Опираясь на ранее проведенные исследования по темам «Союз» и H1, а также ознакомившись с работами ОКБ-52 В.Н.Челомея по РН УР500К и кораблю ЛК-1, С.П.Королев 15 декабря 1965 г. на совещании главных конструкторов представил аванпроект корабля Л1 для облета Луны. Согласно этому проекту предполагалось осуществить облет кораблем «Союз» в облегченном варианте. Запуск корабля с околоземной орбиты осуществлялся бы при помощи разгонного блока «Д». Выведение комплекса «разгонный блок-корабль» на низкую околоземную орбиту должно было осуществляться носителем УР500К.

Преимущество проекта С.П.Королева перед проектом В.Н.Челомея заключалось в том, что у ОКБ-1 уже был опыт в разработке и создании пилотируемых КК «Восток» и «Восход» и шла успешная работа по программе «Союз», проводимая широким фронтом в этот период времени. Кроме того, определенную роль в решении о начале работ по проекту Л1 сыграл большой авторитет С.П.Королева.

Как и проект ЛК-1 программа Л1 предусматривала облет Луны и возвращение на Землю КК с экипажем из двух человек. Из за малых сроков, отводимых на реализацию программы, предусматривалось максимальное использование существующей наземной базы, документации и материальной части программы «Союз». Жесткие лимиты, налагаемые носителем УР500К и блоком «Д», ограничивали массу корабля Л1 величиной в 5,1-5,2 т. По этим причинам проектанты были вынуждены всячески облегчить «Союз», стараясь при этом сохранить показатели его надежности. Так, в частности, с корабля были сняты бытовой отсек, часть систем СА (в том числе запасная парашютная система) и часть систем ПАО (одна из четырех секций в каждом «крыле» солнечных батарей и дублирующий ЖРД сближающе - корректирующей ДУ), Вместе с тем в конструкцию «Союза» были внесены существенные изменения, позволяющие использовать его для облета Луны. Были модернизированы система ориентации и управления движением система управления бортовым комплексом аппаратуры, система радиосвязи с Землей, введена остронаправленная антенна. Увеличено число реактивных сопел, управляющих движением СА на участке спуска в атмосфере. Теплозащитный экран СА был доработан в расчете на нагрев при спуске со второй космической скоростью.

На атмосферном участке выведения корабль Л1 был закрыт аэродинамическим обтекателем, специально разработанным для этих целей. В случае аварии носителя увод СА предполагалось осуществить с помощью системы аварийного спасения (САС) имеющей более мощную ДУ, чем САС корабля «Союз». Так как бытовой отсек корабля «Союз» на аппарате Л1 отсутствовал, захват спускаемого аппарата ложементами обтекателя в момент включения двигательной установки САС должен был осущесталяться за специальный опорный конус, пристыкованный в верхней части СА. Через люк в головном обтекателе, проход в центре этого конуса и люк в СА космонавты на старте попадали в корабль. На околоземной орбите перед включением блока «Д» опорный конус сбрасывался.

Тренировки космонавтов по программе Л1 начались задолго до того, как были готовы первые экземпляры корабля. Проводились они поначалу на наземных аналогах СА «Союз», оснащенных новыми приборами управления, среди которых выделялось впервые примененное индикаторное поле. Космонавты отмечали удобство работы с новой аппаратурой, но и сетовали на тесноту СА, в котором предполагалось провести семь суток полета.

Первые пуски кораблей Л1 должны были ознаменовать собой еще и начало испытаний нового, трехступенчатого варианта ракеты УР500, которая до этого четыре раза (из них три раза успешно) стартовала в двухступенчатом варианте. Однако получилось так, что с самого начала своей жизни носитель УР500К был испытан не в трех-, а в четырехступенчатом варианте. Блок «Д», взятый из комплекса Н1-Л3 разработки ОКБ-1 и частично залитый топливом, стал четвертой ступенью новой РН.

Первый (макетный) экземпляр корабля Л1, предназначенный для наземных испытаний, проходил проверки в составе комплекса УР500К-Л1 на космодроме Байконур в январе 1967 г. Второй экземпляр был запущен на околоземную орбиту 10 марта 1967 г. под обозначением «Космос-146». Этот пуск, в котором впервые использовалась четырехступенчатая РН УР500К с блоком «Д» в качестве последней ступени, преследовал целью испытание разгонного блока. Корабль Л1 был запущен в упрощенном варианте. За время полета аппарата было проведено два включения ЖРД блока «Д».

Дальнейшей программой работ предполагалось осуществить еще несколько пусков кораблей Л1 в беспилотном варианте, обозначив эти корабли общим названием «Зонд». В случае успешного выполнения беспилотных облетов Луны двумя-тремя КК и накопления необходимого опыта управления кораблем на большом удалении от Земли можно было начинать пилотируемую программу Л1. В ходе этой программы космонавты должны были выполнить два-три облета Луны и опередить в этом деле американцев. Полеты беспилотных лунных кораблей по американской программе начались 5 июля 1966 г. стартом макета корабля «Аполлон-2» на околоземную орбиту*.

*См.: Салахутдинов Г.М.: «Аполлоны» летят на Луну» (1988, №10).

Параллельно с испытанием кораблей Л1 в беспилотном варианте предполагалось провести широкую программу научных исследований, включающих фотографирование Земли и Луны из космоса, исследование радиационной обстановки на трассе полета и в окололунном пространстве, изучение космических лучей и эксперименты с различными биологическими объектами.

В апреле 1967 г. под индексом «Космос-154» на околоземную орбиту был выведен третий экземпляр корабля Л1. Из-за отказа в системе управления, приведшего к преждевременному сбросу двигателей системы обеспечения запуска, не включилась основная двигательная установка блока «Д».

С запуска 28 сентября 1967 г. четвертого корабля начала показывать «норов» новая ракета УР500К - из шести двигателей первой ступени РН работали только пять, и носитель был подорван. В этом полете впервые сработала система аварийного спасения. При выведении пятого корабля 22 ноября того же года первая ступень носителя отработала штатно, но из четырех двигателей второй ступени вышли на режим только три. Снова сработала САС, возвратившая СА корабля на землю. При спуске СА на парашюте на большой высоте неожиданно сработали РДТТ мягкой посадки.

Наконец 2 марта 1968 г. при запуске шестого корабля РН отработала удачно и космический аппарат, получивший официальное наименование «Зонд-4», смог облететь Луну и сфотографировать ее. Фактически только этот запуск стал первым зачетным. Однако из-за сбоев в работе одного из датчиков системы управления движением перед входом в атмосферу Земли и разделением отсеков не было необходимой ориентации, поэтому спуск СА был баллистическим и в незапланированный район, из-за чего СА был подорван с помощью системы самоликвидации.

23 апреля 1968 г. при запуске седьмого корабля после сброса головного обтекателя на участке работы второй ступени РН из-за короткого замыкания в одном из блоков системы автоматического управления КК на участке максимального скоростного напора сработала САС. 14 июля 1968 г. при подготовке восьмого КК Л1 к старту, который должен был состояться 21 июля, на Земле из-за нерасчетного режима наддува лопнул бак окислителя блока «Д» и запуск не состоялся.

Вторым «зачетным» стал запуск девятого КК Л1, который 15 сентября 1968 г. был выведен на траекторию облета Луны под обозначением «Зонд-5» и произвел фотографирование Земли с расстояния 85000 км. Уже при возвращении к Земле из-за ошибки операторов вышли из строя от нагрева гироплатформа и датчик ориентации. Коррекция траектории производилась с помощью микродвигателей ориентации, и СА корабля при баллистическом спуске произвел посадку в Индийском океане. Аппарат был извлечен из воды советским поисково-спасательным судном.

Десятый корабль («Зонд-6»), стартовавший 10 ноября 1968 г., облетел Луну на расстоянии 2400 км от поверхности и два раза сфотографировал ее - с расстояния 9000 км и при максимальном сближении. При возвращении корабля произошла разгерметизация корпуса СА по резиновому уплотнению что, однако, не помешало СА совершить управляемый спуск в атмосфере Земли на территорию Советского Союза. На участке парашютного спуска была зафиксирована разгерметизация парашютного контейнера по той же причине. Кроме того, произошел преждевременный отстрел стренг парашюта, и СА разбился о землю. Однако фотопленки удалось извлечь из смятых бронированных кассет и получить высококачественные снимки Земли и Луны.

Надежды космонавтов «лунного отряда» на то, что им удастся в скором времени совершить облет Луны, быстро таяли под напором все новых и новых нештатных ситуаций, выявляемых при очередном запуске. Пилотируемые пуски по программе Л1 откладывались, Распутывая причины аварий и преодолевая трудности, наша программа со временем отстала от американской. Запущенный носителем «Сатурн-5» 21 февраля 1968 г. корабль «Аполлон-8» с экипажем в составе Ф.Бормана, Дж.Ловелла и У.Андерса 24 февраля выполнил облет Луны. Политический смысл продолжения облетной программы Л1 был потерян…

Однако пущенный маховик остановить сразу практически невозможно. Отменить программу, получив лишь весьма удовлетворительные результаты, было нельзя. Кроме того, корабли построены, носители ждут, график полетов необходимо соблюдать…

20 января 1969 г. из-за неполадок в работе ЖРД второй и третьей ступеней РН снова пришлось подрывать носитель. Сработавшая САС возвратила на Землю СА одиннадцатого корабля Л1. 8 августа 1969 г. двенадцатый КК под обозначением «Зонд-7» совершил облет Луны на расстоянии 1230 км от поверхности и дважды сфотографировал Землю и Луну. Практически никаких замечаний к работе систем корабля не было, и 14 августа после проведения успешного управляемого спуска в атмосфере Земли его СА приземлился южнее города Кустаная всего лишь в 50 км от расчетной точки. Теоретически именно этот запуск мог (в лучшем случае) быть пилотируемым, но руководство «добро» на запуск человека после триумфа «Аполлона-8» давать не захотело…

Полеты по программе Л1 были закончены 20 октября 1970 г. запуском тринадцатого по счету корабля, получившего обозначение «Зонд-8», который после облета Луны на расстоянии около 1200 км при возвращении через Северный полюс из-за отказа датчика ориентации совершил баллистический спуск в Индийском океане. Четырнадцатый и пятнадцатый корабли, оборудованные для пилотируемого облета Луны, так и остались невостребованными.