La Pioneer P-3 (también conocida como Atlas-Able 4 o Pioneer X) estaba destinada a ser una sonda orbital lunar, pero la misión fracasó poco después del lanzamiento. Los objetivos eran colocar una sonda altamente instrumentada en órbita lunar, investigar el entorno entre la Tierra y la Luna y desarrollar tecnología para controlar y maniobrar naves espaciales desde la Tierra. Estaba equipada para tomar imágenes de la superficie lunar con un sistema similar a la televisión, estimar la masa de la Luna y la topografía de los polos, registrar la distribución y velocidad de los micrometeoritos y estudiar la radiación, los campos magnéticos y las ondas electromagnéticas de baja frecuencia en el espacio. Un sistema de propulsión de medio recorrido y un cohete de inyección habrían sido el primer sistema de propulsión autónomo de los Estados Unidos capaz de funcionar muchos meses después del lanzamiento a grandes distancias de la Tierra y las primeras pruebas estadounidenses de maniobra de un satélite en el espacio.
La sonda estaba prevista originalmente para su lanzamiento en el Atlas 9C en octubre, pero el vehículo de lanzamiento se destruyó en un accidente de disparo estático el 24 de septiembre, por lo que se decidió utilizar el Atlas D (una versión operativa del misil balístico intercontinental Atlas) en lugar del Atlas C, que todavía era un modelo de prueba. El lanzamiento tuvo lugar el día de Acción de Gracias, el 26 de noviembre de 1959, desde el LC-14 en la Estación Aérea de Cabo Cañaveral utilizando el vehículo Atlas 20D, que originalmente había sido el propulsor de respaldo para la prueba Mercury Big Joe en septiembre. Dado que ese vuelo fue exitoso, el Atlas 20D se reutilizó para el programa Able, acoplado a las etapas superiores Thor-Able, incluida una tercera etapa del cohete Able x 248. Debido a que el 20D había sido construido a medida para el programa Mercury, tenía un revestimiento de calibre más grueso que el misil balístico intercontinental Atlas estándar y podía soportar el peso adicional de las etapas superiores. Todo procedió con normalidad hasta T+45 segundos cuando se registró un choque en los giroscopios de velocidad del Atlas seguido por el desprendimiento del carenado de carga útil de fibra de vidrio del vehículo de lanzamiento. La tercera etapa y la carga útil fueron desmontadas después de ser sometidas a severas cargas aerodinámicas mientras pasaban por Max Q y la segunda etapa sufrió daños seguidos de la pérdida de su telemetría a T+104 segundos. El Atlas en sí no se vio afectado por el incidente y completó su combustión a tiempo, impactando en el Golfo de Guinea . La falla se atribuyó a una cubierta de carga útil mal ventilada que se rompió cuando la presión del aire en el interior comenzó a superar la presión externa a medida que la atmósfera se enrareceba con la altitud. Además de cambiar los procedimientos previos al lanzamiento, la cubierta fue rediseñada para que fuera más aerodinámica en futuros vuelos.
El Pioneer P-3 era una esfera de un metro de diámetro con un sistema de propulsión montado en la parte inferior, lo que le daba una longitud total de 1,4 metros. La masa de la estructura y la carcasa de aleación de aluminio era de 25,3 kg y las unidades de propulsión de 88,4 kg. Cuatro paneles solares, cada uno de 60 x 60 cm y que contenían 2200 células solares en 22 nódulos de 100 células, se extendían desde los lados de la carcasa esférica en una configuración de "rueda de paletas" con una envergadura total de unos 2,7 metros. Los paneles solares cargaban baterías químicas. Dentro de la carcasa, un gran tanque esférico de hidracina constituía la mayor parte del volumen, coronado por dos tanques esféricos de nitrógeno más pequeños y un cohete de inyección de 90 N para reducir la velocidad de la nave espacial para entrar en órbita lunar, que fue diseñado para ser capaz de disparar dos veces durante la misión. Unido a la parte inferior de la esfera había un cohete vernier de 90 N para propulsión a mitad de curso y maniobras de órbita lunar que podía dispararse cuatro veces. Este motor espacial fue diseñado y construido bajo contrato con la NASA por los Laboratorios de Tecnología Espacial (STL) de TRW .
Alrededor del hemisferio superior del tanque de hidracina había una plataforma de instrumentos en forma de anillo que contenía las baterías en dos paquetes, dos transmisores UHF de 5 W y diplexores , módulos lógicos para instrumentos científicos, dos receptores de comandos, decodificadores, un buffer/amplificador, tres convertidores, un telebit, una caja de comandos y la mayoría de los instrumentos científicos. Dos antenas UHF dipolares sobresalían de la parte superior de la esfera a cada lado de la boquilla del cohete de inyección. Dos antenas UHF dipolares y una antena VLF larga sobresalían de la parte inferior de la esfera.
Se planeó que el control térmico se lograra mediante una gran cantidad de pequeños dispositivos con forma de "palas de hélice" en la superficie de la esfera. Las palas estaban hechas de material reflectante y consistían en cuatro paletas que estaban al ras de la superficie y cubrían un patrón negro que absorbía el calor pintado en la esfera. Se adjuntó una bobina termosensible a las palas de tal manera que las bajas temperaturas dentro del satélite harían que la bobina se contrajera y girara las palas y expusiera la superficie que absorbe el calor, y las altas temperaturas harían que las palas cubrieran los patrones negros. También se montaron unidades cuadradas de disipación de calor en la superficie de la esfera para ayudar a disipar el calor del interior.
Los instrumentos científicos consistían en una cámara de iones y un tubo Geiger-Müller para medir el flujo de radiación total, un telescopio de contador de radiación proporcional para medir la radiación de alta energía, un contador de centelleo para controlar la radiación de baja energía, un receptor VLF para ondas de radio naturales, un transpondedor para estudiar la densidad de electrones y parte del sistema de facsímil de televisión y magnetómetros de compuerta de flujo y bobina de búsqueda montados en la plataforma del instrumento. La cámara de televisión apuntaba a través de un pequeño orificio en la esfera entre dos de los soportes del panel solar. El detector de micrometeoritos también estaba montado en la esfera. La masa total del paquete científico, incluidos los componentes electrónicos y la fuente de alimentación, era de 55 kg.
