После контакта следующей важной частью изучения Луны было ее фотографирование. Особый интерес вызывала обратная сторона. Скорость вращения Луны вокруг своей оси практически совпадает со скоростью ее обращения вокруг Земли. Это приводит к тому, что с Земли видно только одну сторону естественного спутника. Очень интересно было увидеть, что же там, с другой стороны. Теорий было много, вплоть до лунных баз инопланетян.

Впервые узнать, что там на самом деле, удалось советской автоматической станции «Луна-3». Это был уникальный и прорывной проект. Пленочный фотоаппарат не сможет доставить пленки для проявки на Землю, а телекамера не сможет передать радиосигнал с такого расстояния. В итоге две концепции соединили вместе. Пленочный фотоаппарат получал кадры, пленка проявлялась прямо на борту, а затем сканировалась, и изображение уже по радио отправлялось на Землю.

Проявить пленку в невесомости тоже задача не из простых: нужны реагенты, сушка; реагенты разлетаются в невесомости, воду некуда девать. Чтобы фото не было смазанным и зафиксировало именно Луну, а не небо, пришлось стабилизировать вращение аппарата, чего тоже до этого никто не делал. Требовалась еще и особая орбита спутника. На окололунную орбиту он не выходил, а двигался вокруг системы Земля – Луна. Зонд должен был и при облете Луны, и при облете Земли иметь прямую связь с наземными измерительными пунктами в СССР. Вот только пункты в СССР все в северном полушарии, а орбита «Луны-3» имеет наклон. Станция делает оборот вокруг Луны и Земли и никак не может пролететь в ходе витка одно и то же полушарие. Расчетчики нашли выход – использовать гравитацию Луны для изменения наклона орбиты. Так называемый гравитационный маневр использовался впервые.

Даже люди, которые знали подробности и сами разрабатывали систему, не верили в возможность ее осуществления. Так, например, один из астрономов, который работал с этой системой, за несколько часов до решающего момента сказал: «Ничего не получится, пленка вся давно засветилась».

А когда станция летела по орбите, в пункте слежения усомнились, что станция двигается по намеченному плану. Точность расчета траектории (с учетом того, какими тогда были ЭВМ) была невысокой, и орбиты спутников всегда отличались от запланированных, пусть и ненамного. А тут станция летит прямо по схеме. Сотрудники оценки траекторий не поверили и решили, что им прислали их же расчеты обратно. Сомнения исчезли, только когда появилась первая проблема: связь сильно ухудшилась и почти пропала. У этого было простое объяснение – Луна частично закрыла путь движения сигналов. И именно тогда началось самое ответственное – фотографирование и проявка. Работа самой сложной установки в космосе на тот момент шла на удивление неплохо, но подвела самая простая деталь – затвор. На 29 снимке его заклинило.

Тем не менее первое в истории фото обратной стороны Луны было сделано, но только его увидели всего несколько человек. Одним из первых снимок держал в руках Евгений Яковлевич Богуславский. «Луна-3» послала изображение, когда пролетала рядом со своей целью. Полученное изображение было исключительно низкого качества, и инженер порвал его со словами, что при подлете к Земле получим лучше. Так и произошло, но самый-самый первый снимок был утрачен.

Фото обратной стороны Луны, полученное АМС «Луна-3»

В США после такого достижения призадумались. В их программе планировалось сделать первый снимок обратной стороны Луны исключительно телевизионными средствами. Изображение в лучшем случае имело бы разрешение 100 на 100 пикселей, а в СССР уже имелось фото разрешением 1000 на 1000 пикселей.

Все же этот шаг нужно было пройти. В США решили одновременно и осуществить мягкую посадку. Сделать это было непросто. Серию последующих неудач можно назвать эпопеей коротких замыканий. В СССР в случае неудачного пуска о нем или не сообщалось, или утверждалось, что все прошло успешно. В США в случае аварии во всем обвиняли короткое замыкание без дальнейшего объяснения.

Так, Ranger 1 стало коротить еще на старте. Один из таймеров станции из-за программной ошибки активировался и начал отсчитывать время до запуска научных приборов на орбите. Ракета-носитель тем временем стояла на стартовом столе. В результате по команде с таймера был подан ток для разворачивания солнечных панелей прямо под обтекателем ракеты-носителя, и приборы начали вместо Луны изучать Землю. Следующее короткое замыкание произошло уже в полете. Двигатель, который должен был отправить аппарат с орбиты Земли к Луне, включился, а потом сразу выключился. Вероятнее всего, это случилось из-за перегрева, расплавления изоляции и последующего замыкания контактов электроцепи. В итоге последней неприятностью стал выход из строя солнечных батарей.

Ranger 2 сломался еще быстрее. На этот раз закоротило систему ориентации. Гироскоп выдавал ложную информацию и раскручивал станцию. Пока аппарат вращался, он не мог запустить двигатель. И с помощью радиокоманды с Земли отключить прибор не получалась, так как антенна все время отворачивалась.

Ranger 3 смог полететь к Луне, но и в его системах возникли короткие замыкания. Сначала вышел из строя радиомаяк. Без него было практически невозможно передать команды на борт, изменить или откорректировать траекторию. Станция работала только на автоматике, но и та подвела. Разгонный двигатель включился, но никакой команды на его выключение при наборе необходимой скорости не последовало. Двигатель работал, пока не закончилось топливо, и слишком сильно разогнал аппарат. Компьютер на борту автоматически перезагрузился и попытался исправить собственные ошибки, но было уже поздно. Станция заметно промахнулась мимо Луны.

Ranger 4 наконец смог попасть в цель, но никакого исследования он не провел. В отличие от Ranger 1, у которого таймер запустился раньше времени, у этого аппарата он вообще не запустился. Ни солнечные батареи, ни антенны для связи, ни приборы не включились. Интересно, что данный таймер даже не проверяли перед стартом. После «неделинской» катастрофы (см. главу «Логика работы и автоматика») и после аварии Ranger 1, которая, к счастью, не имела трагических последствий, в США решили не включать данный прибор на ракете-носителе, а тестирования проводить только в лабораториях. Проблема, скорее всего, возникла в момент отсоединения станции от ракеты-носителя «Атлас». В это время бортовая электрическая цепь должна была отсоединиться от ракеты-носителя и перейти на бортовое электропитание. Вероятно, незакрепленные металлические элементы контактировали с разъемом интерфейса и закоротили его. Скачок напряжения вывел из строя всю схему. До включения таймера дело так и не дошло.

Для следующей миссии Ranger 5 NASA провело большую работу. В электрику станции были добавлены диоды и предохранители. Диод – это полупроводниковый элемент, который позволяет току идти по цепи только в одном направлении. Также инженеры добавили второй резервный таймер.

Ranger