Блестящим примером возможностей станций-роботов в изучении небесных тел явилась «Луна-16» впервые в мире осенью 1970 года доставившая лунный грунт с глубины 35 см из Моря Изобилия на Землю. Свыше 100 г лунной грунта прошли всестороннее изучение и экспонируются на выставках. Часть лунного грунта была доставлена в 1972 году автоматической станцией «Луна-20». В 1976 году автоматическая станция «Луна-24» доставила на землю лунный грунт с глубины 2м. Взяты образцы лунной породы помещались в контейнер возвращаемого аппарата и герметизировались. Всего на Землю за три полета было доставлено 380 г лунного грунта.
Созданием «Лунохода-1» и доставкой его на Луну в 1970 году станцией «Луна-17» впервые появилась возможность проведения экспериментов не только вместе посадки автоматического аппарата, но и на различных удалениях от него. «Луноход-1» передвигался на восьмиколесном шасси с индивидуальным электродвигателем на каждом колесе, электроэнергию получал от солнечных батарей. Луноход функционировал в течение 322 дней, пройдя по маршруту 10,5 км детально обследовав 80 тысяч квадратных метров поверхности. С помощью радиотелевизионных систем на землю было передано 206 панорам и 20 тысяч снимков лунной поверхности. Проводились изучение физико-механических свойств поверхностного слоя грунта, его химический анализ. Получены результаты экспериментов с установленном на борту лунохода рентгеновским телескопом, уголковым лазерным отражателем.
Этот эксперимент был продолжен станцией «луна-21» доставившей в 1973 году на Луну «Луноход-2»отличающимся дополнительным оборудованием и улучшенными ходовыми качествами. Он преодолел 37 км сложного рельефа, передал на Землю свыше 80 тысяч изображений поверхности, в том числе и стереоскопических.
Исследование Луны и окололунного пространства проводилось и с помощью серии советских автоматических межпланетных станций «Зонд», запускавшихся в 1964-1970 годах. Они предназначались для изучения космического пространства и отработки техники дальних космических полетов. Космические аппараты «Зонд-3», «Зонд-6», «Зонд-7», «Зонд-8» повторили более четкое фотографирование обратной стороны Луны.
Одновременно с изучением Луны в СССР проводятся полеты автоматических станций к ближайшим планетам – Венере и Марсу. Полеты автоматических станций к Венере начаты в 1961 году, когда с борта тяжелого (6,5 т) спутника Земли стартовала станция «Венера-1» В то время наука располагала весьма скудными данными о планете, поскольку она всегда окутана плотным слоем облаков. Каких-то 10 лет назад мы не знали не только параметров и структуры поверхности Венеры, но даже направления вращения вокруг ее оси и продолжительность венерианских суток. Станции «Венера-1» и «Венера-2» пролетели в непосредственной близости от планеты и стали спутниками Солнца. Впервые поверхности Венеры достигла автоматическая станция «венера-3» в 1966 году, которая доставила вымпел с изображением Герба Советского Союза.
Крупнейшим успехом в изучении Венеры и новом выдающимся вкладом в развитие космонавтики стал полет автоматической станции «Венера-4». В октябре 1967 года был осуществлен плавный спуск отделяемого аппарата в атмосфере Венеры. Впервые были проведены непосредственные измерения химического состава, температуры, давления и плотности атмосферы. Результаты измерений были переданы на Землю. Параметры атмосферы впоследствии уточнялись станциями «Венерой-5» и «Венерой-6». Впоследствии станция «Венера-7» в 1970 году определила давление и температуру непосредственно на поверхности планеты. Давление атмосферы оказалось 90 атмосфер, а температура составила плюс 470 градусов.
Новый советский космический эксперимент, выполненный на станциях «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 году качественно отличался от предшествующих, прежде всего своей сложностью и обширностью программы измерений. Станции совершили мягкую посадку на поверхность Венеры, стартуя с орбитального отсека, через который передавалась вся информация на Землю. В течение часа станции передавали панорамные изображение поверхности в районах посадки, результаты исследования физических свойств и характера грунта, а также освещенности. Неожиданным оказалось высокая освещенность на поверхности Венеры и каменистый ландшафт планеты. Исследования Венеры были продолжены следующими автоматическими станциями «Венера-11» и «Венера-12» в 1978 году, и «Венера-13», «Венера-14» в 1982 году. Все они осуществили мягкую посадку и передавали важную научную информацию о составе грунта, цветные изображения, запись окружающих звуков и т.д. в течение 110 минут.