Формирование конкретных советских планов по освоению Луны началось с письма, которое 28 января 1958 года Сергей Павлович Королев и директор Института прикладной математики АН СССР академик Мстислав Всеволодович Келдыш (1911–1978) направили в Центральный комитет КПСС. В письме были сформулированы два главных пункта лунной программы: во-первых, попадание в видимую поверхность Луны; во-вторых, облет Луны и фотографирование ее обратной стороны. Программа была одобрена главой государства Никитой Сергеевичем Хрущевым (1894–1971), после чего началось ее воплощение в реальных разработках.
Постановление правительства, принятое 20 марта 1958 года, предписывало разработать в ОКБ-1 несколько типов лунных станций: "Е-1" ("Луна-А") для посадки на Луну с доставкой на ее поверхность вымпела СССР; "Е-2" ("Луна-Б") для облета Луны и фотографирования ее обратной стороны с передачей изображения по радиоканалу на Землю; "Е-3" ("Луна-В") для полного картографирования Луны; "Е-4" ("Луна-Г") для посадки на Луну с фиксацией события яркой вспышкой на ее поверхности, при этом не исключалось применение термоядерного заряда.
Кроме того, Мстислав Келдыш в развитие программы исследований Луны предлагал еще несколько проектов: "Е-5" — фотографирование поверхности Луны с большим разрешением, создание лунного глобуса; "Е-6" — мягкая посадка исследовательской станции на Луну и передача на Землю панорамы лунного ландшафта; "Е-7" — создание долгоживущего искусственного спутника Луны.
2 сентября 1958 года вышло постановление правительства о запусках лунных станций. Появлению этого документа способствовали усилия американцев по завоеванию приоритета в освоении космического пространства. Потерпев неудачу на первом этапе, они обратили свои взоры к Луне, срочно разработав космический аппарат "Pioneer" для исследования Луны и окололунного пространства. Эти аппараты предполагалось запускать с помощью двухступенчатой американской ракеты "Thor Able" с разгонным блоком "Altair" и четырехступенчатой ракеты "Juno II" конструкции Вернера фон Брауна. Уже 17 августа 1958 года с мыса Канаверал был осуществлен первый запуск аппарата "Pioneer" (без порядкового номера) массой 38 кг, однако взрыв ракеты на 77-й секунде полета прервал путь аппарата к Луне. Следующие попытки: 11 октября, 8 ноября, 6 декабря 1958 года — также оказались неудачными. Но уже готовился запуск аппарата "Pioneer IV"!
Советские конструкторы приняли вызов. Межпланетные станции серии "Луна-А", разработанные группой Глеба Максимова, с индексами "Е-1" и "Е-1 А", различались между собой только настройкой применяемой научной аппаратуры, а конструктивно были подобны первому спутнику "ПС-1", хотя и больших размеров. "Е-1" представляла 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 второго радиопередатчика. Внутри контейнера на приборной раме размещались радиопередатчики, блоки приемников и телеметрии, научная аппаратура, серебряно-цинковые аккумуляторы и окисно-ртутные батареи. Масса контейнера "Е-1" составляла 187 кг.
Хотя все элементы космической системы тщательно отрабатывались, на начальном этапе советских конструкторов ждало разочарование. При пуске 23 сентября 1958 года станция "Е-1" погибла в результате разрушения ракеты "Р-7" на 87-й секунде полета. Решить проблему попытались, доработав программу запуска. 11 октября 1958 года состоялся новый запуск — опять неудача. Разрушением ракеты закончился и пуск 4 декабря 1958 года.
И только 2 января 1959 года к Луне стартовала ракета "Р-7" (8К72 № Б1-6, "Восток") с межпланетным аппаратом типа "Е-1", получившим в сообщении ТАСС название "Первая космическая ракета", а в печати — "Лунник" или "Мечта". Впервые в истории человечества рукотворный объект превысил вторую космическую, развив скорость 11,4 км/с.
Система управления ракеты совместно с наземными радиотехническими средствами обеспечивала вывод аппарата на требуемую траекторию. Пуск выполнялся без использования маневра старта с орбиты искусственного спутника Земли — тогда этого делать еще не умели. После выключения двигателя блока "Е" произошло отделение аппарата. Дальнейший полет продолжали уже два тела — через 34 часа после старта они прошли мимо цели на расстоянии 6400 км, проскочив расчетную точку раньше Луны и вышли на гелиоцентрическую орбиту. Причиной промаха стала ошибка, допущенная при работе наземных радиотехнических средств пеленгации и управления ракетой, — из-за нее двигатель блока "Е" выключился позже назначенного момента. Тем не менее руками человека была создана первая в мире искусственная планета Солнечной системы!