24 декабря 1968 г. американская ракета «Сатурн-5» вывела космический корабль «Аполлон-8», пилотируемый космонавтами Ф. Борманом, Дж. Ловеллом и У. Андерсом, который совершил облет Луны, а 19 мая 1969 г. эту же задачу выполнил экипаж «Аполлона-10» в составе Т. Стаффорда, Дж. Янга и Ю. Сернана. 16 июля 1969 г. космический корабль «Аполлон-11» вышел на орбиту Луны, а спускаемый аппарат достиг поверхности планеты. Космонавты Н. Армстронг и Э. Олдрин вышли на поверхность Луны в зоне Моря Спокойствия и пробыли там с 20 по 21 июля в течение 21 часа 36 минут. Космонавт М. Коллинз находился в космическом корабле. С этого времени американские космонавты стали именоваться астронавтами, как побывавшие на другой планете. С 1969 по 1972 г. на Луне побывали экипажи «Аполлонов»-12, 14, 15, 16 и 17, причем последний экипаж в составе Ю. Сернана, Х. Шмидта и Р. Эванса с 11 по 15 декабря 1972 г. провел на поверхности планеты (Сернан и Шмидт) 75 часов. Последние две экспедиции для перемещения по поверхности Луны использовали луноходы типа «Ровер». Генерал Каманин в своем дневнике признавал, что СССР не только потерпел поражение в гонке, но и упустил шанс завоевать господство в космосе – решающий, на его взгляд, фактор в грядущей победе коммунизма во всем мире.
Однако о победе коммунизма думали идеологи в ЦК КПСС, а не разработчики ракетно-космической техники. Главная причина поражения была в слишком большом спектре задач, решаемых советской космонавтикой: здесь и лунная программа, и создание орбитальных космических станций, и разработка межпланетных спутников для полета к Марсу, Луне и Венере. Если США бросили все силы на реализацию лунной программы, то в СССР, кроме всего прочего, должны были решаться задачи достижения военного паритета с блоком НАТО после погрома, устроенного Хрущёвым в начале 60-х гг. в авиации и флоте. Отставание было ликвидировано лишь к началу 80-х гг. Естественно, сказывалась и большая эффективность экономики США.
1964 г. ознаменовался полетом трех космонавтов: В. М. Комарова, К. П. Феоктистова и Б. Б. Егорова на космическом корабле «Восход». 18–19 марта 1965 г. совершил полет космический корабль «Восход-2» с космонавтами П. И. Беляевым и А. А. Леоновым, причем Алексей Архипович Леонов впервые в мире вышел в открытый космос. Этот эксперимент едва не закончился трагедией, так как у космонавта внезапно раздулся скафандр, и он только чудом смог втиснуться в открытый шлюз космического корабля уже на пределе достаточности воздуха.
К 1966 г. под руководством Королева были осуществлены разработки новых космических кораблей класса «Союз», до сих пор успешно летающих в космос. 1 марта 1966 г. межпланетная станция «Венера-3», запущенная 16 ноября 1965 г., впервые достигла Венеры, доставив на ее поверхность вымпел с гербом СССР. 6 марта 1966 г. ОКБ-1 было преобразовано в Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения (ЦКБЭМ), а 11 мая Главным конструктором и его начальником был назначен В. П. Мишин.
Не обошлось и без жертв. 23 апреля 1967 г. с космодрома Байконур стартовал новый космический корабль «Союз-1», который пилотировал летчик-космонавт Владимир Комаров. Корабль имел много недоработок, а запуски в беспилотном режиме были неудачными. 28 ноября 1966 г. полет первого автоматического «Союза-1» закончился аварийным сходом с орбиты. 14 декабря того же года пуск «Союза» также окончился аварийно, да еще и с разрушением стартового стола. Несмотря на все это, советское политическое руководство настояло на срочной организации нового космического достижения к 1 мая. Ракету спешно готовили к старту, первые проверки выявили более сотни неполадок. При жизни С. П. Королева данный полет не состоялся бы ни при каких обстоятельствах, однако к возражениям В. П. Мишина никто прислушиваться не хотел. Корабль вышел на орбиту, но дефектов оказалось так много, что его пришлось срочно сажать. При посадке произошел отказ парашютной системы, и Владимир Комаров погиб при ударе о землю. Доработки проекта велись более года. 25 октября 1968 г. состоялся запуск космического корабля «Союз-2» в автоматическом режиме, а 26–30 октября – комического корабля «Союз-3», пилотируемого Героем Советского Союза летчиком-космонавтом Георгием Тимофеевичем Береговым, получившим это звание в годы войны. В задачу полета входила стыковка двух кораблей, однако ее осуществить не удалось из-за перерасхода топлива.
С 1967 по 1971 г. было совершено 10 полетов космических кораблей «Союз». С 14 по 15 января 1969 г. состоялась первая стыковка космических кораблей «Союз-4», пилотируемого космонавтами В. А. Шаталовым и Б. В. Волыновым, и «Союз-5», управляемого А. С. Елисеевым и Е. В. Хруновым, причем два последних космонавта вышли в открытый космос и пересели в другой корабль. 19 апреля 1971 г. был осуществлен запуск первой в мире орбитальной космической станции «Салют-1». 23–25 апреля 1971 г. космический корабль «Союз-10» доставил на станцию первый ее экипаж в составе В. А. Шаталова, А. С. Елисеева и Н. Н. Рукавишникова. Следующая экспедиция должна была работать на станции 23 дня, что было рекордом по длительности пребывания в космосе. 6 июня 1971 г. экипаж космического корабля «Союз-11» в составе Георгия Добровольского, Владислава Волкова и Виктора Пацаева стартовал с космодрома Байконур и успешно состыковался со станцией. На космодроме перед стартом основной экипаж (Алексей Леонов, Валерий Кубасов и Петр Колодин) был заменен дублирующим (Добровольский, Волков, Пацаев). 30 июня 1971 г. при возвращении на Землю произошла разгерметизация спускаемого аппарата и экипаж погиб. С тех пор космические корабли комплектуются специальными скафандрами, в которые все члены экипажа облачаются на активных участках полёта.
Работы по созданию сверхмощной ракеты Н1 для полетов на Луну окончились неудачей. Проект получил название Н1-Л 3. Лунный орбитальный корабль Л 3 был рассчитан на 2 человек и на 13 суток полета, имел массу (с учетом топлива) 9850 кг. Масса спускаемого аппарата составляла 2804 кг. Размеры и технические характеристики всего комплекса РКК Н1-Л 3 (7Л) потрясали воображение: высота – 105, 3 м, диаметр – 16 м, масса выводимого полезного груза на орбиту – 90 т, стартовая масса – 2820 т, масса топлива – кислорода – 1730 т, керосина – 680 т, суммарная тяга двигателей 4615 тс. На проект были потрачены огромные средства. 21 февраля 1969 г. состоялся первый пуск Н1, однако ракета взорвалась на 70-й секунде полета. Аварийно закончился второй запуск 3 июля того же года. Третий запуск состоялся 27 июня 1971 г., а четвертый – 23 ноября 1972 г. Они также закончились неудачами. Многочисленные аварии вызвали неудовольствие правителей СССР. 22 мая 1974 г. В. П. Мишин был освобожден от должности начальника ЦКБЭМ, которое было преобразовано в научно-производственное объединение (НПО) «Энергия», Генеральным конструктором и директором которого был назначен академик В. П. Глушко. Очередной пуск системы Н1-Л 3 (№ 8Л) намечался на май 1974 г., однако по решению комиссии ЦК КПСС, возглавляемой Д. Ф. Устиновым, и с молчаливого согласия Академии наук СССР, все работы по дальнейшему развитию комплекса были прекращены. Первенство в освоении космоса пилотируемыми аппаратами окончательно перешло к США, которые к этому времени развернули работы по созданию системы «Спейс-Шаттл».
Свидетельство очевидца
По воспоминаниям академика Чертока, Сергей Павлович Королев еще на рубеже 50–60-х гг. говорил, что «мы стреляем городом», так как пуск каждой из первых советских ракет стоил приблизительно столько же, сколько тратилось денежных средств на строительство нового города с населением в 30 тысяч человек.
Была и субъективная причина неудачи в лунной гонке: Главный конструктор ЦКБЭМ В. П. Мишин считал, что наиболее эффективным и безопасным является исследование поверхности Луны при помощи автоматов, и у этой точки зрения также было много сторонников. И, действительно, исследование Луны с применением спутников шло достаточно успешно. 15 сентября 1968 г. автоматическая станция «Зонд-5» после семисуточного полета, облетев Луну, возвратилась на Землю, а 10 ноября с успехом завершила полет автоматическая станция «Зонд-6». К 1970 г. было запущено 16 межпланетных автоматических станций для исследования Луны. В ноябре 1971 г. межпланетная космическая станция «Луна-17» доставила на поверхность планеты автоматический самоходный аппарат «Луноход-1», который с 17 ноября 1970 по 4 октября 1971 г. прошел по поверхности планеты 10 540 м, обследовав площадь в 80 000 кв. м, было получено более 200 панорам лунной поверхности и сделано около 20 тысяч снимков, переданных на Землю. Аппарат весом 756 килограммов провел исследование грунта планеты. 16 января 1973 г. с помощью автоматической станции «Луна-21» в район Моря Ясности на поверхности Луны был доставлен автоматический аппарат «Луноход-2», который за 5 лунных дней прошел 37 километров пути и провел более детальные исследования. США к этому времени уже завершили лунную программу. Таким образом, СССР к 1974 г. отстал от США в этой области освоения космоса на 5 лет.