La fusée Vulcan Centaur du groupe industriel ULA, qui regroupe Boeing et Lockheed Martin, a réalisé son premier vol depuis Cap Canaveral, en s'arrachant du sol à 02H18 locales lundi (07H18 GMT).
L'alunisseur à bord, nommé Peregrine, a lui été développé par la start-up Astrobotic, avec le soutien de la Nasa, qui a chargé cette entreprise de transporter jusqu'à la Lune du matériel scientifique - un contrat à 108 millions de dollars.
Le lancement doit inaugurer une série de missions soutenues par l'agence spatiale américaine, qui souhaite se reposer en partie sur le secteur privé pour ses ambitions lunaires.
Ces dernières années, des compagnies israélienne et japonaise ont tenté d'alunir, mais ces missions se sont soldées par des crashs.
Environ 50 minutes après le décollage, Peregrine doit se séparer de la fusée: Astrobotic mettra alors l'appareil sous tension et tentera d'établir la communication. Si tout va bien, l'alunisseur continuera ensuite sa route vers notre satellite naturel.
Le lieu d'atterrissage visé est situé sur la face visible de la Lune, près de mystérieux dômes formés par de la lave mais que les scientifiques peinent à expliquer.
Grâce aux instruments expédiés, la Nasa doit y étudier la composition de la surface, ainsi que les radiations.
La fusée (environ 60 mètres de haut) doit lui permettre de remplacer ses lanceurs Atlas V et Delta IV, et de concurrencer SpaceX avec des décollages plus abordables.
Si la Nasa n'est que passagère pour cette mission, cette dernière n'en représente pas moins une étape majeure pour l'agence, qui cherche à encourager le développement d'une économie lunaire.
Elle a ainsi passé contrat avec plusieurs entreprises, dont Astrobotic, pour l'envoi de matériel scientifique sur la Lune. Le programme, baptisé CLPS, fournit aux compagnies un financement crucial.
Ces missions étudiant l'environnement lunaire doivent permettre de préparer le retour d'astronautes sur la Lune, que la Nasa prévoit avec son programme Artémis.
Une mission de l'agence spatiale japonaise (Jaxa) doit également tenter d'alunir dans environ deux semaines. La Russie a pour sa part spectaculairement raté un alunissage cet été.