由于月球绕地球公转时在作同步自转，所以过去人们对月球背面的情况几乎一无所知。相传1822年，84岁的威廉·赫歇耳弥留之际，他向神甫表示，如能见到月球的背面是他一生最大的幸福，可惜当时谁也没法满足他的要求。为了揭开这个千古之谜，前苏联在“月球2号”准确击中月球、实现硬着陆之后，于1959年10月4日发射了“月球3号”自动行星际站。它长13米，直径096米，重约279千克。10月6日，它开始进入绕月球的轨道飞行，最后则变为“人造小行星”。7日上午6时半左右，它顺利绕到了月球背面大约7000千米的高空处。在月球背面上空飞行的40分钟时间内，它用不同的比例拍摄了许多照片，并立即进行自动处理（包括改正由于透视作用引起的失真现象）然后把资料发回地球，从而使人类第一次见到了月球背面的真实状况。尽管限于当时的技术条件，这些照片的清晰度还不太理想，但无疑这是一批极其珍贵的照片。之后，“月球3号”飞离月球，成为一颗人造小行星。
“月球3号”的成功赢得了全世界一片赞扬。然而人类并不满足，他们继续努力着。因为要实现人类登月，硬着陆或是擦边而过都是不行的。必须像飞机那样在月面上徐徐下降才行。这需要在降落前开启制动火箭，向前方喷气，使速度逐渐减小，实行“软着陆”。显然，软着陆要比硬着陆难得多。
但是还有一个问题：月面上能否支持探测器呢？过去有人曾认为，由于几十亿年来陨星不断轰击，使月球表面上形成了一层很深的细尘似的流沙，飞船降下后就会像当年红军长征时过草地那样，陷入“沙潭”，使下降物遭到没顶之灾。所以，软着陆可以探明月面的实际情况，是人类登月前不可缺少的一步。
最早在月面上软着陆的仍然是前苏联的探测器——“月球9号”，这也是人类第一个“自动站”。它于1966年1月31日发射，起飞时的重量为1583千克。2月3日，它到达月球上空75千米处的地方，然后一个大约重100千克的“登月舱”与火箭自动脱开，慢慢向风暴洋的西部降下。这个登月舱安全着陆后（它在月面上的重量只有16千克左右），便自动打开了防护罩，摄影机也开始工作起来。它在月面上工作了75个小时，使人类得到了第一批从月球上拍得的天空及其表面的照片，给人以身临其境的感觉。月面上那种苍凉而奇特的景色，给人留下了深刻的印象。四个月后，美国的“勘测者1号”也安稳地降落在风暴洋内，它位于前苏联“月球9号”东南方的不远处。
美国的“勘测者”探测器起飞时的重量在1～15吨之间，登月舱约重280千克，装的仪器很多。例如“勘测者3号”除电视摄像机外，还带着一台月面取样用的特殊小挖土机。它1967年4月19日登上月面后，根据地面指挥部的命令，在“识海”内挖出了第一道人工沟渠，它深20厘米。挖出的月壤被送进登月舱进行化验和分析。“勘测者6号”在降落月面一星期后，在地面指挥下又重新从月面升起了4米高，移动了25米，8秒钟后再次降于月面。“勘测者7号”则通过激光测出了误差仅±15厘米的月地距离，精确度达到了一百亿分之四！若用它测量南京到北京的距离，误差在一根头发丝以内。