1970年9月12日， 苏联 发射了“月球”-16号，即月球16号探测器，标志着苏联开始新的一系列新的杰出的空间科学研究。月球16号（ 俄语 ：Луна-16）是苏联的第一个月球探测计划“月球计划”的第31颗无人月球探测器，于1970年9月12日（ UTC 时间13:25:53）发射。它是人类第一个实现在月球上自动 取样 并送回 地球 的 探测器 。它在 阿波罗11号 成功完成任务1年多以后用无人仪器将月壤带回地球，为在月球竞赛中落后的 苏联 挽回一些脸面。
结构组成
组成
月球16号发射总重5.8吨，大大超过了前两代月球探测器，但远逊于 阿波罗飞船 的48吨。月球16号总高度4米，最大跨度也为4米。类似于阿波罗飞船，月球16号也可以分为下降级与上升级。
详述
下降级位于下部，负责采集月球样本，与 地球 进行 无线电 联络，提供所有的电力，同时它还充当上升部分的发射平台。下降级最下方是制动 发动机 ，负责减速、着陆；游动发动机负责在飞行过程中修正轨道；4个对称分布的圆柱形 推进剂 箱，为发动机提供燃料； 无线电高度表 测试水平与垂直速度及辐射；月球样品采集装置拥有钻臂与 空心钻 管，钻管内有 探测器 可以感知月岩或月壤的阻力以确定钻速并且可以自动避开月岩；其他系统包括导航与控制系统、温度控制系统、无线电接受与发射系统、 化学电池 和4个可伸缩的缓冲着陆架等。
上升级位于上部，负责把装有月球样品的 返回舱 送回 地球 。上升级包括提供动力的 发动机 喷管 ；3个球形燃料箱；装有导航设备和化学电池的柱形仪器舱；位于仪器舱上方的球形返回舱，返回舱直径约50厘米，返回舱的下部是电池和信号发射装置，中部是装有钻管和月壤的样本舱，顶部为降落伞和下降天线。
发射经过
“月球”-16号由 质子 火箭发射 ，它先被入241×185千米、 转轴倾角 51.5度的 地球轨道 ，在围绕地球运行70分钟后加速飞向月球。发射后的第二天，“月球”-16号主发动机点火，进行了轨道修正。9月17日，“月球”-16号反推发动机点火，并使“月球”-16号进入110千米、倾角70度（与月球 赤道 夹角）的初始环月轨道。9月18、19日，分别进行了两次轨道机动，在完成第一次轨道机动后，“月球”-16号进入110×15千米 椭圆轨道 ；第一次轨道机动将 轨道倾角 改变为61度，并使轨道下降到106千米。9月20日，在月球轨道上飞行了75小时后，“月球”-16号在近月点时制动 发动机 点火，6分钟后，“月球”-16号成功地在0041S、56018E的月球黑暗区域实现软着陆。此后，“月球”-16号开始执行主要任务。
着陆后不到1小时，“月球”-16号上的自动钻开始工作，以钻取月壤样品，7分钟后当钻取深度达35厘米时停止钻取工作并退出，将月壤样品密封并送入“月球”-16号的 返回舱 ，钻取并返回的样品总重101克。完成此项工作后，“月球”-16号“耐心”地在月球上等待地面发出返回指令，9月21日，“月球”-16号的上面级点火并离开月球，开始3天的“回家”旅程。3天后，“月球”-16号的返回舱安全地降落在 苏联 Dzhozkozgan东南80千米处。
“月球”-16号的发射重量约5800 千克 ，约4米高，底部着陆架夸度约4米。“月球”-16号分成下降级和上升级2个主要部份，前者用于奔月轨道修正、轨道插入（ 轨道科学公司 insertion）、向月面降落、月面软着陆、月壤样品采集等，并作为上升级的发射平台。上升级将从月球上起飞，携带月壤样品返回 地球 （必要时可进行轨道修正，但实际上未进行修正），并保证珍贵的样品能够回收。
下降级：下降级根据功能需要由如下几个部分组成，4个圆柱形燃料箱对称分布在下降级的两侧，它们将在月球轨道转移、轨道插入、轨道修正时向主 发动机 提供燃料； 无线电高度表 将提供水平和垂直两个面的下降速度和周围的辐射，只要的足够的动力它将持续工件到上升级起飞； 化学电池 向月球16号所有系统提供动力，并且在着陆后可以在月面提供数天动力。其它还包括温控系统、导航敏感器和控制系统以及无线电发射机和 无线电接收机 等，它们均由电池提供动力。4个可伸缩的着陆 桁架 起减振作用，避免着陆时由着陆月面产生的撞击。
“月球”-16号在下降前，导航系统使“月球”-16号进入预定的下降轨道，下降级上的主 发动机 在准备下降时点火，“月球”-16号沿“ 自由落体 ”轨迹抵达月面（图28）。在主发动机点火前，4个燃料箱连同不再使用的导航系统一同被抛掉。月球16号在距离月面600 米时 ，主发动机和4个游机再次点火，并根据“月球”-16号的 计算机 发出的指令程序改变 推力 ，当下降到20米高度时，降落速度减速到2.5m/s，这时由2个较小的发动机接替主发动机，它们在“月球”-16号着陆前的舜间关机。通过关闭2个低推力发动机，可以大大减少发动机喷出物对月球表面的污染。“月球”-16号着陆后的总质量为1880 千克 。
一旦抵达月面，下降级上的2个遥测光度表就开始工作。0.9米长的钻臂具有在水平和垂直两个面内移动的能力，钻头根据程序对着陆区域进行研究，并可以避免月岩或研究特殊地点。自动钻在工作前需解栓、脱开保护罩，露出钻管，钻头可旋转180度。当钻臂移动到选定位置时，安装在钻头内的 传感器 将测试月壤的对钻的阻力，并使 苏联 科学家可以确定月壤的特性。钻速度可以根据被探测材料的密度进行改变，以防止钻头 过热 。当完成钻取月壤时，空心的钻头（钻管？）将收集35厘米深的月壤。完成钻取工作后，钻臂抬起，钻头翻转180度，并且将含有月壤的钻头送进 返回舱 ，然后抽出。一个自动装置将把月壤样品与钻管密封在返回舱中。
上升级由3部份组成：3个球形燃烧箱和 发动机 喷管 ，柱形仪器舱，直径50厘米的球形返回舱。仪器舱中有导航设备和 化学电池 。在仪器舱上面是返回舱，返回舱由3部份构成，位于返回舱下部的是是电池和信号发射装置，另外两个部份是装的月壤样和钻管的“货舱”以及位于顶部并装有降落伞和下降天线的装置。
“月球”-16号在月面停留26小时25分钟后，上升发动机根据地面指令点火，当上升级在获得2.708千米/s的速度后，发动机关机， 返回舱 开始3天弹道返回。由于从月球上进行的发射和 地球 插入有很高的精度，所以飞行过程中不需要进行轨道修正。9月24日，在约距地球48000千米时，返回舱与仪器舱分离。返回舱大约以11千米/s的速度进入 地球大气层 ， 再入 大气层后，前缘温度超过10000 摄氏度 ，过载达50G。最后，返回舱降落伞舱打开，在14.5千米的高度、约300m/s速度时打开 阻力伞 , 当降至11千米时打开主伞。同时4个鞭形天线开始工作，以帮助确定 返回舱 的位置；同时两个圆柱形的气囊充气膨胀并位于返回舱下部，在返回舱下降的最后时刻，将标出所在位置，并迅速由地面人员取走并送到 氦气 环境下的专门实验室进行研究。
在美国的载人登月计划取得举世瞩目的成功后， 苏联 在无人探月领域取得了辉煌的成就，在“月球”-16号发射成功后不到2个月，苏联成功发射了 月球17号 ，首次实现了无人月球漫游车探月，又一次震惊了世界。,
任务经过
着陆月球
1970年9月12日，四级型的 质子 号火箭（质子-K/D组级）现将月球16号送入一条 远地点 241千米， 近地点 185千米、 转轴倾角 51.5度的 地球轨道 ，70分钟后月球16号调整轨道飞向月球。9月17日，月球16号减速发动机点火，进入一条110千米、倾角70度的环月轨道。在经过多次调整后，月球16号最终进入了一条 椭圆轨道 。9月20日，月球16号开始沿 自由落体 轨迹下降，准备着陆前，4个燃料箱和导航系统一起被抛弃。距离月表600 米时 ，月球16号再次启动 发动机 。下降到20米时，速度减至2.5 米每秒 ，主发动机关闭，两个小型发动机接替其工作。着陆瞬间，所有发动机均被关闭。至此，月球16号成功实现软着陆，着陆后的月球16号质量为1.88吨。
取得月球样本
抵达月面1小时后，下降级上的月样采集系统开始工作。钻臂长0.9米，可在水平与竖直两个方向上移动。工作前钻具自动解栓，脱开保护罩，露出 空心钻 管。钻头内有 探测器 ，可感知阻力，钻头外形类似牙科医生使用的钻头。 UTC 时间9月20日6点30分，在选择好合适的地点后，钻头开始工作，7分钟内就钻进35厘米，取得101克月球样本。完成钻进后，钻臂抬起，钻头翻转180°，将样本与钻头送进 返回舱 。接着， 钻杆 与钻头自动分离，样本被密封起来。
返回地球
在月面停留了26小时后，9月21日。上升级接收到地面指令 发动机 点火，上升级速度达到2.708千米后，发动机关闭。三天后接近 地球 。9月24日，距离地球4.8万千米时，返回舱和仪器舱分离。接着，返回舱以每秒11千米的速度进入大气层，过载达到50G，前端温度最高时达到10000 摄氏度 ，在空中发出耀眼的白光。不久，降落伞舱被打开，降至14.5千米、速度每秒300 米时 阻力伞 被打开；降至11千米时主伞打开、4个鞭形天线开始工作，向地面提供 返回舱 位置，两个圆柱形气囊充气膨胀，做好最会的着陆准备。9月24日，月球16号返回舱成功降落在Dzhozkozgan东南处80千米位置。很快就钻头与月样被工作人员用直升机运往 莫斯科 的一处 氦气 环境实验室进行研究。这是第一个实现在月球上自动 取样 并送回 地球 的 探测器 。