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  先驅者3號是一個光滑的圓錐狀物體,高58釐米直徑25釐米。外殼由玻璃纖維製成,上面塗覆著黃金以利於傳遞電流。圓錐狀的主體被塗成黑白相間的顏色,這樣利於吸收和反射陽光將溫度維持在10至50攝氏度。頂部是一根傳遞訊號的天線,底部則有一圈提供能量的水銀電池。底部的中心是光電探測管,該探測器由兩個光電池供電。 按照計劃,這些光電池將會在距離月球3萬公里時被月球的反射光觸發。圓錐的中心是蓋革計數器。當處於工作狀態時,傳送裝置將會以0.1瓦的功率工作在960.05兆赫的波段。調波電路的功率為0.08瓦,因此訊號傳送裝置的總功率是0.18瓦。在發射後10小時,探測器上的機械結構會將兩個7克重的配重和兩段150釐米長的金屬絲伸出外部,這樣可以使探測器的轉速從每分鐘400轉降低到每分鐘6轉,之後這些配件就會被拋棄。

  按照原計劃,先驅者3號應該在發射後33.75個小時時接近月球測量相關資料,然後再進入太陽軌道。1958年12月6日世界協調時5點45分12秒,先驅者3號在佛羅里達卡納維拉爾角升空。由於火箭第二級提前3.7秒熄火,探測器出射角達到71度而不是計劃的68度,它比地球逃逸速度約慢了每小時1000公里。 在重新落回地球之前,它所達到的最大高度為102360公里。7日19時51分(UTC),在經歷了大氣層中的燃燒,總計執行了38小時零6分之後,估計它墜落在了非洲大陸北緯16.4度,東經18.6度的地方。由於地面接收站的地點設定,總計36小時的任務時間中有13小時是與探測器失去聯絡的。任務期間,探測器內部的溫度一直維持在43攝氏度左右。雖然沒有完成預期任務,但是根據其感測器傳回的資料,人們發現範艾倫輻射帶實際上分為兩層。
先驅者3號(英語:英語:Pioneer 3)探測器是美國陸軍彈道導彈機關(U.S. Army Ballistic Missile agency)與NASA聯合發射的月球探測器,由噴氣推進實驗室開發設計。但是由於火箭故障而導致任務失敗。