Была надежда, что Explorer XXXIII (33), также известный как платформа межпланетного мониторинга (AIMP), станет первым космическим аппаратом США, который выйдет на лунную орбиту (запланированные параметры составляли 1300 х 6440 километров при наклоне 175°), но вторая ступень «Тор Дельта Е-1» разгонялась слишком быстро, из-за чего выход на лунную орбиту был невозможен. Вместо этого планировщики миссии приняли альтернативную миссию, которая требовала, чтобы тормозная ракета зонда (Thiokol TE-M-458) тягой 35,8 кгс включилась примерно через 6,5 часов после запуска. Согласно новому плану, космический аппарат был выведен на высокоэллиптическую околоземную орбиту 449 174 х 30 550 километров под углом наклона 28,9°. На этой орбите Explorer XXXIII находился достаточно высоко, чтобы на него не влияла гравитация Луны. На своей новой орбите Explorer XXXIII приблизился к Луне (при первом витке) на расстояние 35 000 километров с последующими сближениями в сентябре, ноябре и декабре 1966 года на расстоянии от 40 000 до 60 000 километров. За это время зонд прислал ключевые данные о магнитном хвосте Земли, межпланетном магнитном поле и радиации. В январе 1967 года инженеры Центра космических полетов Годдарда использовали электрическую «отвертку», чтобы восстановить питание космического аппарата после временного отключения электроэнергии. Аварийный ремонт был самым удаленным ремонтом космического аппарата в то время. Миссия была объявлена успешной к 1 января 1967 года, хотя космический аппарат продолжал присылать полезные данные до 15 сентября 1971 года.

Успех аппарата M2-F1 привел к тому, что НАСА разработало и построило два сверхтяжелых летательных аппарата на основе исследований, проведенных в исследовательских центрах НАСА Эймс и Лэнгли. Это были M2-F2 и HL-10, оба были построены корпорацией Northrop. 23 марта 1966 года M2-F2 совершил свой первый полёт на буксире у B-52. Первый свободный планирующий полёт M2-F2 состоялся 12 июля 1966 года под управлением Милтона О. Томпсона. Он был сброшен с пилона крыла самолета-носителя B-52 на высоте 14 000 м и развил скорость около 720 км/ч. Перед полетами с включенным двигателем была проведена серия планирующих полетов. 10 мая 1967 года шестнадцатый и последний планирующий полет закончился катастрофой: аппарат упал на дно озера при приземлении. За штурвалом был летчик-испытатель Брюс Петерсон, M2-F2 попал в режим автоколебаний при приближении к дну озера. В полете самолет раскачивался из стороны в сторону, но Питерсон взял его под контроль, но затем он заметил спасательный вертолет, который, казалось, мог столкнуться с самолетом. Петерсон из-за попутного ветра отклонился в сторону от обозначенного участка дна озера, где было очень сложно определить высоту над землей из-за отсутствия ориентиров (маркеров на взлетно-посадочной полосе на дне озера). Он зажёг посадочные ракеты, чтобы увеличить подъемную силу, но самолет упал на дно озера до того, как шасси полностью зафиксировалось. M2-F2 перевернулся шесть раз и остановился вверх колесами.

Петерсона вытащили из самолета, срочно доставили в госпиталь на базе, затем перевели в госпиталь авиабазы Марч, а оттуда — в госпиталь Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Он выздоровел, но потерял зрение на правый глаз из-за стафилококковой инфекции.
M2-F2 совершил 16 планирующих полетов под управлением четырех пилотов. Это были Милтон Томпсон (пять полетов), Брюс Петерсон (три полета), Дон Сорли (три полета) и Джерри Джентри (пять полетов).
Обнаружили, что у M2-F2 есть проблемы с управлением по крену, несмотря на наличие системы повышения устойчивости. Когда M2-F2 был перестроен в Драйденском университете и переименован в M2-F3 (см.1970-год).

Программа Lunar Orbiter возникла как ответ на необходимость получения фотографий с разрешением в один метр потенциальных мест посадки Аполлона. НАСА запланировало запуски серии трехосных стабилизированных космических аппаратов с четырьмя солнечными панелями и главным двигателем (созданным на основе двигателя управления ориентацией Apollo) для вывода на лунную орбиту. Основным прибором на борту была 68-килограммовая система визуализации Eastman Kodak (с использованием широкоугольных и узкоугольных линз), которая могла проявлять экспонированные пленки, сканировать их и отправлять фото на Землю. Камера Eastman Kodak, установленная на Lunar Orbiter, была первоначально разработана Национальным разведывательным управлением (NRO) и использовалась на шпионском спутнике Samos E-1. Снимки под узким углом, сделанные этой системой, обеспечивали разрешение от 60 до 80 метров, а широкоугольные снимки - до 0,5 км. Lunar Orbiter I был запущен на опорную орбиту вокруг Земли, затем разгонный блок Agena вывел его на транслунную траекторию. На пути к Луне астродатчик космического аппарата не смог обнаружить свою цель (Канопус), вероятно, из-за того, что конструкция космического аппарата отражала слишком много света. Операторы полета использовали резервный метод, используя тот же датчик, но с Луной для ориентации аппарата. Аппарат также нагрелся больше, чем ожидалось, но 24 августа успешно вышел на орбиту с параметрами 1866,8 х 189,1 км вокруг Луны, став первым космическим аппаратом США, сделавшим это. Основная задача космического аппарата заключалась в том, чтобы сфотографировать девять потенциальных мест посадки Аполлона, семь второстепенных областей и место посадки Surveyor I. К 28 августа Lunar Orbiter I завершил свою основную фотосъемку, сделав в общей сложности 205 кадров, из которых 38 были сняты на начальной орбите и 167 - на более низких орбитах, покрывая площадь 5,18 миллиона км2. Как и планировалось, он сфотографировал все 9 потенциальных мест посадки Аполлона, а также 11 мест на обратной стороне Луны. Некоторые фотографии с высоким разрешением были размыты из-за смазывания (из-за проблем в системе формирования изображений), но изображения среднего разрешения были лучшими изображениями лунной поверхности, полученными на то время. Одно из присланных изображений, незапланированное, но сделанное 23 августа, было первым снимком Земли, сделанным в окрестностях Луны. 16 сентября Lunar Orbiter I начал расширенную фазу своей миссии, не связанную с фотографией, которая была сосредоточена на технических задачах, но к 28 октября состояние космического аппарата ухудшилось. Таким образом, на следующий день, на его 577-м витке, наземные операторы приказали орбитальному аппарату упасть на поверхность Луны (в 13:30), чтобы его передачи не мешали будущим лунным орбитальным аппаратам. Координаты падения: 6° 42' с.ш. /162° в.д.


Surveyor II, похожий по конструкции на своего предшественника, предназначался для мягкой посадки на Луну в Sinus Medii. Во время полета к Луне в 05:00 21 сентября один из трех двигателей не доработал для коррекции в середине пути на 9,8 секунды, что привело к нежелательному вращению космического аппарата. Несмотря на 39 повторных попыток запустить непокорный двигатель, двигатель не включился, и Surveyor II без стабилизации направился на Луну. Спустя всего 30 секунд после начала торможения в 09:34 22 сентября связь прекратилась, и посадочный модуль рухнул на поверхность Луны в точке 5° 30' северной широты / 12° западной долготы, к юго-востоку от кратера Коперник.


|