Такие виды исследований, как определение воздействия лучей высоких энергий на материалы, аппаратуру и приборы космических станций, изучение поверхности планет и состава химических элементов и минералов, их образующих, анализ снимков поверхности Луны и планет, свободных от помех и искажений, внесенных телеметрической системой, могут быть тщательно и эффективно изучены и оценены только на Земле, после возвращения станции на Землю.
Естественно, что задача возвращения автоматической станции на Землю после выполнения программы полета не могла быть поставлена на первых этапах развития космонавтики. Для этого требовалось дальнейшее развитие отечественной ракетной и космической техники, которое позволило поставить и успешно решить эту задачу, и а первую очередь наиболее сложную ее часть – проблему спуска космического аппарата в атмосфере Земли после полета по межпланетной траектории, когда скорость подлета превышает 11 километров в секунду.
15 сентября 1968 года стартовала с Земли автоматическая станция «Зонд-5». Облетев Луну на минимальном расстоянии от ее поверхности, равном 1950 километрам, станция перешла на траекторию движения к Земле и на седьмые сутки полета отделившийся от нее спускаемый аппарат приводнился в заданном районе акватории Индийского океана. (Станция «Зонд-4» была запущена для изучения дальних областей околоземного космического пространства.) Успешный полет автоматической станции «Зонд-5» позволил впервые в мире решить сложнейшую научно-техническую задачу возвращения с космической трассы Луна – Земля аппарата, летящего со второй космической скоростью.
Вслед за станцией «Зонд-5» 10 ноября была запущена станция «Зонд-6». Станция облетела Луну на заданном расстоянии от ее поверхности, равном 2420 километрам, и 17 ноября ее спускаемый аппарат приземлился на территории Советского Союза. В ходе полета станции «Зонд-6» удалось решить еще более сложную по сравнению с полетом станции «Зонд-5» проблему – осуществить управляемый спуск на Землю космического аппарата, облетевшего Луну. Отработку управляемого спуска с использованием аэродинамической подъемной силы аппаратов, входящих в земную атмосферу со второй космической скоростью, завершили научные станции «Зонд-7» и «Зонд-8», запущенные по траектории облета Луны с возвратом на Землю (8 – 14 августа 1969 года и 20 – 27 октября 1970 года).
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.