Самым сложным оказалось управление аппаратом. Две телевизионные камеры стояли на "Луноходе-1" слишком низко. Работала лишь одна из них, вторая была запасной. Картинка с Луны была очень контрастной, без полутеней. Весь первый лунный день экипажи лунохода приноравливались к необычному телеизображению.
"Мы увидели там лишь какие-то черно-белые пятна, — вспоминает инженер-конструктор Гарри Николаевич Роговский. — Определить, где камни, где кратер, казалось, было невозможно. Требовался большой навык, большой опыт, чтобы разобраться в этом хаосе. Кратер, например, был виден в виде темной полоски, поскольку камеры стояли очень невысоко, на уровне глаз сидящего на стуле человека. Поэтому поначалу часто въезжали в кратеры. А въезжаешь в кратер — начинаются неприятности. Стенки у него рыхлые, луноход начинает буксовать, его сносит".
Но экипаж справился. Если за первый лунный день "Луноход-1" прошел лишь 197 м, то за второй — уже 1,5 км.
Экипаж и вся группа управления и анализа работала в Центре дальней космической связи под Евпаторией. Сеансы связи проводились с аппаратом ежедневно в течение всего лунного дня.
Три первых гарантийных месяца помимо изучения лунной поверхности "Луноход-1" выполнял еще и прикладную программу: отрабатывал поиск района посадки лунной кабины. Сначала аппарат шел на юго-восток. В конце третьего дня направление его маршрута изменилось на северо-западное. Перед экипажами стояла задача: с использованием только навигационных средств (а не по старой колее) вывести машину к посадочной ступени. Это удалось.
18 января "Луноход-1" вернулся на место своей посадки.
20 февраля, по окончании четвертого лунного дня, ТАСС сообщило о полном выполнении первоначальной программы работ "Лунохода-1". Однако лунный странник не собирался помирать. Пришлось управленцам вместе с учеными разрабатывать программу работ еще на один лунный день, а потом еще на один, и еще… И только в начале 12-го лунного дня (30 сентября 1971 года) установить связь с луноходом не удалось.
В результате общее время активного функционирования лунохода (301 сутки 6 часов 57 минут) более чем в три раза превысило заданное. В ходе выполнения программы работы за 116 сеансов движения "Луноход-1" прошел расстояние 10 540 м, что позволило детально обследовать лунную поверхность на площади 80 000 кв. м. Максимальная скорость движения составляла 2 км/ч. За это время на Землю было передано 200 телефотометрических панорам и около 20 тысяч снимков малокадрового телевидения. В ходе съемки были получены стереоскопические изображения наиболее интересных особенностей рельефа, позволяющие провести детальное изучение их строения.
По данным обследования луноходом района посадки станции "Луна-17" были построены топографическая схема трассы в масштабе 1:1000, уточненные схемы отдельных участков в масштабе 1:200, топографические планы отдельных участков в масштабе 1:100, высотные профили трассы и характерных кратеров.
В течение всего срока активного существования лунохода регулярно проводились измерения физикомеханических свойств лунного грунта. С помощью автоматической спектрометрической аппаратуры РИФМА была получена информация о химическом составе лунного грунта — в своем составе он имел следующие элементы: кремний (20 %), железо (12 %), кальций (8 %), алюминий (7 %), магний (7 %), титан (<4 %) и калий (<1 %).
К научно-техническим приоритетным достижениям станции "Луна-17" относятся маневры подвижного аппарата на поверхности Луны в соответствии с планом полета.
Следующий аппарат серии "Е-8" не стал точной копией предыдущего. Прежде всего конструкторы прислушались к пожеланиям экипажей и сделали третью верхнюю телекамеру — на уровне роста человека. Это существенно улучшило обзор. Немного изменился и приборный состав лунохода. В системе энергопитания были установлены две доработанные аккумуляторные батареи. Кремниевые фотоэлементы солнечной батареи были заменены фотоэлементами из арсенида галлия. Конструкторы усовершенствовали систему управления, а на вымпелах появилась надпись "50 лет СССР".
"Луноход-2" в составе станции "Луна-21" ("Е-8" № 204) был запущен 8 января 1973 года и прилунился 16 января 1973 года в Море Ясности, в точке с координатами 25°51′ с. ш. 30°27′ в. д. Всего в 172 км к югу за месяц до нее сел "Apollo 17".
Посадка станции "Луны-21" произошла в 3 м от края кратера диаметром около 40 м, расположенного внутри кратера Лемонье. Стенки кратера были достаточно круты. Еще чуть-чуть — и ступень с "Луноходом-2" могла бы опрокинуться. Но повезло.
Но зато не повезло с навигационной системой лунохода. При посадке она вышла из строя. В результате возросла нагрузка на штурманов экипажа. Им приходилось ориентироваться по окружающей обстановке и Солнцу. Положение же корпуса определялось косвенным путем по загрузкам на колесах. Сильно выручила детальная фотокарта района посадки.
О фотокарте ходят различные слухи. В частности, Олег Генрихович Ивановский, главный конструктор по лунной тематике НПО имени Лавочкина, рассказал по этому поводу крайне необычную историю. Сразу после посадки "Луны-21" в Москву приехала американская делегация для обсуждения результатов исследования планет Солнечной системы. Встреча проходила с 29 января по 2 февраля 1973 года. На ней один из американских ученых осторожно подошел к Ивановскому и положил в карман его пиджака конверт. Внутри оказалась детальная фотография района посадки "Луны-21". Район был отснят американцами в преддверии вылета "Apollo 17". Эта фотография фактически спасла "Луноход-2".
Несмотря на отказ навигационной системы, новый луноход оказался куда шустрее своего предшественника. Сеансы связи с ним длились порой более 11 часов. Сказывался и накопленный опыт управления, и появление верхней телекамеры. В сложных для проходимости местах можно было сделать стереоскопические панорамы с помощью телефотометров, установленных с каждой стороны лунохода. Поэтому пройденное расстояние за лунный день доходило до 16,5 км!
12 февраля 1973 года "Луноход-2" достиг ближайшего выступа береговой линии Залива Лемонье (холмы Встречные). Далее он изучал предгорья гор Тавр, обследовал крупный кратер (диаметр 2 км). 14 марта луноход вернулся в "морскую" зону и направился к разлому Прямой (длина 16 км, ширина 300 м). 11 апреля он находился в 50 м от края разлома. 13–18 апреля луноход обогнул разлом с юга и вышел на его восточную границу.
Последнее сообщение ТАСС о движении аппарата было датировано 9 мая. Говорилось, что луноход начал движение от разлома Прямой на восток к мысу Дальний. Судя по всему, было пройдено лишь 800 м. Там луноход и остался. Погубил его все-таки кратер. При попытке выбраться из него, машина черпнула грунт на солнечную панель. За счет запыления солнечной батареи упал зарядный ток, а из-за того, что пыль стряслась на радиатор, нарушился тепловой режим. Все попытки спасти аппарат закончились ничем. 3 июня было передано сообщение ТАСС о завершении работ с луноходом. Это был некролог.
В ходе выполнения программы работы "Луноход-2" прошел расстояние 37 км, то есть в 3,5 раза большее, чем путь, пройденный "Луноходом-1". За это время на Землю было передано 93 телефотометрических панорамы и около 89 тысяч снимков малокадрового телевидения. В ходе съемки были получены стереоскопические изображения наиболее интересных особенностей рельефа, позволяющие провести детальное изучение их строения. Прибор "РИФМА-М" проводил измерения химического состава лунного грунта, с помощью которого были зафиксированы изменения химического состава поверхности, связанные главным образом с различиями горных пород в "морских" и "материковых" районах. В периоды лунных дней с борта самоходного аппарата выполнялись непрерывные измерения интенсивности корпускулярного излучения солнечного и галактического происхождения. Астрономический эксперимент, выполненный на "Луноходе-2" с помощью астрофотометра для определения светимости лунного неба в видимой и ультрафиолетовой областях спектра, показал, что светимость лунного неба значительно выше, чем предполагали ученые. Такой результат свидетельствует, что Луна окружена слоем пылевых частиц, сильно рассеивающих солнечный свет и отраженный свет Земли.