Во время полета станций в районе Луны проводился комплекс научных исследований и измерений физических характеристик окололунного космического пространства.
При полете станции «Зонд-5» с расстояния 90 тысяч километров была сфотографирована Земля, а станция «Зонд-6» выполнила в соответствии с программой полета два сеанса фотографирования Луны. Станция «Зонд-7» и «Зонд-8» осуществили фотографирование Луны и Земли на цветную пленку при различных удалениях.
Полеты станций «Зонд-5», «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8», кроме решения технических задач, связанных с отработкой конструкции и систем космических аппаратов, дали в руки ученых много ценного научного материала.
В полете была измерена доза радиации внутри спускаемого аппарата; получен интересный материал с микро-метеоритных датчиков станции; с успешным решением задачи возвращения с межпланетных трасс на Землю автоматических станций появилась возможность полностью использовать один из лучших способов запоминания и хранения информации – фотографический. Особый интерес представило изучение доставленной на Землю фотопленки с изображением лунной и земной поверхностей для картографов, астрономов, метеорологов, геологов, ботаников и целого ряда представителей других наук.
Снимки лунной поверхности (свободные от телевизионных помех), полученные станциями «Зонд-6», «Зонд-7» и «Зонд-8», отличаются более высоким качеством, чем фототелевизионные изображения, переданные с борта станций «Луна-3» и «Зонд-3». Кроме того, обработка в наземных условиях экспонированной в космосе фотопленки, доставленной автоматическими станциями на Землю, позволила полнее использовать весь арсенал хорошо известных средств и методов аэрофотосъемки, фотограмметрии и картографии.
Большой научный и практический интерес представляют также и снимки Земли из космоса.
В целях дальнейшего исследования Луны и окололунного пространства 13 июля 1969 года был произведен запуск новой автоматической станции «Луна-15».
На станции были установлены некоторые новые агре-гаты и системы (в частности, автоматические навигационные системы), которые при их работе в полете дали богатый экспериментальный материал, необходимый для разработки новых образцов крсмической техники.
Крупным достижением советских инженеров, рабочих и ученых явилось создание научной станции «Луна-16», ярко показавшей исключительно высокие возможности автоматических аппаратов в исследовании космоса.
Автоматическая станция «Луна-16» – уникальный автомат, осуществивший доставку на Землю образцов лунного грунта.
Станция стартовала с Земли 12 сентября 1970 года, 1 7 сентября (при подлете к Луне) она была переведена на круговую орбиту лунного спутника и после ряда маневров начала двигаться по эллиптической орбите с минимальной высотой над поверхностью Луны – 15 километров.
Формирование такой предпосадочной селеноцентрической орбиты позволило 20 сентября успешно совершить мягкую посадку станции лунной ночью в заданный район Моря Изобилия с высокой точностью.
Научная станция «Луна-16» явилась первым космическим аппаратом, который активно функционировал в условиях лунной ночи. По радиокомандам с Земли грун-тозаборный механизм заполнил лунным грунтом возвращаемый контейнер и загерметизировал его.
21 сентября состоялся старт с Луны космической ракеты с возвращаемым аппаратом, который 24 сентября успешно совершил мягкую посадку в заданном районе Советского Союза, доставив на Землю лунный грунт.
Полет станции «Луна-16» открыл широкие перспективы для непосредственного исследования различных районов Луны. Опыт, приобретенный при этом, может быть использован при исследовании и других небесных тел. Полет научной станции «Луна-16» показал, что многие сложные задачи изучения космоса могут решаться автоматическими аппаратами, которые значительно дешевле пилотируемых кораблей и не связаны с риском для людей.
Еще одним убедительным подтверждением этого явился полет станции «Луна-20», стартовавшей с Земли 14 февраля 1972 года. Станция доставила с Луны образцы грунта из труднодоступного горного района.
Новым триумфом советской космической техники явился запуск автоматической научной станции «Луна-17» с луноходом на борту, которая стартовала на Луну с Земли 10 ноября 1970 года.
Основные этапы полета этой станции, вплоть до посадки на лунную поверхность, проходили аналогично этапам перелета станции «Луна-16». 17 ноября автоматическая станция «Луна-17» совершила мягкую посадку на Луну южнее Залива Радуги Моря Дождей.