Но параллельно ещё продолжалась работа по «Луне-19», Пожалуй, такая ситуация на Симферопольском ЦДКС сложилась впервые.
Это заставило перераспределить силы специалистов (как представителей промышленности, так и военных) в составах ГУ, ГА и других группах, участвующих в телеуправлении «Луной-19». На НИПах были созданы дополнительные расчёты и дежурные смены, определены графики задействования технических средств в зонах их радиовидимости.
Используя накопленный опыт при работах по предыдущим ЛКА третьего поколения, в ГОГУ были разработаны оптимальные решения для выполнения задач как «Луной-19», так и «Луной-20».
Согласно программе была проведена коррекция траектории, по результатам которой группа управления решила отказаться от второй коррекции. После 105 часов космического полёта 18 февраля «Луна-20» вышла на селеноцентрическую круговую орбиту, а 19 февраля после проведения соответствующей коррекции она перешла на эллиптическую орбиту с максимальной высотой (апоселением) над поверхностью Луны 100 км и минимальной (периселением) - 21 км.
21 февраля в 22 ч 19 мин посадочная ступень пятого советского ЛКА совершила мягкую посадку на четыре амортизированные опоры в высокогорном материковом районе между Морями Изобилия и Кризисов. Это была точка с координатами 3°32'с.ш. и 56°33'в.д., всего в 130 км к северу от места посадки «Луны-16». Была успешно решена важнейшая научно-техническая задача - доставить ЛКА в район со сложным рельефом местности.
На естественный спутник Земли были доставлены грунтозаборное устройство (состояло из бурового станка, механизмов забора лунного грунта, упаковки его в герметичный контейнер), и стартовое устройство с возвратной ракетой для автоматической доставки лунного грунта на Землю. На посадочной ступени вмонтирован Государственный вымпел в виде прямоугольной пластины. На лицевой её стороне надпись «Союз Советских Социалистических Республик» и Герб Советского Союза, на оборотной - «Луна-20, февраль 1972» и изображения старта ракеты с Луны, трассы Луна-Земля, земной шар с очертаниями территории СССР и обозначением места посадки возвращаемого аппарата.
Обзор местности, проведённый с помощью телефотометров, показал: «Луна-20» опустилась на сравнительно ровную однородную поверхность, лишённую крупных, отдельно лежащих камней. После этого было выбрано место взятия образцов лунного грунта.
По командам с Симферопольского Центра в 23 ч 14 мин было включено грунтозаборное устройство, и началась операция по взятию грунта. Ввиду повышенного сопротивления грунта дважды срабатывал автомат защиты по току. Буровой станок останавливался, и его снова включали по командам с Земли. Общая глубина проникновения снаряда в грунт составила около 300 мм. Процесс отбора вещества продолжался около 16 мин.
Взятые образцы с помощью управляемого с земли манипулятора были помещены в контейнер возвращаемого аппарата возвратной ракеты и загерметизированы.
Затем по командам из ЦУПа были включены телефотометры, чтобы провести повторную съёмку места взятия пробы.
Рис. 74. Свидетельство успешной работы грунтозаборного устройства «Луны-20». На снимке чётко видна цилиндрическая вмятина, оставленная торцом бурового снаряда, а в центре - отверстие от извлечённой буровой колонки
Символично, что грунт направился к Земле именно 23 февраля, в годовщину создания наших Вооруженных Сил, представители которых активно участвовали в обеспечении экспедиции. Это произошло в 01 ч 58 мин по команде от бортового программно-временного устройства. И возвратная ракета, используя в качестве стартовой площадки посадочную ступень, оставшуюся на Луне, ушла на прямую траекторию полёта к Земле.
На трассе Луна - Земля связь с возвратной ракетой обеспечивал радиотехнический комплекс «Сатурн-МС» Симферопольского ЦДКС. Полученные данные передавались для обработки в координационно-вычислительный центр с целью контроля состояния бортовых систем и фактической траектории полёта.
На завершающем этапе полёта 25 февраля в расчётное время от ракеты отделился возвращаемый аппарат, который до посадки контролировался наземными радиолокационными средствами. При входе в плотные слои атмосферы началось аэродинамическое торможение. Затем была введена в действие парашютная система, и в 22 ч 12 мин в 40 км от города Джезказган Казахской ССР лунный грунт благополучно прибыл на Землю.
В исключительно неблагоприятных погодных условиях (сильный ветер, метель, низкая облачность) поисковая служба обнаружила шар возвращаемого аппарата и обеспечила его эвакуацию. Образцы лунного грунта массой 55 граммов были переданы в АН СССР.