Через 6 часов после старта с Земли подается сигнал на выполнение аппаратом маневра для ориентации на звезду Канопус.
Ориентированный относительно Солнца и звезды Канопус аппарат совершает свободный полет, во время которого на Землю передается информация.
На основе полученных сведений в координационно-вычислительном центре подготовляются данные для коррекции траектории полета аппарата с тем, чтобы обеспечить посадку аппарата в расчетной точке на Луне. Вычисленные поправки для коррекции траектории полета вводятся в бортовое программно-временное устройство, в соответствии с которыми затем выдаются сигналы верньерным двигателям.
После выполнения маневра по коррекции траектории полета вновь производится ориентация аппарата на Солнце и звезду Канопус. Затем аппарат продолжает свободный полет до следующего важного этапа – мягкой посадки на Луну.
Подготовка аппарата к мягкой посадке на Луну начинается приблизительно на высоте 1600 километров от лунной поверхности. Стабилизация аппарата на Солнце и звезду Канопус прекращается, и с помощью гироскопов аппарат разворачивается так, чтобы ось тормозного РДТТ совпала с вектором скорости.
После установки тормозного РДТТ в нужном направлении по команде с Земли на высоте приблизительно 320 километров от поверхности Луны включается радиолокатор, регистрирующий высоту. Все последующие операции спуска осуществляются автоматически с помощью радиолокатора и программного механизма управления полетом,
На расстоянии 96 километров от лунной поверхности по наклонной дальности радиолокатор включает программно-временное устройство. По его командам через определенный интервал включаются верньерные двигатели а затем тормозной РДТТ. К моменту включения тормозного РДТТ скорость аппарата составляет приблизительно 2,68 километра в секунду.
Тормозной двигатель за 40 секунд работы уменьшает скорость аппарата до 112 метров в секунду. Через 12 секунд после окончания работы тормозной двигатель по команде с программного механизма сбрасывается с помощью взрывных болтов и свободно падает.
Программно-временное устройство управляет работой верньерных двигателей до момента, когда радиолокационный высотомер и доплеровский датчик скорости начинают получать сигналы, отраженные по поверхности Луны; расстояние до Луны в этот момент составляет приблизительно 4000 метров.
Дальнейший спуск осуществляется на трех верньерных двигателях, которые управляются по сигналам радиовысотомера и доплеровского датчика скорости. Эти сигналы поступают на электронный блок управления полетом, где вырабатываются команды на дросселирование двигателей, снижающих скорость по мере уменьшения высоты. На расстоянии 4 метров от поверхности Луны скорость аппарата уменьшается до 1,5 метра в секунду; верньерные двигатели выключаются, и аппарат совершает свободное падение в течение 2 секунд.
Удар при посадке смягчается разрушаемыми подушками опор и амортизаторов. В случае особенно жесткой посадки часть энергии гасится также разрушаемыми сотовыми алюминиевыми блоками, расположенными под рамой.
Космические аппараты «Лунар Орбитер» («Лунный спутник») предназначались для исследования окололунного пространства и фотографирования больших участков лунной поверхности.
Аппарат оборудован фотоустановкой, источниками электропитания, системой ориентации и стабилизации, Двигательной установкой, радиотехническим оборудованием и научными приборами. Масса аппарата – 386 килограммов.
Почти все бортовое оборудование смонтировано на платформе в нижней части аппарата. Двигательная установка и оборудование системы ориентации крепятся к несущей конструкции в верхней части аппарата, где смонтирован экран для защиты от истекающей струи бортового двигателя.
Фотоустановка включает в себя две фотокамеры, обеспечивающие соответственно разрешающую способность 8 метров и 1 метр при съемках с номинальной высоты 46 километров.
Снимки, полученные с помощью одной из камер, предназначены в основном для привязки к видимым с Земли ориентирам снимков, полученных с помощью другой камеры.
Считывание изображения с проявленной и отфиксированной пленки производится с помощью электроннолучевого сканирующего устройства с однострочной разверткой. Снимки, принятые с борта аппарата на станциях слежения, реконструируются построчно на экранах кинескопов и снимаются на 35-миллиметровую пленку.
Система электропитания состоит из солнечных батарей, смонтированных на четырех панелях, и аккумуляторной батареи.