После шести недель пребывания на Луне команды на двух кораблях стартовали в обратный путь, а грузовой корабль оставался на месте посадки. В случае каких-либо проблем до высадки на Луну имелась возможность отсоединить жилые модули от кораблей и вернуться к орбитальной станции.
Несмотря на очевидную сложность экспедиции с участием целой армады ракет-носителей и космических кораблей, Вернер фон Браун оценивал ее стоимость в весьма скромную сумму — 300 миллионов долларов.
Одновременно с публикациями о полетах на Луну и Марс был организован рекламный блиц — семь телеинтервью с Вернером фон Брауном как "главным специалистом". В результате тираж каждого номера превзошел три миллиона экземпляров, а выступления по телевидению сделали немецкого конструктора знаменитостью. Он обрел репутацию "провидца космоса". Но шумиха не сумела в то время изменить отношение к фон Брауну со стороны военных и политических кругов США. От немецкого конструктора требовали другого — боевых ракет, способных долететь до территории Советского Союза.
Советской космонавтике повезло. В начале 1930-х годов она обрела деятельного организатора и талантливейшего инженера-конструктора — Сергея Павловича Королева (1907–1966). Хотя всю жизнь он работал на военных, своей главной целью всегда видел освоение космического пространства и упорно шел к реализации мечты.
Реальная возможность запустить человека на орбиту, а рукотворный объект — на межпланетную трассу появилась у Сергея Королева только в 1957 году, когда состоялись летно-конструкторские испытания двухступенчатой межконтинентальной ракеты "Р-7" (8К71), созданием которой он руководил. Ракеты, аналогичной "семерке", в то время не существовало. В базовом варианте она имела следующие габариты: длина ракеты — 31,4 м, максимальная стартовая масса — 283 т. масса топлива (керосин и жидкий кислород) — 250 т. "Р-7" была способна доставить отделяемую головную часть весом 5,4 т на дальность 8000 км. Самое важное, что уже эта базовая модификация позволяла запустить на околоземную орбиту искусственный объект массой 1200 кг.
Идея запуска искусственного спутника Земли (ИСЗ) получила поддержку советского правительства, и 4 октября 1957 года доработанная "Р-7" ("М1-1СП", впоследствии получившая название "Спутник-1") вывела в космос простейший спутник "ПС-1". 3 ноября 1957 года "семерка" доставила на орбиту капсулу с собакой Лайкой ("Спутник-2"), а 15 мая 1958-го — научно-исследовательскую лабораторию "Д" ("Спутник-3") весом в 1327 кг. Советский Союз стал лидером космической экспансии.
Однако, чтобы вывести искусственный объект с околоземной орбиты на трассу к Луне, необходимо поднять его скорость с первой космической до второй космической. Для выполнения этой задачи двух ступеней ракеты "Р-7" было недостаточно — требовалась третья разгонная ступень.
Сергей Королев говорил о необходимости постройки трехступенчатой ракеты еще до первого полета "Р-7". 30 августа 1955 года на совещании у председателя Военно-промышленной комиссии он представил данные аппарата для полета к Луне, предлагая два варианта третьей ступени ракеты. Королев говорил о задаче полета на Луну, выступая в апреле 1956 года на Всесоюзной конференции по ракетным исследованиям верхних слоев атмосферы, проходившей в Академии наук СССР. В итоге в его конструкторском бюро ОКБ-1 был создан проектный отдел № 9 по космическим аппаратам, который возглавил Михаил Клавдиевич Тихонравов (1900–1974).
В процессе предварительной проработки группе во главе с Глебом Юрьевичем Максимовым (1926–2001) удалось сконструировать несколько вариантов лунных научно-исследовательских станций. Модернизация ракеты "Р-7" путем установки на ней третьей ступени, получившей название "блок "Е"", делала полет беспилотных аппаратов к Луне вполне реальным даже на кислородно-керосиновом топливе.
Время на проектно-конструкторскую разработку, изготовление и отработку было минимальным: нужно было сохранить приоритет СССР в освоении космоса, обогнав американских конкурентов и по лунному направлению.
Эскизный проект третьей ступени ракеты "Р-7" был выпущен в 1958 году. Ракетный блок "Е" имел начальную массу 8 т и массу полезной нагрузки 350–450 кг. Стабилизация его в полете осуществлялась специальными соплами на отработанном газе по командам автономной системы управления. Впервые в конструкции ракетного блока предусматривалось поперечное разделение ступеней ракеты с запуском двигателя в условиях космического пространства.