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在20世紀50年代末，拍攝月球背面影象並不是件容易的事情。蘇聯在發射“月球3號”時，對發射時間和飛行軌道作了精心的安排，當時月球背面正值白天，使得探測器上的光學照相機可以進行拍攝。

蘇聯的第二代月球探測器要攻克的是月面軟著陸技術，這是探月工程中最難解決的技術問題之一。

1963年～1965年，蘇聯先後進行了12次軟著陸嘗試，但均以失敗告終，其中有5次飛臨月球，蘇聯依次把它們命名為“月球4號”至“月球8號”。這5顆著陸器中的3顆撞毀在月球上，2顆與月球擦肩而過。1965年5月升空的“月球5號”在準備降落的最後階段，因制動火箭未能啟動而功虧一簣，它以極大的速度災難性地一頭撞進月球，揚起的月壤形成了長225千米、寬85千米的塵雲。接踵而至的是不幸的“月球6號”，它在奔向月球的途中完成軌道修正後，沒有按預定程式關閉修正軌道的發動機，最終與月球失之交臂，進入了日心軌道。重蹈覆轍的“月球7號”起初準確無誤地完成了所有步驟，但最後階段因制動火箭點火過早，推進劑提前消耗殆盡，最終失去制動力撞毀在月球的風暴洋中。兩個月後發射的“月球8號”與7號正好相反，制動火箭啟動太遲，“月球8號”尚未減低到安全著陸速度就摔在月面上，再一次上演與月球相撞的悲劇。直到1966年，“月球9號”和“月球13號”才雙雙降落在月球，“月球9號”成為第一個在地球以外天體上實現軟著陸的人造物體。

1966年1月31日，“閃電號”運載火箭將“月球9號”送上充滿期盼的征程。火箭先把“月球9號”送入200千米左右的地球停泊軌道，然後第三級火箭二次點火，將58噸的“月球9號”推進奔月軌道。途中，“月球9號”要不斷進行軌道修正，以保證與月球相會。三天半之後，“月球9號”臨近月球，在距離月球大約8300千米時，進行了姿態調整，將制動火箭發動機對準月面，然後啟動著陸系統程式。2月3日，“月球9號”在距離月面75千米時“剎車”減速，從2600米/秒的高速逐漸減低下降速度，同時從底部伸出一根用來確定關閉發動機時機的5米長探針，在探針觸到月面的瞬間，“月球9號”迅速關閉發動機並丟擲位於頂部的卵形著陸艙，最終以6米/秒的速度降落在月球“風暴洋”上。

著陸艙設計得非常巧妙，它帶有緩衝裝置，被丟擲後像一個有彈性的氣囊，可在月球表面“蹦蹦跳跳”。當它停穩時，由4瓣組成的外殼會像花兒一樣綻開，花瓣本身就是天線，花瓣裡面還有4根75厘米的鞭形天線，它們一起向地球傳送資訊。著陸艙攜帶的攝像機此時伸出鏡頭開始拍照，7個小時後地面控制人員收到了首張來自月球表面的黑白全景照片。接下來的三天，全世界的目光都集中在月球上，“月球9號”分7次向地球傳回了8小時的資訊，直到3天后電池耗盡。它的成功不僅使人類第一次得到了月球表面的全景照片和區域性區域的立體照片，還告訴人們：月球表面是硬的，完全不必擔心登月航天員會陷進月壤之中。而此前，科學家一直擔心月表的浮塵會像地面的沼澤一樣，使人陷入滅頂之災。

“月球9號”向地面傳送月面圖片時使用的是明碼訊號，一家英國銀行的電臺監聽了這些訊號並將其轉換成標準圖片。幾分鐘之後，西方媒體搶先刊登了這些月球表面的照片，蘇聯人對此十分生氣。從那以後，蘇聯探測器上傳回的圖片都加上了密碼。

1966年底，蘇聯第二顆軟著陸器“月球13號”又踏上征程，它工作了6天，除了拍攝圖片外，還攜帶了一種穿透器，透過測定穿進月壤的速度和深度，分析月壤的力學性質；“月球13號”還測量了月壤密度，並透過測量著陸時與月球碰撞產生的振動波的時間和強度，獲