Тем не менее ОКБ–1 Сергея Королева начало разрабатывать принципиально новый ракетоноситель, способный доставить космонавтов на Луну. Обычные баллистические ракетоносители не обладали достаточной для этой цели мощностью. Первоначально предполагалось использовать на ракетоносителе ядерный ракетный двигатель, который бы использовал аммиак в качестве рабочего тела и атомный реактор для его нагрева. Был даже создан эскизный проект такого носи теля массой 2000 т. Он должен был вывести на окололунную орбиту 150 т груза. Первая и вторая ступени этой ракеты работали на аммиаке, который разогревался в ядерном реакторе до 3500 градусов и выбрасывался из сопел. Только в 1959 году от этой тупиковой ветви советской лунной программы отказались, когда стало ясно, что необходимую мощность могут обеспечить и обычные химические двигатели, причем с гораздо меньшими затратами и большей надежностью и безопасностью.

Столь же бесперспективным оказался проект по облету Луны модернизированным кораблем «Восток», разрабатывавшийся в бюро Королева в начале 60–х. Но до того как Кеннеди заявил о намерении американцев первыми высадиться на Луне, в Советском Союзе лунный проект оставался лишь на эскизной стадии. Да и потом почти два года ушло на раскачку.

Более или менее реалистическую лунную программу Королев разработал только в 1963 году Однако уже в начале 1964–го выяснилось, что американцы уже взялись за промышленное воплощение в жизнь проекта «Аполлон» и ракетоносителя «Сатурн–5», разработанного знаменитым немецким конструктором Вернером фон Брауном. Наш же лунный проект, в отличие от американского, покрытый плотной завесой секретности, оставался лишь на стадии разработки.

В марте 1964 года Хрущев, для которого космос всегда был любимой игрушкой, приказал форсировать лунную программу.