Трое ребят — Коля Хомяков, Петя Терещенко и Сэнди Робинсон — играют в «Международное Общество Межпланетных Сообщений имени Циолковского» (МОМС). Случайно ребята узнают, что его корабль потерпел аварию и не может улететь обратно на Землю. Наташа просит их послать на выручку папе её собаку, Тобика. Коля нехотя соглашается. После переполоха в обсерватории (выполняющей функции Центра управления полётами), в ящике, где был Тобик, оказывается Коля, и его случайно забирают в космический корабль вместе с прочим грузом. Петя и Сэнди пытаются найти ящик с Колей с помощью Тобика, но пёс, учуяв колбасу, указывает на другой ящик, в котором доставлялись съестные припасы. Экипаж корабля «Р-2» составляют профессор Бобров и женщина-космонавт Софья Андреевна. После взлёта они находят на борту Колю, который очень удивляется тому факту, что он летит на Луну, и просит вернуть его обратно, так как у него скоро контрольная по математике. Но обратно он сможет вернуться не раньше, чем через 12 дней. О его присутствии на космическом корабле радиографируют на Землю, об этом пишут в газетах, о чём сообщает его взволнованным друзьям милиционер-регулировщик (он же комендант).