月球3号（英语：Luna-3，俄语：Спутник-3）是指苏联于1959年10月4日在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场用月球号运载火箭发射的月球探测器，是苏联研制的月球系列探测器中的第三个。

月球2号探测器于1959年9月12日实现人类首次月面撞击后，给月球背面拍照成为探月的首要任务，月球3号由此应运而生。月球3号与月球1号、2号相比，质量更大、设计更巧妙。它高1.3米，最大直径1.2米，发射质量278.5千克，配备二进制计数器的晶体管以及电压反激式变压器，由太阳能电池板供电。月球3号的成像系统名为“叶尼塞-2”（Yenisey-2）光电电视系统，配有搭载200毫米和500毫米镜头的双镜头相机，分别用于拍摄月球背面的全景和特写，并携带40帧耐温度和辐射的35毫米等色胶片。当月球3号拍摄到月球背面的图像后，该系统会对拍摄的图片进行自动冲印、扫描，然后转换成无线电信号传回地球。此外，其他科学仪器（微流星体和宇宙射线探测器）均被安装在月球3号的外部。

1959年10月4日，苏联发射的月球3号探测器，成为人类历史上首个拍摄到月球背面照片的航天器，拍摄到月球背面约70%的面积。之后，苏联将照片刊登在苏联《真理报》上向世界公开发表，引发世界范围内的高度关注。1960年，苏联科学院根据月球3号获得的科学数据，发布人类第一本月球图册和月球图，并于1961年向世界发布新的月球仪。2019年10月，俄罗斯国家科技文献档案馆向俄罗斯媒体提供了一批月球3号在60年前拍摄的月球背面的照片，很多关于该探测器的信息进而公之于众。

1957年，苏联发射人类第一颗人造卫星，解决了将人造物体发射到太空的基本技术之后，马上就开始着手向月球发射探测器。发射人造卫星的运载火箭只能将物体送到近地轨道，因此需要在原来运载火箭的基础上增加一级，将探测器送到地月转移轨道。最早的发射是从1958年开始的，但经历了多次失败后，苏联在1959年1月2日终于成功发射月球1号，经历34小时的飞行之后，从距离月球5995公里的地方掠过。实际上，苏联发射了很多的探月飞行器，但仅对取得成功或部分成功的任务命名并予以公布。最初月球1号的任务是撞击月球，但并未达到目标。最终这一任务是月球2号在1959年9月14日完成的，它成为人类在外星球实现硬着陆的第一个物体。

1959年9月12日，月球2号探测器刚刚实现人类首次月面撞击。为了彰显航天实力，也为了窥探月球背面的奥秘，给月球背面拍照，被视为下一步的首要任务。由于当时还没有数码技术，月球3号上携带了老式的照相机，拍摄后在探测器上显影，然后用电视摄像机扫描并把信号传回地球。1959年10月，月球3号获得了月球背面的图像，体现了科学与工程上的重大成就。

月球3号高1.3米、最大直径1.2米、发射质量278.5千克，在探测器柱形周围安装有太阳能电池板，并采用气体喷嘴来控制姿态，它会在阳光照射下自行启动拍摄程序。同时，苏联谢尔盖·科罗廖夫领导的研制团队还在“月球2号”平台的基础上对图像传输系统进行了改进。科罗廖夫团队采用了当时新兴的晶体管，研制了一套图像传输设备。当月球3号拍摄到月球背面的图像后，该系统会对拍摄的图片进行自动冲印、扫描，然后转换成无线电信号传回地球。其他科学仪器（微流星体和宇宙射线探测器）均被安装在月球3号的外部，气体喷射器安装在该探测器的下端。此外，为了降低功耗，月球3号使用了配备二进制计数器的晶体管以及电压反激式变压器。该设备仅消耗2瓦的功率，可以由太阳能电池板供电。

月球3号上的成像系统被命名为“叶尼塞-2”（Yenisey-2）光电电视系统，由一个双镜头相机、一个自动胶片处理单元和一个扫描仪组成。相机上的镜头为焦距200毫米和500毫米，分别用于拍摄月球背面的全景和特写。同时，相机还携带了40帧耐温度和辐射的35毫米等色胶片。相机被固定在探测器上，通过旋转自身来实现指向，其成像过程为：将探测器上端和相机对准月球，探测到月球时发出信号，相机盖打开，摄影程序自动开始，摄影完成后胶片被移动到机载处理器完成显影、固定和干燥，然后接收地球发出的命令，将胶卷转移至扫描仪上，阴极射线管产生的亮点通过胶片投射到光电倍增器上，光电倍增管将穿过胶片的光的强度转换成电信号，并将其传输到地球。

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1959年10月4日，苏联在拜科努尔航天发射场使用加装有上面级的SS-6运载火箭，成功将月球3号发射升空，并顺利进入预定轨道，在经过多天飞行后抵达月球轨道。为了完成既定任务，苏联科研人员对月球3号的飞行时间和飞行轨道做了精心安排和设计，没有让它直接快速飞向月球轨道，而是在经过较长时间的飞行后缓慢地绕到月球背面，在距离月球表面6万多公里处飞过。

月球3号在飞越月球背面大约40分钟的时间里，探测器在定向系统的不断修正下，将镜头对准月面，并启动摄像系统，抓拍了29张照片，覆盖了月球背面大约70%的面积。其中，有17张照相底片在月球3号飞行途中完成了自动冲印，然后通过电视扫描转换成电视信号，再通过无线通信装置传回到位于克里米亚半岛和堪察加半岛的地面接收站。1959年10月22日，月球3号与地面失去联系。据估计，该探测器可能于1960年3至4月左右在地球大气层中烧毁，或在月球轨道上持续至1962年后。

人类首次目睹月球背面的真容，是20世纪50年代后期苏联发射的月球3号探测器。月球3号将17张月球背面照片传回地球后，苏联科研人员通过分析月球3号传回的月球背面照片发现，月球背面主要是丘陵、高地和山脉，大面积的“月海”只有2个，在照片上显示为两个较为黑暗的月球表面阴暗区，而且月球背面的颜色相较于正面稍红一些。由于是人类首次发现，苏联抢先将2个面积较大的“月海”分别命名为莫斯科海和梦海。这些照片经过简单修饰后，其中一些刊登在苏联《真理报》上向世界公开发表，随即在全世界引起了巨大轰动。

1960年，苏联科学院根据月球3号获得的科学数据，发布了该院据此编制的人类第一本月球图册和月球图，并于1961年向世界发布了新的月球仪。月球3号的成功让时任苏联领导人的赫鲁晓夫兴奋不已。1960年，他受邀访问法国时，向当时的法国总统夏尔·戴高乐赠送了一台月球3号的模型，借此向西方国家展示苏联强大的航天科技力量。2019年10月，俄罗斯国家科技文献档案馆向俄罗斯媒体提供了一批月球3号在60年前拍摄的月球背面的照片后，很多关于该探测器的信息才公之于众。

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