月球16号

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、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米时减速伞被打开；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，做好最后的着陆准备。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。