В октябре 1959 года межпланетной станции «Луна-3» впервые в истории предстояло обогнуть Луну, сфотографировать её обратную, невидимую с Земли, сторону и передать снимки на Землю.

Станции удалось запечатлеть 30% видимой и 70% обратной стороны Луны. После фотографирования плёнка поступала в бортовое устройство для автоматической обработки, где проходила проявку, фиксирование и сушку, после чего перематывалась в специальную кассету. Готовые изображения с борта станции на Землю передавались по радиолинии.

К сожалению, фотографии получились не совсем удачными. Тем не менее на них удалось выявить некоторые ярко выраженные объекты. Например, выяснилось, что морей на обратной стороне Луны значительно меньше, чем на видимой. Некоторым образованиям впоследствии присвоили названия: Море Москвы с заливом Астронавтов, Море Мечты, а также кратеры Ломоносова, Менделеева, Лобачевского, Циолковского, Королёва и Гагарина.

Помимо уникальных фотографий, полученных «Луной-3», были измерены скорость и состав солнечного ветра, установлено, что газовая оболочка Земли простирается на расстояние до 20 тысяч километров от планеты, а внешний радиационный пояс - до 57 тысяч километров.