Поступающая от датчиков информация обрабатывается в блоке электронного оборудования управления полётом, где вырабатываются команды, управляющие работой реактивных сопел, верньерных двигателей и тормозного ракетного двигателя.
Аппарат снабжен одной обзорной телевизионной камерой, предназначенной для панорамной съемки Луны после посадки аппарата, передачи на Землю данных всех экспериментов, проводимых на лунной поверхности, фотометрических и колориметрических измерений, осмотра самого аппарата, наблюдения за работой научных приборов и изучения изменений в грунте, вызванных посадкой космического аппарата.
Камера смонтирована почти вертикально и нацелена на подвижное зеркало, обеспечивающее обзор до горизонта. Вертикальное сканирование осуществляется с помощью зеркала, а горизонтальное – поворотом головки камеры на 360 градусов.
Для проведения научных исследований и различных экспериментов на Луне аппарат снабжен рядом устройств и приборов:
устройством для взятия проб лунного грунта с различных глубин;
приборами для анализа содержащихся в грунте химических элементов;
сейсмометром для слежения за сейсмической активностью Луны;
детекторами метеорных частиц для получения сведений о количестве, массе и траекториях полета частиц;
акустическими датчиками для проведения исследований по распространению звука;
приборами для исследования динамики посадки аппарата на Луну;
специальной установкой с захватывающим устройством для исследования механических свойств лунного грунта (на первых двух аппаратах не устанавливалась).
Принципиальная схема запуска, полета и мягкой посадки аппарата выглядит следующим образом.
На старте включаются двигательные установки первой и второй ступеней ракеты-носителя (РН) «Атлас». Через 142 секунды после старта выключаются двигатели первой ступени, и первая ступень сбрасывается. После сброса изолирующих панелей и носового обтекателя выключается двигатель второй (маршевой) ступени и происходит отделение ракеты «Атлас» от ракеты «Кентавр». Затем включается двигательная установка ракеты «Кентавр» (через 251 секунду после старта). По получении сигнала от системы наведения о том, что достигнута расчетная скорость свободного полета по заданной траектории в направлении Луны, двигательная установка выключается. Это происходит через 685 секунд после старта.
По сигналу программно-временного устройства через 57 секунд после старта производится отделение ракеты «Кентавр» от аппарата.
После отделения ракета с помощью своих тормозных Двигателей изменяет положение на 180 градусов и уходит в сторону. Цель этого маневра – выйти из поля зрения оптических датчиков аппарата, а также избежать столкновения ступени «Кентавр» с Луной.
После отделения ракеты на аппарате начинается цикл операций, осуществляемых по командам программно-временного устройства: разблокировка панели с солнечными элементами и установка ее в заранее рассчитанное положение, стабилизация аппарата, поиск Солнца, ориентация панели с солнечными элементами перпендикулярно лучам Солнца, установление связи с наземной станцией.
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.