Перед советскими учеными и конструкторами при разработке и создании лунохода встала необходимость решения комплекса сложных проблем. Надо было создать совершенно новый тип машины, способной длительное время функционировать в необычных условиях открытого космоса на поверхности другого небесного тела. Основные задачи: создание оптимального движителя с высокой проходимостью при малых массе и энергопотреблении, обеспечивающего надёжную работу и безопасность движения; систем дистанционного управления движением лунохода; обеспечение необходимого теплового режима с помощью системы терморегулирования, поддерживающей температуру газа в приборных отсеках, элементов конструкции и оборудования, расположенных внутри герметичных отсеков и вне их (в открытом космосе в периоды лунных дней и ночей) в заданных пределах; выбор источников питания, материалов для элементов конструкции; разработка смазочных материалов и систем смазок для условий вакуума и другое.

Научная аппаратура Л. с. а. должна была обеспечить изучение топографических и селено-морфологических особенностей местности; определение химического состава и физико-механических свойств грунта; исследование радиационной обстановки на трассе перелёта к Луне, в окололунном пространстве и на поверхности Луны; рентгеновского космического излучения; эксперименты по лазерной локации Луны. Первый Л. с. а. - советский "Луноход-1" (рис. 1), предназначенный для проведения большого комплекса научных исследований на поверхности Луны, был доставлен на Луну автоматической межпланетной станцией "Луна-17" (смотри Ошибка! Источник ссылки не найден.), проработал на её поверхности с 17 ноября 1970 по 4 октября 1971 и прошёл 10540 м. "Луноход-1" состоит из 2 частей: приборного отсека и колёсного шасси. Масса "Лунохода-1" 756 кг. Герметичный приборный отсек имеет форму усечённого конуса. Корпус его изготовлен из магниевых сплавов, обеспечивающих достаточные прочность и лёгкость. Верхняя часть корпуса отсека используется как радиатор-охладитель в системе терморегулирования и закрывается крышкой. В период лунной ночи крышка закрывает радиатор и препятствует излучению тепла из отсека. В течение лунного дня крышка открыта, и элементы солнечной батареи, расположенные на её внутренней стороне, обеспечивают подзарядку аккумуляторов, питающих бортовую аппаратуру электроэнергией.

В приборном отсеке размещены системы терморегулирования, электропитания, приёмные и передающие устройства радиокомплекса, приборы системы дистанционного управления и электронно-преобразовательные устройства научной аппаратуры. В передней части расположены: иллюминаторы телевизионных камер, электрический привод подвижной остронаправленной антенны, служащей для передачи на Землю телевизионных изображений лунной поверхности; малонаправленная антенна, обеспечивающая приём радиокоманд и передачу телеметрической информации, научные приборы и оптический уголковый отражатель, изготовленный во Франции. По левому и правому бортам установлены: 2 панорамные телефотокамеры (причём в каждой паре одна из камер конструктивно объединена с определителем местной вертикали), 4 штыревые антенны для приёма радиокоманд с Земли в другом диапазоне частот. Для подогрева газа, циркулирующего внутри аппарата, служит изотопный источник тепловой энергии. Рядом с ним расположен прибор для определения физико-механических свойств лунного грунта.

Резкие температурные перепады при смене дня и ночи на поверхности Луны, а также большая разница температур между деталями аппарата, находящимися на Солнце и в тени, обусловили необходимость разработки специальной системы терморегулирования. При низких температурах в период лунной ночи для обогрева приборного отсека автоматически прекращается циркуляция газа-теплоносителя по контуру охлаждения и газ направляется в контур подогрева.

Система электропитания лунохода состоит из солнечной и химической буферных батарей, а также приборов автоматического управления. Управление приводом солнечной батареи осуществляется с Земли; при этом крышка может быть установлена на любой угол в пределах от нуля до 180°, необходимый для максимального использования солнечной энергии.

Бортовой радиокомплекс обеспечивает приём команд из Центра управления и передачу информации с борта аппарата на Землю. Ряд систем радиокомплекса используется не только при работе на поверхности Луны, но и на участке перелёта с Земли. Две телевизионные системы Л. с. а. служат для решения самостоятельных задач. Система малокадрового телевидения предназначена для передачи на Землю телевизионных изображений местности, необходимых экипажу, управляющему с Земли движением лунохода. Возможность и целесообразность применения такой системы, для которой характерна более низкая по сравнению с вещательным телевизионным стандартом скорость передачи изображения, была продиктована специфическими лунными условиями. Основное из них - медленное изменение ландшафта при движении лунохода. Вторая телевизионная система служит для получения панорамного изображения окружающей местности и съёмки участков звёздного неба, Солнца и Земли с целью астроориентации. Система состоит из 4 панорамных телефотокамер.

Самоходное шасси обеспечивает решение принципиально новой задачи космонавтики - передвижение автоматической лаборатории по поверхности Луны. Оно выполнено таким образом, чтобы луноход имел высокую проходимость и надёжно работал в течение длительного времени при минимальной собственной массе и потребляемой электроэнергии. Шасси обеспечивает передвижение лунохода вперёд (с 2 скоростями) и назад, повороты на месте и в движении. Оно состоит из ходовой части, блока автоматики, системы безопасности движения, прибора и комплекса датчиков для определения механических свойств грунта и оценки проходимости шасси. Поворот достигается за счёт различных скоростей вращения колёс правого и левого бортов и изменением направления их вращения. Торможение осуществляется переключением тяговых электродвигателей шасси в режим электродинамического торможения. Для удержания лунохода на уклонах и его полной остановки включаются дисковые тормоза с электромагнитным управлением. Блок автоматики управляет движением лунохода по радиокомандам с Земли, измеряет и контролирует основные параметры самоходного шасси и автоматическую работу приборов для исследования механических свойств лунного грунта. Система безопасности движения обеспечивает автоматическую остановку при предельных углах крена и дифферента и перегрузках электродвигателей колёс.

Прибор для определения механических свойств лунного грунта позволяет оперативно получать информацию о грунтовых условиях движения. Пройденный путь определяется по числу оборотов ведущих колёс. Для учёта их пробуксовки вносится поправка, определяемая с помощью свободно катящегося девятого колеса, которое специальным приводом опускается на грунт и поднимается в исходное положение. Управление аппаратом осуществляется из Центра дальней космической связи экипажем в составе командира, водителя, штурмана, оператора, бортинженера.

Режим движения выбирается в результате оценки телевизионной информации и оперативно поступающих телеметрических данных о величине крена, дифферента пройденного пути, состояния и режимах работы приводов колёс. В условиях космического вакуума, радиации, значительных перепадов температур и сложного рельефа местности по трассе движения все системы и научные приборы лунохода функционировали нормально, обеспечив выполнение как основной, так и дополнительной программ научных исследований Луны и космического пространства, а также инженерно-конструкторских испытаний.

"Луноход-1" детально обследовал лунную поверхность на площади 80 000 м². Для этого с помощью телевизионных систем было получено более 200 панорам и свыше 20 000 снимков поверхности. Более чем в 500 точках по трассе движения изучались физико-механические свойства поверхностного слоя грунта, а в 25 точках проведён анализ его химического состава. Прекращение активного функционирования "Лунохода-1" было вызвано выработкой ресурсов его изотопного источника тепла. В конце работы он поставлен на практически горизонтальной площадке в такое положение, при котором уголковый светоотражатель обеспечил многолетнее проведение лазерной локации его с Земли.

"Луна-18" запущена 2 сентября 1971. На орбите станция осуществляла маневрирование с целью отработки методов автоматической окололунной навигации и обеспечения посадки на Луну. "Л.-18" совершила 54 витка. Проведено 85 сеансов радиосвязи (проверка работы систем, измерение параметров траектории движения). 11 сентября была включена тормозная двигательная установка, станция сошла с орбиты и достигла Луны в материковой части, окружающей Море Изобилия. Район посадки был выбран в гористой местности, представляющей большой научный интерес. Как показали измерения, прилунение станции в этих сложных топографических условиях оказалось неблагоприятным.

"Луна-19" - шестой советский ИСЛ; запущена 28 сентября 1971. 3 октября станция вышла на селеноцентрическую круговую орбиту с параметрами: высота над поверхностью Луны 140 км, наклонение 40° 35", период обращения 2 ч 01 мин 45 сек. 26 и 28 ноября станция была переведена на новую орбиту. Проводились систематические длительные наблюдения за эволюцией её орбиты с целью получения необходимой информации для уточнения гравитационного поля Луны. Непрерывно измерялись характеристики межпланетного магнитного поля в окрестностях Луны. На Землю переданы фотографии лунной поверхности.

"Луна-20" запущена 14 февраля 1972. 18 февраля в результате торможения переведена на круговую селеноцентрическую орбиту с параметрами: высота 100 км, наклонение 65°, период обращения 1 ч 58 мин. 21 февраля осуществила мягкую посадку на поверхность Луны впервые в горном материковом районе между Морем Изобилия и Морем Кризисов, в точке с селенографическими координатами 56° 33" в. д. и 3° 32" с. ш. "Л.-20" по конструкции аналогична "Л.-16". Грунтозаборный механизм произвёл бурение лунного грунта и забор образцов, которые были помещены в контейнер возвращаемого аппарата и загерметизированы. 23 февраля с Луны стартовала космическая ракета с возвращаемым аппаратом. 25 февраля возвращаемый аппарат АМС "Л.-20" совершил посадку в расчётном районе территории СССР. На Землю были доставлены образцы лунного грунта, впервые взятые в труднодоступном материковом районе Луны.

"Луна-21" доставила на поверхность Луны "Луноход-2". Запуск был осуществлен 8 января 1973. "Л.-21" совершила мягкую посадку на Луну на восточной окраине Моря Ясности, внутри кратера Лемонье, в точке с координатами 30° 27" в. д. и 25° 51" с. ш. 16 января с посадочной ступени "Л.-21" по трапу сошёл "Луноход-2".

16 января 1973 с помощью автоматической станции "Луна-21" в район восточной окраины Моря Ясности (древний кратер Лемонье) был доставлен "Луноход-2". Выбор указанного района посадки диктовался целесообразностью получения новых данных из сложной зоны сочленения моря и материка (а также, по утверждению некоторых исследователей, с целью проверки достоверности факта высадки американцев на Луну). Усовершенствование конструкции к бортовых систем, а также установка дополнительных приборов и расширение возможностей аппаратуры позволили значительно повысить манёвренность и выполнить большой объём научных исследований. За 5 лунных дней в условиях сложного рельефа "Луноход-2" прошёл расстояние 37 км.

"Луна-22" была запущена 29 мая 1974 года и 9 июня перешла на лунную орбиту. Выполняла функции искусственного спутника Луны, исследования окололунного пространства (в том числе метеоритной обстановки)

"Луна-23" была запущена 28 октября 1974 года и совершила мягкую посадку на Луну 6 ноября. Вероятно, ее запуск был приурочен к очередной годовщине Великого Октября. В задачи станции входили взятие и исследование лунного грунта, однако прилунение состоялось в области с неблагоприятным рельефом, из-за чего грунтозаборное устройство сломалось. 6-9 ноября исследования проводились по сокращенной программе.

"Луна-24" была запущена 9 августа 1976 года и прилунилась 18 августа в районе Моря Кризисов. Задачей станции было взятие "морского" лунного грунта (при том, что "Луна-16" взяла грунт на границе моря и материка, а "Луна-20" - на материковой области). Взлетный модуль с лунным грунтом стартовал с Луны 19 августа, и 22 августа капсула с грунтом достигла Земли.

Исследования Луны аппаратами "Зонд"