После успешного запуска в 1958 году «Эксплорера-1» Соединенные Штаты также обратились к лунным исследовательским станциям, стремясь к конкуренции в этой новой области космических исследований. Первоначальной целью было создание ракет для облета или, возможно, соприкосновения с лунной поверхностью. Важным дополнительным фактором разработки лунных космических станций было экспериментирование с новыми системами получения изображения.
Запуск 11 октября 1958 года «Пионера-1» закончился крахом, поскольку вышла из строя ракета, не достигнув второй космической скорости. «Пионер-2», запущенный 8 ноября, закончил свою миссию после того, как на высоте около 1600 км отказала третья ступень ракеты. В том же году, 6 декабря, с помощью ракеты «Юпитер-С/Юнона-2» был запущен «Пионер-3», проделавший примерно четверть пути до Луны. Однако путешествие «Пионера-3» в открытом космосе внезапно завершилось, он пострадал от неожиданной остановки двигателя; ракета постыдным образом упала обратно в атмосферу Земли. Все же эпопея с «Пионером-3» имела некоторое научное значение: его прерванная миссия, прежде чем завершиться в огне, подтвердила существование поясов Ван Аллена.
Первый в мире облет Луны станцией «Луна-1» в начале января 1959 года быстро затмил эти созидательные шаги Соединенных Штатов. В ответ на это было принято решение запустить 3 марта «Пионер-4». Наконец упорство американцев было вознаграждено долей успеха: «Пионер-4» совершил облет Луны. Хотя это был первый удачный запуск, выполненный по американской космической программе, во многом неудачной, миссия не вызвала ощущения успеха: ракета отклонилась от планируемого пути на 60 000 км — непредусмотренная траектория, обусловленная отказом двигателя.
На этом этапе советские космические аппараты для исследования Луны намного превосходили американские: если «Луна-1» весила около 360 кг, «Пионер-4» еле-еле тянул на жалкие 6 кг! Американский лунный пробник отклонился от Луны на довольно большой угол и затем попал на солнечную орбиту. В 1960 году «Пионер-5» успешно выполнил межпланетную миссию, послав обратно на Землю свое последнее радиосообщение с расстояния 35 млн км. С ноября 1959 по декабрь 1960 года Соединенные Штаты запустили три лунных пробника посредством носителей «Атлас Эйбл». Все они потерпели неудачу и не смогли выйти на лунную орбиту.
Даже с этими переменами американская космическая программа медленно набирала полную силу, создавая решающие базисные и технические средства для будущего успеха в беспилотных полетах к Луне и вокруг нее. Одним жизненно важным исследовательским центром в этом направлении станет в 60-е годы Лаборатория реактивного движения (JPL) в Пасадене, штат Калифорния. Эта лаборатория родилась в конце 30-х годов, разросшись на основе исследований Теодора фон Кармана в Калифорнийском технологическом институте. Вместе с фон Карманом работал Франк Дж. Малина, формируя JPL как важный центр исследований.