнечной активности). Запуск аппарата произведен 11 октября 1958 года. Расчетная скорость не была обеспечена, аппарат не вышел на траекторию полета к Луне и 12 октября упал в южной части Тихого океана. Максимальное удаление от Земли— 113 830 км.

Космический аппарат “Пионер 2". Цель запуска и назначение—как у экспериментального аппарата, программа исследований предусматривала решение задач в рамках МГГ. Запуск аппарата произведен 8 ноября 1958 г. с м. Канаверал ракетой-носителем Thor-Able. В результате неисправности III ступени ракеты-носителя (не включилась двигательная установка) аппарат не вышел на траекторию полета к Луне, вернулся в атмосферу и 8 ноября упал в Атлантический океан недалеко от Африки. Максимальное удаление от Земли — 1550 км.

Космический аппарат “Пионер 3". Основная цель запуска—доставка аппарата на Луну (попадание в область радиусом 20 тыс. км. вокруг Луны). Запуск аппарата произведен 6 декабря 1958 г. Ракета-носитель Juno II не обеспечила расчетную скорость, аппарат не вышел на траекторию полета к Луне. 7 декабря вернулся в атмосферу и сгорел. Максимальное удаление от Земли 102 320 км.

Космический аппарат "Луна-1". А тем временем СССР запустил космический аппарат "Луна-1". Запуск состоялся 2 января 1959. Пройдя вблизи Луны на расстоянии 5-6 тысяч км от её поверхности, 4 января 1959 АМС вышла из сферы действия земного тяготения и превратилась в первую искусственную планету Солнечной системы с параметрами: перигелий 146,4 млн. км и афелий 197,2 млн. км. На АМС размещались радиоаппаратура, телеметрическая система, комплекс приборов и другое оборудование. Приборы предназначены для изучения интенсивности и состава космических лучей, газовой компоненты межпланетного вещества, метеорных частиц, корпускулярного излучения Солнца, межпланетного магнитного поля. На последней ступени ракеты была установлена аппаратура для образования натриевого облака - искусственной кометы. 3 января на расстоянии 113 000 км от Земли было образовано визуально наблюдаемое золотисто-оранжевое натриевое облако. При полёте "Л.-1" впервые была достигнута вторая космическая скорость. В межпланетном пространстве впервые зарегистрированы сильные потоки ионизированной плазмы. В мировой печати АМС "Л.-1" получила название "Мечта". Это был первый аппарат, вырвавшийся за пределы земного тяготения, удачно запущенный в сторону Луны и ставший первой искусственной планетой Солнечной системы.

Космический аппарат “Пионер 4". Запуск аппарата произведен 3 марта 1959 г. 4 марта аппарат достиг района Луны и прошел от нее на расстоянии 60 050 км (расчетное значение-32 000 км). Из-за отклонения от зоны пролета не включился фотоэлектрический датчик спускового механизма устройства фотографирования Луны, и оно не было испытано. При дальнейшем движении аппарат вышел на гелиоцентрическую орбиту. В результате исследований получены данные о космической радиации.

Итак, американский аппарат, успешно запущенный в сторону Луны и ставший первой искусственной планетой, был запущен на 2 месяца позже, чем в СССР.

Космический аппарат “Луна-2". А тем временем СССР запустил аппарат "Луна-2", который впервые в истории достиг Луны. В соответствии с программой исследований космического пространства 12 сентября 1959 года в тогда еще Советском Союзе был осуществлен успешный запуск второй космической ракеты в сторону Луны (первый запуск "Луны-1" не увенчался успехом), которая несла автоматическую межпланетную станцию "Луна-2". Это был запуск, в результате которого ракета достигла поверхности Луны. Впервые в истории был осуществлен космический полет с Земли на другое небесное тело. В ознаменование этого выдающегося события на поверхность Луны был доставлен вымпел с изображением Герба Советского Союза и надписью "Союз Советских Социалистических Республик. Сентябрь 1959 год".

Продолжительность полета космической ракеты с АМС "Луна-2" составила около полутора суток. На схеме показана траектория полета межпланетной станции к Луне. Видно смещение Луны за время полета "Луны-2". Коррекция траектории ракеты при ее движении к Луне не предусматривалась, поэтому для обеспечения попадания в Луну расчетные значения параметров движения в конце активного участка должны были быть выдержаны исключительно точно. Так, например, ошибка в скорости ракеты всего на один метр в секунду, т. е. на 0,01 % от величины полной скорости приводит к отклонению точки встречи с Луной на 250 км. Очевидно, что обеспечение такой точности управления ракетой представляет собой весьма сложную задачу. Однако она была решена с изумившей мир точностью. Как сама АМС "Луна-2" и ее устройства, так и научные приборы, установленные на ее борту, были примерно одинаковы с АМС "Луна-1". Только магнитометр на этот раз был более чувствительным. При запуске "Луны-2" проводилось исследование магнитных полей Земли и Луны; исследование поясов радиации, расположенных вокруг Земли; исследование интенсивности и вариации интенсивности космического излучения; исследование тяжелых ядер в космическом излучении; изучение газовой компоненты межпланетного вещества; изучение метеорных частиц. Не останавливаясь на деталях обширных материалов, полученных в ходе этого эксперимента, отметим наиболее важные из них. "Луна-2" выяснила, что Луна не имеет заметного магнитного поля (в пределах точности магнитометра), что вокруг нее нет радиационных поясов - результат, согласующийся с данными о магнитном поле. По мере приближения к лунной поверхности было обнаружено некоторое увеличение концентрации газовой компоненты по сравнению с межпланетным пространством. 13 сентября 1959 года станция достигла поверхности Луны в районе с координатами: 0° д., 30° с.ш. Межпланетная станция "Луна-2 буквально врезалась в Луну на большой скорости и разлетелась на части. Но вымпел с гербом страны, первой коснувшейся другого небесного тела, навсегда останется лежать на поверхности Луны. Наши потомки, которые посетят Луну в будущем, смогут найти исторические фрагменты первого космического корабля, достигшего нашей небесной соседки. Нам же остается лишь наблюдать с Земли то место, куда упала "Луна-2". Сделать это достаточно просто по прилагаемому участку лунной поверхности. Найдите в телескоп на Луне кратер Автолик. Покажите это место своим знакомым и скажите: "Вот на этом месте покоится маленький кусок металла, который дал начало путешествиям к другим мирам". Действительно, в скором будущем автоматические аппараты под солнечным парусом устремятся к соседним звездам, но это первое достижение человечества будет вечным памятником величия человеческого разума, потому что именно с небольшого кусочка металла, умещающегося на ладони, началась наша дорога к звездам.

Космический аппарат “Пионер 5". Основная цель запуска—вывод аппарата на селеноцентрическую орбиту. Аппарат предназначался для исследования окололунного пространства, получения телевизионных изображений Луны, изучения проблем радиосвязи на больших расстояниях. Запуск произведен 26 ноября 1959 г. с м. Канаверал ракетой-носителем Atlas-Able с РДТТ ABL-248 в качестве III ступени. На 45-й сек. преждевременно отделился носовой обтекатель, прикрывавший аппарат, и под воздействием аэродинамических сил III ступень с аппаратом оторвалась от ракеты-носителя и упала в Атлантический океан около Африки.

Космический аппарат “Пионер 6". Основная цель запуска—вывод аппарата на селеноцентрическую орбиту. Запуск произведен 25 сентября 1960 г. Двигатель II ступени проработал меньше расчетного времени и не обеспечил требуемой скорости, аппарат не вышел на траекторию полета к Луне и 25 сентября упал в Африке.

Космический аппарат “Пионер 7". Цель запуска и назначение—как у предыдущего аппарата. Запуск аппарата произведен 15 декабря 1960 г. с м. Канаверал. На 68-й сек. после старта на высоте 13 км из-за преждевременного включения двигателя II ступени ракета-носитель взорвалась.

В 1959 г. NASA был разработан и 21 декабря 1959 г. (почти через год после успешного полета “Луны-2”) принят план дальнейшего изучения Луны, предусматривавший создание аппаратов “Рейнджер” (“Странник”). Изучение Луны по программе “Рейнджер” планировалось в несколько последовательных этапов. На первом этапе предполагались запуски аппаратов с фотоустановкой для получения снимков лунной поверхности до момента падения аппарата на Луну. На втором этапе (весна 1961 г.) —доставка аппарата к Луне и отделение от него на расстоянии около 30— 40 км от Луны контейнера с научным оборудованием; установленным на контейнере тормозным двигателем скорость падения должна была снижаться до 150 м/сек.

Космический аппарат “Рейнджер 1”. Основная цель запуска—отработка программы вывода: аппаратов “Рейнджер на геоцентрическую орбиту с большим эксцентриситетом и испытания бортового оборудования. Запуск аппарата “Рейнджер 1” был произведен 23 августа 1961 г. с м. Канаверал ракетой-носителем Atlas-Agena В. Полет ракеты-носителя до момента повторного включения двигателя II ступени проходил по программе близкой к расчетной. Вывод II ступени с аппаратом на промежуточную орбиту и торможение ее планировались для отработки техники запуска аппаратов “Рейнджер, предназначенных для достижения Луны. Повторное включение двигателя II ступени осуществить не удалось и аппарат вышел на нерасчетную орбиту. 30 августа 1961 г. аппарат вошел в плотные слои атмосферы и сгорел. В целом запуск аппарата “Рейнджер I считается неудачным, т. к. не удалось осуществить повторное включение двигателя II ступени.

Космический аппарат “Рейнджер 2”. Цель запуска и назначение аппарата—как у аппарата “Рейнджер 1”. Запуск аппарата произведен 18 ноября 1961 г. Неисправность системы стабилизации привела к вращению II ступени, что препятствовало поступлению топлива в двигатель II ступени и повторно включить его не удалось. 20 ноября, совершив несколько оборотов, аппарат вошел в плотные слои атмосферы и разрушился.

Космический аппарат “Рейнджер 3". Аппарат предназначен для получения телевизионных изображений лунной поверхности при подлете к Луне, регистрации сейсмических колебаний поверхности Луны и γ -излучения на траектории полета, определения концентрации радиоактивных элементов в лунных породах по γ -излучению, изучения характеристик поверхности Луны и характера отражения сигналов радиолокационного альтиметра от поверхности Луны. Приборный контейнер предполагалось доставить в район Океана Бурь и проводить исследования в течение 30 суток. Запуск произведен 26 января 1962 г.

Недостаточно точная ориентация направленной антенны вызвала значительное ослабление сигналов и прием их на станции слежения в Голдстоуне стал невозможен; вследствие этого изображений Луны получить не удалось. Прекращение работы системы ориентации, вызванное полной разрядкой химической батареи, привело к потере ориентации аппарата. 28 января аппарат прошел мимо Луны. Из-за большого расстояния до Луны капсула с приборным контейнером не отделилась.

Космический аппарат “Рейнджер 4". Назначение аппарата такое же, как у аппарата “Рейнджер 3”. Запуск аппарата произведен 23 апреля 1962 г. Полет ракеты-носителя проходил по программе, близкой к расчетной. Вскоре после запуска вышла из строя бортовая радиоаппаратура, за исключением небольшого радиопередатчика, и аппарат не смог отрабатывать подаваемые с Земли команды. 26 апреля аппарат упал на невидимую сторону Луны в точке с селенографическими координатами 130° 42' з. д. и 15° 30' ю. ш. (расчетное значение). Итак, американский аппарат впервые попал на Луну лишь почти через три года после советской станции “Луна-2”, причем попадание было неполноценным (подобно тому, как “первый американский пилотируемый полет” в мае 1961 года был неполноценным – в отличие от полета Гагарина, первый американский космонавт не выходил на орбиту, а совершил полет по баллистической дуге). В данном случае утешением для американцев может быть лишь то, что “Рейнджер-4” оказался первым и пока единственным на Земле аппаратом, достигшим обратной стороны Луны. Однако это может принести только моральное удовлетворение, т.к. никаких данных аппарат не передал.

Космический аппарат “Рейнджер 5”. Назначение аппарата такое же, как у аппарата “Рейнджер 3”. Запуск аппарата произведен 18 октября 1962 г. Полет ракеты-носителя проходил почти в полном соответствии с программой. В полете отказали солнечные элементы и питание оборудования было переключено на химическую батарею. Через 4 часа после полной разрядки химической батареи функционирование оборудования прекратилось. 20 октября 1962 г. аппарат прошел мимо Луны на расстоянии около 725 км и вышел на гелиоцентрическую орбиту.

Космический аппарат “Рейнджер 6” (“Рейнджер A"). Назначение аппарата — получение телевизионных изображений поверхности Луны перед падением на нее. Запуск аппарата произведен 30 января 1964 г. Через 15 час. после старта была включена на 66 сек. двигательная установка для коррекции траектории (без коррекции аппарат прошел бы на расстоянии 960 км от Луны), что обеспечило приращение скорости на 41 м/сек. Полученный на Земле телеметрический сигнал показал, что команда была принята, однако никаких телевизионных изображений с аппарата не поступило. 2 февраля аппарат упал на Луну к востоку от Моря Спокойствия в 23° от терминатора в точке с селенографическими координатами 9°24 с. ш. и 21°30 в. д. менее чем в 30 км от расчетной точки (8,5° с. ш. и 21,0° в. д.). Наблюдение за падением аппарата вели 32 обсерватории, однако ни одной из них не удалось зарегистрировать ожидаемого пылевого облака. Итак, американцы сумели повторить результаты “Луны-2” лишь почти через 5 лет.

Космический аппарат “Рейнджер 7” (“Рейнджер В”). Назначение аппарата такое же, как и аппарата “Рейнджер VI. Запуск аппарата произведен 28 июля 1964 г. Полет ракеты-носителя и аппарата проходил по траектории, близкой к расчетной. После выхода на траекторию полета к Луне аппарат “Рейнджер В получил название “Рейнджер 7”, а по международной системе обозначение 1964—41А. 29 июля в период с 8 час. 54 мин. по 8 час. 58 мин. со станции слежения в Голдстоуне в программное устройство аппарата была введена команда на выполнение маневра коррекции траектории; без коррекции аппарат бы упал на невидимую сторону Луны. Выбранное место падения аппарата по наблюдениям с Земли было наиболее ровным и пригодным для посадки лунной кабины корабля “Аполлон”. 31 июля в 13 час. 25 мин 49 сек. аппарат упал на Луну в районе Моря Облаков в точке с селенографическими координатами 10°38' ю. ш. и 20°36' з. д., в 13 км от расчетной точки падения (11° ю. ш. и 21° з. д.). Падение аппарата предполагалось сфотографировать телескопом: на базе ВВС Патрик (шт. Флорида), но из-за его неисправности этого сделать не удалось. Впоследствии аппаратом Lunar Orbiter II был сфотографирован участок падения аппарата “Рейнджер 7”. Американские ученые считают, что на одном из полученных снимков им удалось обнаружить кратер, образовавшийся при падении аппарата.

Космический аппарат “Рейнджер 8” (“Рейнджер С”). Назначение аппарата такое же, как у аппарата “Рейнджер 7”. Запуск аппарата произведен 17 февраля 1965 г. 20 февраля аппарат упал на Луну в районе Моря Спокойствия в точке с селенографическими координатами 2°43 с. ш. и 24°38' в. д., в 23 км от расчетной точки падения (3° с. ш. и 24° в. д.). В ноябре 1967г. аппаратом Lunar Orbiter II получены изображения района падения аппарата; на одном из снимков, по мнению американских ученых, удалось обнаружить кратер, образовавшийся при падении.

Космический аппарат “Рейнджер 9” (“Рейнджер D"). Назначение аппарата такое же, как у аппарата “Рейнджер 8”. Запуск аппарата произведен 21 марта 1965 г. 24 марта аппарат упал на Луну в районе кратера Альфонса в точке с селенографическими координатами 12°58' ю. ш. и 2°22 з. д. в 4,5 км от расчетной точки падения (13° ю. ш. и 2,5° з. д.) и в 290 км от линии терминатора. Всего получено 5814 телевизионных изображений поверхности Луны. При сближении с Луной аппарат ориентирован так, чтобы центральная ось камер совпадала с вектором скорости, что позволило избежать “смазывания” изображения (на предыдущих аппаратах такой ориентации не производилось).